大型自由鍛造液壓機(jī)車間工藝設(shè)計(jì)分析

1、大型自由鍛造液壓機(jī)車間工藝設(shè)計(jì)分析摘要：介紹了自由鍛造液壓機(jī)車間工藝流程及工藝布置，提出了雙跨和三跨兩種布置方案，并分析了相應(yīng)優(yōu)缺點(diǎn)。另外，詳細(xì)探討了設(shè)備-設(shè)備、設(shè)備-廠房、設(shè)備-公用之間的相互影響關(guān)系。對(duì)自由鍛造液壓機(jī)車間的工藝設(shè)計(jì)具有較高的參考價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 自由鍛造，液壓機(jī)車間，工藝設(shè)計(jì)目前，我國(guó)已投入運(yùn)行的 8160MN 自由鍛造液壓機(jī) 150 多臺(tái)，但是大多數(shù)自由鍛造液壓機(jī)為早期的水壓機(jī)，數(shù)控化程度低，生產(chǎn)率低下，需要完成 CNC 改造1并配備鍛造操作機(jī)，尤其要強(qiáng)化鍛造和熱處理工業(yè)爐的現(xiàn)代化改造。我國(guó)大鍛件生產(chǎn)處于“過?！焙汀岸倘薄钡碾p重壓力，即一般大鍛件供大于求，技術(shù)含量和質(zhì)量要

2、求高的大鍛件，如百萬千瓦級(jí)火電和核電用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子（超臨界、超超臨界）、特大支承輥、大型高溫高壓厚壁筒體、船用大馬力低速柴油機(jī)組合曲軸等鍛件，我們尚處于生產(chǎn)能力低或不能生產(chǎn)的狀態(tài)。基于此，通過對(duì)現(xiàn)有鍛造設(shè)備及工業(yè)爐設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造或新建鍛造車間，國(guó)內(nèi)企業(yè)掀起了投資高品質(zhì)大型自由鍛件制造的熱潮。本文通過對(duì)大型快速鍛造液壓機(jī)車間的工藝設(shè)計(jì)及相關(guān)配套設(shè)施的介紹，希望能對(duì)相關(guān)企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人及技術(shù)人員帶來幫助。 1. 工藝設(shè)計(jì) 1.1 工藝流程 大型自由鍛造液壓機(jī)車間（以下簡(jiǎn)稱“液壓機(jī)車間”）的工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，主要為：鋼錠加熱鍛造（鐓粗、拔長(zhǎng)）熱處理取樣（粗車）。液壓機(jī)車間接收的鋼錠分兩種：熱鋼錠、冷鋼錠，

3、裝爐方式也分為熱裝爐、冷裝爐兩種方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)在熱裝爐的情況下，1 噸鋼錠可節(jié)約天然氣（8500kcal/m3）約60m3，采用該種裝爐方式已成為鍛造行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。鍛造的主要工序?yàn)殓叴趾桶伍L(zhǎng)，為了反映鍛件的變形程度，引入了鍛造比（K）的概念，它是工程上常用的變形參數(shù)。典型鍛件的鍛造比見下表 1：典型鍛件的鍛比2大鍛件形體尺寸大，缺陷多，內(nèi)應(yīng)力大，溫度分布不均勻，結(jié)晶、相變復(fù)雜，內(nèi)部熱擴(kuò)散及氫氣擴(kuò)散困難。所以，冷卻和熱處理方式多，周期長(zhǎng)、工藝過程復(fù)雜2 。其熱處理方式主要包括鍛后冷卻、退火（低溫退火、中間退火、完全退火、等溫退火等）正火、回火、調(diào)質(zhì)，還有等溫冷卻及起伏等溫退火等，具體熱處理工藝根

