專利名稱：采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)狀工件的脹形裝置，尤其是發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)的液壓脹形強(qiáng)化的省力裝置。
背景技術(shù)：
護(hù)環(huán)是裝在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩端的無磁性鋼環(huán)，用來緊箍端部線圈，其受力復(fù)雜，工況特殊，制造難度大，是發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵制件之一。為了保證發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，要求無磁性護(hù)環(huán)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，良好的韌性，最小的殘余應(yīng)力，因而制造技術(shù)要求很高。其中性能強(qiáng)化是生產(chǎn)中的關(guān)鍵。在性能強(qiáng)化方面，現(xiàn)有技術(shù)以液壓脹形最為理想。液壓脹形強(qiáng)化的方法有全壓法、減壓法、外補(bǔ)液法、內(nèi)增壓法等?！叭簤悍ā笔菄庾钤绮捎玫淖o(hù)環(huán)液壓脹形裝置，其原理是在護(hù)環(huán)環(huán)坯的上下相對位置分別安放實(shí)心錐形沖頭，在壓機(jī)作用下，兩個(gè)錐形沖頭相互靠攏，于是封閉在護(hù)環(huán)中間的液體形成高壓，環(huán)坯在高壓液體內(nèi)壓作用下，產(chǎn)生擴(kuò)脹變形而強(qiáng)化。由于護(hù)環(huán)本身內(nèi)孔尺寸大、內(nèi)部液體壓強(qiáng)高、護(hù)環(huán)鋼硬化能力強(qiáng)，因而全液壓法所需設(shè)備噸位很大。為了在小型壓機(jī)上能生產(chǎn)護(hù)環(huán)，1981年第九屆國際鍛造會(huì)議(May 1981.Düsseldorf)公布了一種“發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)液壓脹形冷變形強(qiáng)化的新工藝”(轉(zhuǎn)載“大型鑄鍛件”82年增刊2)，首次提出采用“減壓法”液壓擴(kuò)脹護(hù)環(huán)的方法與裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)是在護(hù)環(huán)環(huán)坯的上下相對位置安放錐形空心沖頭，錐形下沖頭與省力導(dǎo)柱緊密配合，錐形上沖頭的內(nèi)孔與省力導(dǎo)柱滑動(dòng)配合，并設(shè)有密封，導(dǎo)柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔，并充滿液體。在壓機(jī)的施壓下，上下沖頭靠攏，使環(huán)狀空腔內(nèi)的液體迅速建立并保持高壓狀態(tài)，護(hù)環(huán)在均勻內(nèi)壓作用下，產(chǎn)生擴(kuò)脹強(qiáng)化。由于該方法增設(shè)了省力導(dǎo)柱，較全液壓法所需壓機(jī)的噸位小，但這種方法生產(chǎn)大型護(hù)環(huán)時(shí)，模具費(fèi)用高，不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)還存在脹形控制不準(zhǔn)確，容易出現(xiàn)不均勻變形，尤其在破裂時(shí)存在失控等問題。CN1015328B公開了“外補(bǔ)液式護(hù)環(huán)液壓脹形強(qiáng)化裝置”，這種“外補(bǔ)液法”是制造了一個(gè)專用護(hù)環(huán)壓機(jī)，并設(shè)置專用密封和兩個(gè)加壓系統(tǒng)。由于投資一個(gè)封閉的承力框架和控制系統(tǒng)成本高，生產(chǎn)大規(guī)格護(hù)環(huán)還需要更大專用壓機(jī)(承力框架)，投資很大，因此應(yīng)用受到了限制。CN1022386C公開了“環(huán)狀工件的液壓脹形裝置”。該裝置采用“內(nèi)增壓法”，其特點(diǎn)是不用專用壓機(jī)和超高壓泵，只用鍛造水壓機(jī)和普通高壓泵(25～35MPa)，水壓機(jī)加壓密封使錐形上沖頭、下沖頭與坯料構(gòu)成密閉型腔，然后由護(hù)環(huán)內(nèi)的增壓器增壓，超高壓水使護(hù)環(huán)脹形強(qiáng)化。由于該裝置超高壓增壓器在模具內(nèi)部需要的空間大，工裝復(fù)雜投資大，因而沒有應(yīng)用于生產(chǎn)。