專利名稱：采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護環(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)電機護環(huán)的液壓脹形強化的省力裝置。
背景技術(shù)：
護環(huán)是裝在發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端的無磁性鋼環(huán)，用來緊箍端部線圈，其受力復雜，工況特殊，制造難度大，是發(fā)電設備的關(guān)鍵制件之一。為了保證發(fā)電機的安全運行，要求無磁性護環(huán)應具有足夠的強度，良好的韌性，最小的殘余應力，因而制造技術(shù)要求很高。其中性能強化是生產(chǎn)中的關(guān)鍵。在性能強化方面，現(xiàn)有技術(shù)以液壓脹形最為理想。液壓脹形強化的方法有全壓法、減壓法、外補液法、內(nèi)增壓法等。“全液壓法”是國外最早采用的護環(huán)液壓脹形裝置，其原理是在護環(huán)環(huán)坯的上下相對位置分別安放實心錐形沖頭，在壓機作用下，兩個錐形沖頭相互靠攏，于是封閉在護環(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)生擴脹變形而強化。由于護環(huán)本身內(nèi)孔尺寸大、內(nèi)部液體壓強高、護環(huán)鋼硬化能力強，因而全液壓法所需設備噸位很大。為了在小型壓機上能生產(chǎn)護環(huán)，1981年第九屆國際鍛造會議(May 1981.Düsseldorf)公布了一種“發(fā)電機護環(huán)液壓脹形冷變形強化的新工藝”(轉(zhuǎn)載“大型鑄鍛件”82年增刊2)，首次提出采用“減壓法”液壓擴脹護環(huán)的方法與裝置。該裝置的結(jié)構(gòu)是在護環(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柱緊密配合，錐形上沖頭的內(nèi)孔與省力導柱滑動配合，并設有密封，導柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔，并充滿液體。在壓機的施壓下，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)，護環(huán)在均勻內(nèi)壓作用下，產(chǎn)生擴脹強化。由于該方法增設了省力導柱，較全液壓法所需壓機的噸位小，但這種方法生產(chǎn)大型護環(huán)時，模具費用高，不經(jīng)濟，同時還存在脹形控制不準確，容易出現(xiàn)不均勻變形，尤其在破裂時存在失控等問題。CN1015328B公開了“外補液式護環(huán)液壓脹形強化裝置”，這種“外補液法”是制造了一個專用護環(huán)壓機，并設置專用密封和兩個加壓系統(tǒng)。由于投資一個封閉的承力框架和控制系統(tǒng)成本高，生產(chǎn)大規(guī)格護環(huán)還需要更大專用壓機(承力框架)，投資很大，因此應用受到了限制。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”，其特點是不用專用壓機和超高壓泵，只用鍛造水壓機和普通高壓泵(25～35MPa)，水壓機加壓密封使錐形上沖頭、下沖頭與坯料構(gòu)成密閉型腔，然后由護環(huán)內(nèi)的增壓器增壓，超高壓水使護環(huán)脹形強化。由于該裝置超高壓增壓器在模具內(nèi)部需要的空間大，工裝復雜投資大，因而沒有應用于生產(chǎn)。
隨著社會經(jīng)濟發(fā)展的要求，發(fā)電機護環(huán)的容量越來越大，致使大型壓機任務繁忙，為減輕大型設備的負荷和發(fā)揮中小型壓機的潛力，“小設備干大活”成為護環(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)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置，不僅吸收了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點，采用超高壓系統(tǒng)增壓，同時在現(xiàn)有“減壓法”的基礎上，對模具進行了改進，不僅更省力，可以用“小設備干大活”，而且模具的通用性強，經(jīng)濟、方便，可控性好。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置，是在護環(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)孔與省力導柱滑動配合，并設有密封，導柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔，導柱的內(nèi)部加工一個液體通道，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的工作臺面和活動橫梁之間，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，其省力導柱外面增設省力導套，同時更換與省力導套相配合的錐形上沖頭、錐形下沖頭，省力導套內(nèi)外與超高壓液體通道相通，省力導柱和省力導套之間設有密封。
所述的與省力導套相配合的錐形下沖頭與省力導套做成一體。所述的密封是一種由高壓環(huán)和高壓導環(huán)構(gòu)成的組合式錐面密封與浮動O形圈配合的帶預緊的超高壓密封。所述的高壓環(huán)為鋼環(huán)，高壓導環(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)點和有益效果由于本發(fā)明的省力裝置是放置在普通壓機的工作臺面和活動橫梁之間，從而可實現(xiàn)壓機加壓密封，與外補液法相比可以減少使用專用承力框架，節(jié)約設備投資。由于省力導柱外增設省力導套，導柱具有通用性，可實現(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)濟實用。由于采用了至少兩套的省力裝置，同時采用了帶預緊的超高壓密封，從而有效地降低了成形力，降低了承壓面積，實現(xiàn)了“小設備干大活”的目的。由于采用省力導套內(nèi)外都與高壓水連通，使其在整個脹形過程不變形，從而保證了導套的安全使用。采用省力導套和不采用省力導套經(jīng)濟對比，如在50MN油壓機進行300MW護環(huán)液壓脹形時，采用省力導套的模具投資為44萬元，而不采用省力導套的模具投資為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)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置(多次脹形)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為帶預緊的超高壓密封結(jié)構(gòu)示意圖。
下面將結(jié)合附圖并通過較佳實施例，對本發(fā)明作進一步的說明。
具體實施例方式
