一、模锻液压机工作原理
1．模锻液压机结构与类型
液压机是利用液体压力来传递能量的锻造机器。其基本作用原理是液体静压原理(帕斯卡原理)：“充满液体的密闭容器中，施加压力于任意点的单位外力，能传播至全部液体，其数值不变，其方向垂直于容器表面”。
如图1所示，两个充满工作液体的、具有柱塞的容器由管道相连接，A，为小柱塞1工作面积，Az为大柱塞2工作面积。当小柱塞1上的作用力为F，时，液体压力为P-F1/A，。根据帕斯卡原理，压力P将传递到容器的每一点，因此，在大柱塞2上将产生作用力：Fz-pAz-F，(Ao/A，)，施加到工件3上使其变形。
液压机由本体及液压系统两部分组成。本体结构如图2所示。一般由上横梁1、下横梁3、立柱2组成封闭框架，框架承受全部工作载荷。工作缸9固定在上横梁1上，工作缸内装有工作柱塞8，它与活动横梁7相连接。活动横梁以四根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动。上模固定在活动横梁的下表面，下模固定在下横梁的工作台上。
图1液压机工作原理
1一小柱塞 2一大柱塞 3一工件
当高压液体进入工作缸后，在工作柱塞上产生很大压力，并推动柱塞、活动横梁及上模向下运动，使毛坯5在上、下模之间产生塑性变形。回程缸4固定在下横梁上，回程柱塞6与活动横梁连接。回程时，工作缸通低压，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞、活动横梁向E运动，回到原始位置，完成工作循环。
液压机的一个工作循环包括充液行程、工作行程、停止及回程。上述不同状态由操纵系统控制液压系统中各种阀的动作来实现。液压机的液压系统包括各种泵、容器(油箱、液罐等)、阀及连接管道等。
液压机的工作介质主要有油和乳化液两种，相应地称为油压机和水压机。油的防腐蚀和润滑性能好、黏度较大、容易密封，但是油易燃，成本高．易污染场地，因此油压机多用于中温下较小锻件的锻造加工；较大锻件的热模锻中使用模锻水压机，采用乳化液作为工作介质，乳化液由质量分数为2％的乳化脂和质量分数为98％的软水搅拌而成，具有较好的防庐蚀性能并有一定的润滑作用，价格便宜，不燃烧，不多污染场地，适合于耗液量大以及热加工的情况。
2．模锻液压机传动方式
液压机的传动方式可分为泵直接传动和泵一蓄势器传动。一般来说，单台的中、小型液压机宜采用泵直接传动，如果同时需供数台液压机或供大型液压机使用，则宜采用泵一蓄势器传动系统。
(1)泵直接传动这是由泵将高压液体直接供给液压机的工作缸及共钢明装置，如图所示的油压机的液压系统，它通过两个三位四通滑阀来实现各种行程。滑阀5控制工作缸11。滑阀3控制顶出器活塞缸。
①充液行程滑阀5处于交叉相通的“工作”位置，滑阀3处于交叉相通的“回程”位置。工作缸11下腔通过开启的液控单向阀7及滑阀5通低压油箱，活动横梁从上停止位置靠自重下降，油泵输出的低压油液通人工作缸11的上腔，充填活塞下行中空出的容腔，不足的油液由充液阀9补入，直到上模接触锻件为止。
②工作行程滑阀5仍处于交叉相通“工作”位置，当上砧接触工件后，阻力增大，油泵出口压力随之增高，高压油液进人工作缸11的上腔，推动活塞下行，对锻件进行压力加工。充液阀自动关闭，工作缸11下腔的油液继续排回油箱。