4、據(jù)不同鍛件的要求而定，本文不再詳述。熱處理后的鍛件一般取樣檢測(cè)物理性能，如果需要還可以完成粗車的工序，為下一道半精加工、精加工做好準(zhǔn)備。2.2 工藝布置 2.2.1 設(shè)備選型 液壓機(jī)車間主要設(shè)備為自由鍛造液壓機(jī)和工業(yè)爐。液壓機(jī)的最大壓力及其輔助設(shè)備由鋼錠的重量、材質(zhì)決定；而鍛造液壓機(jī)的數(shù)量配置情況由大型鍛件的生產(chǎn)綱領(lǐng)決定。同樣，工業(yè)爐的載重量、工作溫度（升溫速度）、工作尺寸等由鍛件的重量、材質(zhì)、尺寸、排料方式等決定。另外，需要特別注意的是壓機(jī)的配置能力必須與工業(yè)爐的配置的能力配套，否則配置低的設(shè)備將制約整個(gè)液壓機(jī)車間的鍛件生產(chǎn)能力。另外，作為車間的運(yùn)輸（操作）設(shè)備同樣起著關(guān)鍵的作用，如果這些配

5、套設(shè)備的能力不足以滿足車間大型鍛件運(yùn)輸或鍛造操作的要求的話，他們也會(huì)成為車間產(chǎn)能提升的瓶頸。液壓機(jī)車間設(shè)備的配置在鍛壓行業(yè)已形成了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的總結(jié)，詳見液壓機(jī)鍛造能力及配套設(shè)備2。2.2.2 工藝布置 液壓機(jī)車間的典型布置有兩種方式，如下圖 1、2 所示。圖 1 液壓機(jī)車間由主跨（鍛造工段）和爐子披屋跨（爐子工段）雙跨組成。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)如下： 煙道較短，煙囪抽力損失較少，可降低煙囪高度，減少土建投資，同時(shí)又能保證排煙順暢。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大型自由鍛造液壓機(jī)車間的最長(zhǎng)煙道不超過 40m，否則將會(huì)導(dǎo)致煙囪高于正常高度（30m左右）或額外增設(shè)機(jī)械式抽煙設(shè)施。而這種布置方式使?fàn)t尾靠近廠房外側(cè)的煙囪，縮

6、短煙道長(zhǎng)度，避免了設(shè)超高煙囪的情況。 公用設(shè)施管線較短。由于液壓泵站在廠房的一側(cè)，這給循環(huán)水池、冷卻塔的就近設(shè)置帶來方便；壓機(jī)配電的管線也是同樣道理。較短的管線帶來較小的路損和較少的投資。當(dāng)然，圖 1 的布置方式也有缺點(diǎn)，當(dāng)液壓機(jī)配置的數(shù)量較多時(shí)，將會(huì)造成廠房的長(zhǎng)度加大，從而可能導(dǎo)致整個(gè)廠區(qū)的物流不順。在這種情況下就出現(xiàn)了圖 2 的布置方式。這種布置方式一般由兩個(gè)鍛造主跨和一個(gè)爐子跨共三跨組成，其優(yōu)點(diǎn)如下： 工業(yè)爐機(jī)群式布置，便于集中控制。 可以有效縮短廠房的長(zhǎng)度，便于液壓機(jī)廠房在整個(gè)廠區(qū)的布置。 為不同壓機(jī)共享同一個(gè)泵站提供了便利，減少了設(shè)備投資和占地面積。如圖 2 所示，鍛造工段與后處理工

7、段的兩臺(tái)水壓機(jī)就是共用一個(gè)泵站。這種布置方式的缺點(diǎn)如下： 煙道較長(zhǎng)，煙囪抽力損失多，排煙不利；煙道過鍛造跨時(shí)容易與設(shè)備基礎(chǔ)打架，給設(shè)計(jì)及施工帶來不便。 公用設(shè)施管線較長(zhǎng)，并且地下管線也同樣可能存在與其他設(shè)備基礎(chǔ)打架的情況，管線設(shè)計(jì)及施工都比較麻煩。 2.2.3 設(shè)備布置應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng) 工業(yè)爐布置 工業(yè)爐的布置影響到廠房的跨度、柱距甚至主跨的軌頂標(biāo)高，見圖 3 設(shè)備-廠房位置關(guān)系圖。工業(yè)爐伸到爐子披屋跨的長(zhǎng)度及其預(yù)熱器、風(fēng)機(jī)、煙道閘門等的布置方式將直接影響到爐子披屋的跨度；爐體的高度以及維修空間將決定爐子披屋維修起重機(jī)的軌頂高度。另外，爐頭伸到主跨的長(zhǎng)度 a 不得大于起重機(jī)吊鉤死點(diǎn)到軌道距離 b