如圖1、2所示，一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置，是在護環(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)孔與省力導柱4滑動配合，并設有密封5，導柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔6，導柱的內(nèi)部加工一個液體通道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的工作臺面和活動橫梁之間，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，其省力導柱4外面增設省力導套9，同時更換與省力導套相配合的上下沖頭為錐形下沖頭2-1、錐形上沖頭3-1，省力導套內(nèi)外與超高壓液體通道7相通，省力導柱和省力導套之間設有密封5。所述的與省力導套9相配合的錐形下沖頭2-1與省力導套9做成一體。為了減小普通壓機的偏載，可以在上沖頭的上面設置一種球面墊10。為了提高裝置的穩(wěn)定性，省力導柱4帶有底座。
如圖3所示，密封5是一種由高壓環(huán)5-1和高壓導環(huán)5-2構(gòu)成的組合式錐面密封與浮動O形圈5-3配合的一種帶預緊的超高壓密封。所述的高壓環(huán)5-1為鋼環(huán)，高壓導環(huán)5-2為尼龍環(huán)。超高壓密封的工作過程壓機通過球面墊10加載，使錐面沖頭與護環(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O型圈5-3建立初始壓力，使得高壓環(huán)5-1和高壓導環(huán)5-2構(gòu)成錐面密封，此時超高壓系統(tǒng)8提供的液體即可達到所需的高壓，這樣超高壓密封5進入工作狀態(tài)，保證護環(huán)環(huán)坯變形所需的壓力。經(jīng)過試驗驗證這種帶預緊的密封結(jié)構(gòu)具有操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、密封性能好等優(yōu)點。
護環(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，更重要直接影響護環(huán)的成形質(zhì)量。當壓機壓力一定時，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，試驗結(jié)果證明采用50MN油壓機進行300MW護環(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。
當沖頭工作錐角一定時，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油壓機上進行300MW護環(huán)液壓脹形，沖頭與護環(huán)壓力最佳為10MN。根據(jù)試驗結(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行300MW擴環(huán)液壓脹形，比較合理。
下面介紹300MW護環(huán)液壓脹形裝置的設計計算，根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果和經(jīng)驗公式F壓＝λpA (1)其中F壓-設備施加的壓力(N)；p-液體的壓強(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)計算采用一套模具進行液壓脹形，需要設備承受的壓力為123MN，萬噸水壓機也難以完成，如果要采用50MN油壓機進行液壓脹形，則應該采用本發(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，設備施加的壓力越小。采用本發(fā)明的裝置在50MN油壓機上脹形需要三次完成。具體計算見下表。

本發(fā)明的工作過程首先將帶有底座的省力導柱4放在壓機工作臺中心，安裝錐形下沖頭2，然后依次套裝護環(huán)環(huán)坯1、錐形上沖頭3，在錐形上沖頭上放置球面墊10，移動活動橫梁，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，接著開動高壓泵，使環(huán)狀空腔6內(nèi)充滿液體，壓機加載密封，同時超高壓系統(tǒng)繼續(xù)向腔體內(nèi)增壓，使環(huán)坯脹形強化，當環(huán)坯擴展到一定尺寸后，因液體的作用面積增大，壓機難以密封時停止加載施壓，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的省力導套9和錐形上沖頭3-1，再繼續(xù)脹形直到達到尺寸為止。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行改動和變形，倘若這些改動和變形不脫離本發(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)明的保護范圍也包含這些改動和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置，是在護環(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)孔與省力導柱(4)滑動配合，并設有密封(5)，導柱和環(huán)坯間形成了環(huán)狀空腔(6)，導柱的內(nèi)部加工一個液體通道(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的工作臺面和活動橫梁之間，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，其省力導柱(4)外面增設省力導套(9)，同時更換與省力導套(9)相配合的錐形上沖頭、錐形下沖頭，省力導套內(nèi)外與超高壓液體通道(7)相通，省力導柱(4)和省力導套(9)之間設有密封(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用超高壓系統(tǒng)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置，其特征在于所述的與省力導套(9)相配合的錐形下沖頭(2-1)與省力導套(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)和高壓導環(huán)(5-2)構(gòu)成的組合式錐面密封與浮動O形圈(5-3)配合的帶預緊的超高壓密封。
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)液壓脹形大型護環(huán)的省力裝置?，F(xiàn)有技術(shù)存在模具費用高，不經(jīng)濟，脹形控制不準確，容易出現(xiàn)不均勻變形等缺點。本發(fā)明是在護環(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)孔與省力導柱滑動配合，并設有密封，省力裝置放置在普通壓機的工作臺面和活動橫梁之間，至少有兩套，第二套以后的裝置，其省力導柱外面增設省力導套，同時更換與省力導套相配合的錐形上下沖頭，省力導套內(nèi)外與超高壓液體通道相通，省力導柱和省力導套之間設有密封。本發(fā)明采用超高壓系統(tǒng)增壓，更省力，可以用“小設備干大活”，模具通用性強，經(jīng)濟、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, 郭會光, 陳慧琴 申請人:太原科技大學