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)的容量越來越大，致使大型壓機(jī)任務(wù)繁忙，為減輕大型設(shè)備的負(fù)荷和發(fā)揮中小型壓機(jī)的潛力，“小設(shè)備干大活”成為護(hù)環(huán)生產(chǎn)技術(shù)的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，不僅吸收了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，采用超高壓系統(tǒng)增壓，同時(shí)在現(xiàn)有“減壓法”的基礎(chǔ)上，對模具進(jìn)行了改進(jìn)，不僅更省力，可以用“小設(shè)備干大活”，而且模具的通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)、方便，可控性好。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，是在護(hù)環(huán)環(huán)坯的上下相對位置安放錐形空心上沖頭、錐形空心下沖頭，錐形下沖頭、錐形上沖頭的內(nèi)孔與省力導(dǎo)柱滑動(dòng)配合，并設(shè)有密封，導(dǎo)柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔，導(dǎo)柱的內(nèi)部加工一個(gè)液體通道，一端與環(huán)狀空腔相通，另一端與高壓系統(tǒng)相接，所述的省力裝置是放置在普通壓機(jī)的工作臺面和活動(dòng)橫梁之間，為了減小承壓面積，省力裝置至少有兩套，第二套以后的裝置，其省力導(dǎo)柱外面增設(shè)省力導(dǎo)套，同時(shí)更換與省力導(dǎo)套相配合的錐形上沖頭、錐形下沖頭，省力導(dǎo)套內(nèi)外與超高壓液體通道相通，省力導(dǎo)柱和省力導(dǎo)套之間設(shè)有密封。
所述的與省力導(dǎo)套相配合的錐形下沖頭與省力導(dǎo)套做成一體。所述的密封是一種由高壓環(huán)和高壓導(dǎo)環(huán)構(gòu)成的組合式錐面密封與浮動(dòng)O形圈配合的帶預(yù)緊的超高壓密封。所述的高壓環(huán)為鋼環(huán)，高壓導(dǎo)環(huán)為尼龍環(huán)。所述的錐形空心上沖頭、錐形空心下沖頭的工作錐角α為60°。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果由于本發(fā)明的省力裝置是放置在普通壓機(jī)的工作臺面和活動(dòng)橫梁之間，從而可實(shí)現(xiàn)壓機(jī)加壓密封，與外補(bǔ)液法相比可以減少使用專用承力框架，節(jié)約設(shè)備投資。由于省力導(dǎo)柱外增設(shè)省力導(dǎo)套，導(dǎo)柱具有通用性，可實(shí)現(xiàn)一模多用，與傳統(tǒng)的“減壓法”相比，節(jié)約了模具投資，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。由于采用了至少兩套的省力裝置，同時(shí)采用了帶預(yù)緊的超高壓密封，從而有效地降低了成形力，降低了承壓面積，實(shí)現(xiàn)了“小設(shè)備干大活”的目的。由于采用省力導(dǎo)套內(nèi)外都與高壓水連通，使其在整個(gè)脹形過程不變形，從而保證了導(dǎo)套的安全使用。采用省力導(dǎo)套和不采用省力導(dǎo)套經(jīng)濟(jì)對比，如在50MN油壓機(jī)進(jìn)行300MW護(hù)環(huán)液壓脹形時(shí)，采用省力導(dǎo)套的模具投資為44萬元，而不采用省力導(dǎo)套的模具投資為72萬元，因此，采用本發(fā)明的省力裝置從經(jīng)濟(jì)上更優(yōu)越。


圖1為一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置(初次脹形)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置(多次脹形)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為帶預(yù)緊的超高壓密封結(jié)構(gòu)示意圖。
下面將結(jié)合附圖并通過較佳實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施例方式