③回程 滑阀5处于直通的“回程”位置，滑阀3仍处于“回程”位置，泵将高压油液输人工作缸11的下腔，同时打开液控单向阀8，使工作缸11的上腔卸压，然后打开充液阀9，活塞带动活动横梁上行，上腔的油排入充液罐10。
④停止滑阀5及滑阀3均放在停止位置。油泵通过滑阀3卸荷，工作缸11下腔的油液被液控单向阀7封闭于缸内，支持活塞及运动部分停在任意所需的位置。
(2)泵一蓄势器传动在液压系统中增加了蓄势器。蓄势器的作用在于贮存高压液体，平衡泵的负荷。如回程或停．止时不需要大量高压液体，泵输出的高压液体可部分或全部贮存于蓄势器中，利用高压气体来保持液体的压力；当液压机需要大量高压液体时，则由泵及蓄势器同时供应。泵一蓄势器传动可．以使系统所需泵的容量大为减小。
如图4所示的水压机的液压系统，操纵系统由摇杆式四阀分配器与充水罐、充水阀等组成。分配器通过扳动手把控制4个阀，可以实现各种行程。其中，阀1为回程缸进水阀，阀2为回程缸排水阀，阀3为工作缸进水阀，阀4为工作缸排水阀。充水罐的上半部分充有压缩空气(0.6～1.2MPa)，下半部分的低压水与充水阀和分配器相通。充水阀的阀杆上装有弹簧和小活塞，弹簧可使充水阀关闭，而小活塞可在必要时使充水阀打开。
①充液行程手把推到充水位置，回程缸排水阀2打开，活动横梁从上停止位置靠自行，回程缸中的液体排回充液罐及低压水箱。由于工作缸内的液体压力下降，充液罐上部充有压缩空气，在工作缸和充液罐中的液体压力差作用下，充液阀被顶开，充液罐内的低压液体大量充人工作缸。直到上模接触锻件时，活动横梁运动停止，工作缸和充液罐中的液体压力差消失，充液阀在弹簧作用下自动关闭。
②工作行程充液行程结束后，回程缸仍通低压。工作缸进水阀3打开，从高压泵和蓄势器来的高压液体，经充液阀进人工作缸，并作用于柱塞上，通过活动横梁对毛坯进行锻造加工。此时，回程缸排水阀2继续打开排液。
③回程工作行程结束后，手把拉至回程位置，工作缸进水阀3关闭，工作缸排水阀4打开，卸掉工作缸和管道中高压液体的压力；回程缸排水阀2关闭，回程缸进水阀1打开，高压水进入回程缸，推动活动横梁上升，同时控制充液阀接力器强迫充水阀开启，工作缸的低压水大量排人充液罐。
④停止 当活动横梁上行到上停止位置时，手把扳到停止位置，回程缸进水阀1关闭，此时回程缸排水阀2也关闭，而工作缸排水阀4继续打开，工作缸通低压水，活动横梁由封闭在回程缸内的液体所支撑，可以停于行程中的某一位置。
二、工作特点
液压机依靠静压力使锻件成形，与其他模锻设备(如热模锻压力机、模锻锤)比较有以下特点。
(1)容易获得大的工作压力。锤由于有振动，需要很大的砧座和地基，不能造得很大；热模锻压力机受到曲柄连杆强度的限制，一般只造到1万吨左右。液压机是静压工作，不需要很大的砧座和地基；采用液压传动，动力设备可以分别布置，可以多缸联合工作，因而可以造很大的吨位，如模锻水压机已造到7万吨。
(2)容易获得大而灵活的工作行程。机械传动的热模锻压力机其行程是不变的，并只能在较小的行程范围内发挥额定压力。液压机的压力与行程无关，在任何位置均可产生额定的最大压力；行程可以在一定范围内无级改变，在行程的任意位置均可以反向。可以灵活地满足锻造工艺的需要。
(3)压力调节方便，并能可靠地防止过载。一般三缸液压机能很容易得到三级不同的压力。可以在行程的任意位置作长时间的保压。由于液压机能可靠地控制液压，因而能有效防止过载。