8、，否則運(yùn)行中的吊鉤很可能與爐門或爐頭沖撞，造成生產(chǎn)事故。爐門起升后的高度 h1 不得大于吊鉤最高點(diǎn)標(biāo)高 h2，否則爐門起升時(shí)起重機(jī)不能順利運(yùn)行。在爐門的正上方不應(yīng)設(shè)起重機(jī)的操作室，否則不但工業(yè)爐裝出料不方便，而且出爐時(shí)的高溫氣流對(duì)司機(jī)的身心健康造成強(qiáng)烈危害。 液壓機(jī)布置 自由鍛造液壓機(jī)的的布置（針對(duì)泵站的布置）比較復(fù)雜，主要分為全地下布置和半地上布置兩種方式。全地下布置時(shí)，液壓機(jī)泵站全部在地下，地下基礎(chǔ)大且復(fù)雜；這種情況下采用下拉式液壓機(jī)，地上部分壓機(jī)的高度 h3就降低了，對(duì)廠房軌頂標(biāo)高的要求也降低。當(dāng)采用半地上式布置時(shí)，液壓泵站不在壓機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)部而在半地上，泵站應(yīng)當(dāng)本著各種公用管線的走線最短、

9、最方便的原則設(shè)計(jì)；這種情況下一般采用的是上傳動(dòng)式液壓機(jī)，地上部分液壓機(jī)的高度 h3 就較高，對(duì)廠房軌頂標(biāo)高的要求也較高。無論哪種情況，廠房主跨的跨度、軌頂標(biāo)高必須滿足設(shè)備布置的要求。各種噸位的液壓機(jī)廠房配套表見表 3：自由鍛造液壓機(jī)廠房配套表4。 3 公用配套設(shè)施 大型自由鍛造液壓機(jī)車間的公用配套設(shè)施主要有燃?xì)狻⒀h(huán)水、壓縮空氣或氮?dú)?、高低壓電源等?.1 現(xiàn)在的鍛造車間已經(jīng)摒棄了以煤作為燃料的生產(chǎn)方式，天然氣作為清潔能源已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。3.2 壓縮空氣或氮?dú)庠阱懺燔囬g是不可或缺的動(dòng)力氣體。壓機(jī)的充液罐間斷性用氣，保證壓機(jī)能正常工作。3.3 大型自由鍛液壓機(jī)管道中的工作液體長(zhǎng)期在高壓、快速工況下溫度升高，當(dāng)溫度超過 60時(shí)，液壓系統(tǒng)就不能正常工作。因此要對(duì)工作液體不停的冷卻，冷卻液體一般要求為清潔軟水，條件不具備時(shí)可使用干凈的江河水。 3.4 大型壓機(jī)泵站往往配備的有高壓（10kV）電機(jī)和低壓（380V）電機(jī)兩種，并且總的安裝功率很大。因此鍛造車間需要專設(shè)（高）低壓變電間、配電間。 4. 結(jié)語 大型自由鍛液壓機(jī)車間的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，本文通過分析液壓機(jī)車間工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)當(dāng)注意的問題并簡(jiǎn)要介紹相關(guān)公用配套設(shè)施，使讀者對(duì)液壓機(jī)車間的工藝設(shè)計(jì)有了清晰的認(rèn)識(shí)。參考文獻(xiàn)：1 陳柏金，黃樹槐 ，熊曉紅. 舊式水壓機(jī)CNC 改造. 鍛壓技