如圖1、2所示，一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，是在護(hù)環(huán)環(huán)坯1的上下相對位置安放錐形空心下沖頭2、錐形空心上沖頭3，錐形下沖頭、錐形上沖頭的內(nèi)孔與省力導(dǎo)柱4滑動(dòng)配合，并設(shè)有密封5，導(dǎo)柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔6，導(dǎo)柱的內(nèi)部加工一個(gè)液體通道7，一端與環(huán)狀空腔6相通，另一端與高壓系統(tǒng)8相接，省力裝置是放置在普通壓機(jī)的工作臺面和活動(dòng)橫梁之間，為了減小承壓面積，省力裝置至少有兩套，第二套以后的裝置，其省力導(dǎo)柱4外面增設(shè)省力導(dǎo)套9，同時(shí)更換與省力導(dǎo)套相配合的上下沖頭為錐形下沖頭2-1、錐形上沖頭3-1，省力導(dǎo)套內(nèi)外與超高壓液體通道7相通，省力導(dǎo)柱和省力導(dǎo)套之間設(shè)有密封5。所述的與省力導(dǎo)套9相配合的錐形下沖頭2-1與省力導(dǎo)套9做成一體。為了減小普通壓機(jī)的偏載，可以在上沖頭的上面設(shè)置一種球面墊10。為了提高裝置的穩(wěn)定性，省力導(dǎo)柱4帶有底座。
如圖3所示，密封5是一種由高壓環(huán)5-1和高壓導(dǎo)環(huán)5-2構(gòu)成的組合式錐面密封與浮動(dòng)O形圈5-3配合的一種帶預(yù)緊的超高壓密封。所述的高壓環(huán)5-1為鋼環(huán)，高壓導(dǎo)環(huán)5-2為尼龍環(huán)。超高壓密封的工作過程壓機(jī)通過球面墊10加載，使錐面沖頭與護(hù)環(huán)環(huán)坯1之間形成密封，然后超高壓系統(tǒng)8向環(huán)狀空腔6注入液體，依靠浮動(dòng)O型圈5-3建立初始壓力，使得高壓環(huán)5-1和高壓導(dǎo)環(huán)5-2構(gòu)成錐面密封，此時(shí)超高壓系統(tǒng)8提供的液體即可達(dá)到所需的高壓，這樣超高壓密封5進(jìn)入工作狀態(tài)，保證護(hù)環(huán)環(huán)坯變形所需的壓力。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證這種帶預(yù)緊的密封結(jié)構(gòu)具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、密封性能好等優(yōu)點(diǎn)。
護(hù)環(huán)液壓脹形與其它內(nèi)高壓成形不同，沖頭的工作錐角不僅影響密封效果，更重要直接影響護(hù)環(huán)的成形質(zhì)量。當(dāng)壓機(jī)壓力一定時(shí)，沖頭工作錐角過大，制件容易產(chǎn)生鼓肚；相反，沖頭工作錐角太小，制件容易產(chǎn)生喇叭口。本發(fā)明進(jìn)行了錐形空心上沖頭2、錐形空心下沖頭3的工作錐角α分別為50°、60°、65°、70°的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明采用50MN油壓機(jī)進(jìn)行300MW護(hù)環(huán)液壓脹形，工作錐角α在60°附近成形比較理想，脹形后的母線比較直，滿足了要求。
當(dāng)沖頭工作錐角一定時(shí)，密封力越大容易產(chǎn)生喇叭口甚至出現(xiàn)鐓粗現(xiàn)象，相反，密封力越小容易產(chǎn)生鼓肚甚至出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。在50MN油壓機(jī)上進(jìn)行300MW護(hù)環(huán)液壓脹形，沖頭與護(hù)環(huán)壓力最佳為10MN。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果表明沖頭采用60°工作錐角，沖頭的壓力約10MN，采用300MPa超高壓泵提供壓力源進(jìn)行300MW擴(kuò)環(huán)液壓脹形，比較合理。
下面介紹300MW護(hù)環(huán)液壓脹形裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)公式F壓＝λpA (1)其中F壓-設(shè)備施加的壓力(N)；p-液體的壓強(qiáng)(MPa)；A-液體作用在模具上的投影面積(mm2)；λ-密封系數(shù)，取1.1。
根據(jù)公式(1)計(jì)算采用一套模具進(jìn)行液壓脹形，需要設(shè)備承受的壓力為123MN，萬噸水壓機(jī)也難以完成，如果要采用50MN油壓機(jī)進(jìn)行液壓脹形，則應(yīng)該采用本發(fā)明更為有效的省力措施，才能密封加壓脹形。根據(jù)公式(1)液體作用在模具上的投影面積A越小，密封越好，設(shè)備施加的壓力越小。采用本發(fā)明的裝置在50MN油壓機(jī)上脹形需要三次完成。具體計(jì)算見下表。

