在分析现有生产工艺下管件生产设备不足的基础上，阐述了大吨位模锻液压机的优点。然后阐述了大吨位三向模锻液压机设计的主要技术条件，包括主机参数特点、优化设计、液压系统设计等。本实用新型锻造成型水压机的设计大大提高了生产效率和材料利用率，降低了加工难度，广泛应用于生产过程中。

传统的管道接头生产工艺有两种，一种是铸件成型，然后机械加工，然后锻坯成型。铸造工艺存在铸造缺陷风险大、材料使用强度低、生产工艺效率低、污染大等问题。

三向模锻，又称三向挤压法，是一种金属冷成型工艺，主要用于金属管的成型。一般模锻设备只能加工弯曲、直径薄壁、厚壁管、三通、四通管件仍只能采用传统工艺；三向模锻液压机（图1）在普通模锻设备的基础上重新设计；挤压压力可同时在三个方向实现。通过更换不同的模具和模具，各种类型的管件可以一次成型，完成弯曲、三、四、直径等管件的集成。三向模锻工艺可以完全取代传统的管件生产工艺。

图1三向模锻水压机。

三向模锻件制造技术。

无缝管采用三向模锻工艺制造，其强度、尺寸精度和表面质量高于铸件，毛坯重，单位重量小于锻件，几乎不需要保留加工余量。特别是在薄壁管件的生产中，以无缝管为原料，采用挤压工艺，大大节省了材料，保证了薄壁管件的强度和尺寸精度。该模具不受材料限制，可加工碳钢、合金钢、不锈钢、铝、铜等材料，应用广泛。目前，聚氨酯橡胶主要用作芯材料（固体芯）或超高压液体作为芯材料（液体芯）。上一次固体芯棒尺寸测试成本高，测试成功后使用成本低，适合批量生产；液体芯不需要测试成本，但由于膨胀液回收困难、污染大、使用成本高，适合小批量生产。四通管三路模锻模示意图2。

图2四通管零件三向模。

三向模锻生产工艺如下:管坯按尺寸下料(下料芯实心挤压时，需将胶芯杆装入管坯)→管坯放入凹模→上压头驱动上模向下，合模压合:左压头由右压头驱动，右压杆与中间同步挤压(液芯挤压时需注入超高压膨胀液)→左侧用右压头将挤压杆挤压到设定位置→左侧，右压头返回→上压头驱动上模返回→成品。

三向模锻水压机的主要技术特点。

仪器体积小，体积大，负荷集中。

管件的成型工艺基本上是冷挤压，需要较大的成型力，特别是对于较大的管道。因此，三向模锻设备的吨位一般较大，80%以上的三向模锻设备的合模和左右挤压力在2万kn以上。然而，与所需的模锻相比，模具尺寸的成型力较小，特别是左右挤压杆的直径远小于圆柱形活塞杆，因此压头与模头接触处的应力远大于普通设备。因此，有必要重新计算和校准压头的材料和结构，以确保压头与压头的接触面不会溃烂。设计的压头结构应确保挤压压力分散在整个活塞杆的接触面上，否则会损坏气缸体。

同步精度要求高。

根据三向模锻的工艺要求，在压制左右压头时，需要保证位移同步。同步精度越高，成品尺寸精度越高，缺陷风险越小。如果同步精度不足，成品会出现褶皱、裂纹、壁厚不均匀等问题。严重时可报废工件，甚至损坏模具。因此，三向模锻水压机左右压头的同步精度直接关系到产品的生产质量、废品率和模具的使用寿命。

仪器的几何精度要求。

三向模锻液压机上压头与台面的平整度会影响合模后模腔的形状。如果平行度不足，合模不严密，压件报废；左右压头平行度；压制过程中，左右压头运动轨迹同轴度；工作台压头运动轨迹的平行度也对零件的成型质量和模具的生产产生重要影响。如果精度不足，可能会导致左右挤压杆弯曲变形，损坏模具；液芯成型过程也会影响密封、液体泄漏、成型不到位和工件报废。

三向模锻水压机的主要方案。

由于三向模锻对设备的特殊要求、精度要求高、负载集中等，对生产过程进行了详细的研究和分析。通过优化设计，充分利用内外技术资源，提高设备的精度和效率。

水力机架采用钢板焊接箱结构，分析其应力和变形，优化后采用退火工艺消除焊接应力，保证机身的强度和刚度。

三向模锻的特点:零件尺寸公称力小，应力集中。左右挤压均为单缸加压，吨位大，行程短。左右挤压缸能有效适应应力集中的工况。本实用新型采用活塞杆导向，上压头合模应力相对分散。双缸行程采用双缸压力形式，配合对角行程探测器控制；确保上压头与工作台平行。

通过对三向模锻过程的分析，左右压头采用比例伺服系统加高精度位移传感器闭环控制系统，确保左右压头运动同步，同步精度±1mm。

压力机上下压头左右，右压头压力控制采用比例调压，压力调节范围为公称压力10%~100%，压力控制精度±0.3MPa。

滑块体为单件厚钢板结构，保证上压均匀传递到上模面，使合模力均匀分布。本发明提供了一高精度对角行程探测器和比例伺服系统组成的闭环控制系统，以确保滑块与工作台平行。

实践结果

该三向模锻水压机的研发取得了成功，对大规模生产各种管件、降低坯料成本、提高生产效率、提高管件成型质量、降低后续加工工艺具有重要意义。目前，该设备已在用户中稳定运行5年，达到2分钟/件的生产能力。