本發(fā)明的工作過程首先將帶有底座的省力導(dǎo)柱4放在壓機(jī)工作臺中心，安裝錐形下沖頭2，然后依次套裝護(hù)環(huán)環(huán)坯1、錐形上沖頭3，在錐形上沖頭上放置球面墊10，移動(dòng)活動(dòng)橫梁，與球面墊接觸，輕輕施壓，使錐形沖頭與環(huán)坯內(nèi)孔接觸定位，接著開動(dòng)高壓泵，使環(huán)狀空腔6內(nèi)充滿液體，壓機(jī)加載密封，同時(shí)超高壓系統(tǒng)繼續(xù)向腔體內(nèi)增壓，使環(huán)坯脹形強(qiáng)化，當(dāng)環(huán)坯擴(kuò)展到一定尺寸后，因液體的作用面積增大，壓機(jī)難以密封時(shí)停止加載施壓，完成初次脹形。再將上下沖頭以及環(huán)坯卸出，更換帶有錐形下沖頭2-1的省力導(dǎo)套9和錐形上沖頭3-1，再繼續(xù)脹形直到達(dá)到尺寸為止。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行改動(dòng)和變形，倘若這些改動(dòng)和變形不脫離本發(fā)明的原理，屬于本發(fā)明的權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍，則本發(fā)明的保護(hù)范圍也包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，是在護(hù)環(huán)環(huán)坯(1)的上下相對位置安放錐形空心上沖頭(3)、錐形空心下沖頭(2)，錐形下沖頭、錐形上沖頭的內(nèi)孔與省力導(dǎo)柱(4)滑動(dòng)配合，并設(shè)有密封(5)，導(dǎo)柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔(6)，導(dǎo)柱的內(nèi)部加工一個(gè)液體通道(7)，一端與環(huán)狀空腔相通，另一端與高壓系統(tǒng)(8)相接，其特征在于所述的省力裝置是放置在普通壓機(jī)的工作臺面和活動(dòng)橫梁之間，為了減小承壓面積，省力裝置至少有兩套，第二套以后的裝置，其省力導(dǎo)柱(4)外面增設(shè)省力導(dǎo)套(9)，同時(shí)更換與省力導(dǎo)套(9)相配合的錐形上沖頭、錐形下沖頭，省力導(dǎo)套內(nèi)外與超高壓液體通道(7)相通，省力導(dǎo)柱(4)和省力導(dǎo)套(9)之間設(shè)有密封(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，其特征在于所述的與省力導(dǎo)套(9)相配合的錐形下沖頭(2-1)與省力導(dǎo)套(9)做成一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，其特征在于所述的密封(5)是一種由高壓環(huán)(5-1)和高壓導(dǎo)環(huán)(5-2)構(gòu)成的組合式錐面密封與浮動(dòng)O形圈(5-3)配合的帶預(yù)緊的超高壓密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，其特征在于所述的高壓環(huán)(5-1)為鋼環(huán)，高壓導(dǎo)環(huán)(5-2)為尼龍環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置，其特征在于所述的錐形空心上沖頭(3)、錐形空心下沖頭(2)的工作錐角α為60°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護(hù)環(huán)的省力裝置。現(xiàn)有技術(shù)存在模具費(fèi)用高，不經(jīng)濟(jì)，脹形控制不準(zhǔn)確，容易出現(xiàn)不均勻變形等缺點(diǎn)。本發(fā)明是在護(hù)環(huán)環(huán)坯的上下相對位置安放錐形空心上下沖頭，錐形上下沖頭的內(nèi)孔與省力導(dǎo)柱滑動(dòng)配合，并設(shè)有密封，省力裝置放置在普通壓機(jī)的工作臺面和活動(dòng)橫梁之間，至少有兩套，第二套以后的裝置，其省力導(dǎo)柱外面增設(shè)省力導(dǎo)套，同時(shí)更換與省力導(dǎo)套相配合的錐形上下沖頭，省力導(dǎo)套內(nèi)外與超高壓液體通道相通，省力導(dǎo)柱和省力導(dǎo)套之間設(shè)有密封。本發(fā)明采用超高壓系統(tǒng)增壓，更省力，可以用“小設(shè)備干大活”，模具通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)、方便，可控性好。
文檔編號B21D26/02GK1947880SQ20061010211
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月31日
發(fā)明者劉建生, 何文武, 田繼紅, 張秀芝, 郭會(huì)光, 陳慧琴 申請人:太原科技大學(xué)