(4)调速方便。液压机很容易实现高速空程和回程，提高生产率；还可以在高速空程下慢速合模，以免冲击。工作时可以无级调速，以便选择最合适的工作速度。
(5)液压机本体没有庞大的机械传动机构，因而工作空间可以做得很大；操作方便，易于实现遥控；工作平稳、振动和噪声小，对健康、环境及设备本身都有利。
模锻液压机分为一般模锻液压机和多向模锻液压机，常用来锻造各种圆柱类、饼盘类、深孔类、挤压类模锻件、大型模锻件，以及铝镁合金、钛合金或其他高温合金锻件。
液压机的缺点：采用高压液体作为工作介质，液体的泄漏难以完全避免，污染工作环境，对于热加工，漏油还有起火的危险；对液压元件精度要求较高，结构比较复杂，调整、维修也比较困难；工作缸升压、降压以及阀的换向都需要一定时间，在快速性方面不如机械压力机；液体有可压缩性，快速卸载时可能会引起液压机本体或液压系统的振动，不太适合于剪切等突然失载的工艺。
三、主要技术参数
(1)公称压力 液压机能产生的最大力量，等于工作液体压力和工作柱塞总工作面积的乘积。反映了液压机的主要工作能力。在我国，液压机泵站的工作液体压力为20MPa和32MPa。如果需要进一步提高工作液体压力，可采用增压器，能够将工作液体压力增高至45MPa、63MPa、IOOMPa或更高的超高压的液体压力。
(2)最大净空距H活动横梁停在上限位置时，9,-c作台上表面到活动横梁下表面削 距离。反映了液压机在高度方向上工作空间的大小。
(3)最大行程 活动横梁能够移动的最大距离。
(4)工作台尺寸工作台上安放模具，反映了能够容纳的模具的水平空间的大小。大型锻造液压机往往设置移动工作台。
此外，还有回程力、活动横梁运动速度、允许最大偏心距等。
四、模锻液压机主要部件
1．本体
液压机本体除了常见的三梁(上横梁、活动横梁、下横梁)四立柱式的框架结构，还有多柱结构。此外有些液压机配备有活动工作台和其他辅助机构(顶出器、工具提升机构)等。对多缸大型模锻液压机还有同步和补偿系统。有的设备为了减少活动横梁因偏心载荷而产生偏斜，还采用专门的横梁平衡液压系统。
液压机各主要零、部件(横梁、立柱、柱塞、工作缸等)由优质碳素钢或合金钢制成。立柱靠内外螺帽与上下横梁紧固起来，组成一个可拆的预应力框架(图3—45)，承受水压机的全部工作载荷。立柱是主要的受力件，同时活动横梁又以立柱来导向。立柱经锻造而成，在机械加工后进行探伤检验。液压机处于多次反复加载的工作条件，使用久了螺帽易松动，造成机架在加载时剧烈晃动，甚至会使立柱折断。保证螺帽不松动是液压机正常工作的重要条件。加热预紧是在机架组装时最常用的方法。立柱端部钻有加热孔，在立柱及上横粱安装好后，先将内外螺帽冷态拧紧，然后用电阻丝等方法使立柱端部加热伸长，达到一定温度后将外螺帽再向下拧过一定的弧长，立柱冷却后就在螺帽与横梁之间产生一个很大的预紧力。此外还加装螺母防松锁紧装置，使螺帽不易松动。
上、下横梁和活动横梁都设计成箱形结构件，并用筋板与横梁面板相连。在承载较大处，筋板较密，以提高横梁刚度。筋板布置成网格形或辐射形。横梁有铸造结构和焊接结构。为防止横梁构件变形，必须进行热处理消除内应力。如图6所示为某液压机上横梁结构。
2．液压系统
(1)液压缸、泵、阀液压缸的作用是把液体压力能转换成机械功。高压液体进入缸内后，作用于柱塞(活塞)上，经过活动横梁将力传到锻件上，使之产生塑性变形。
液压缸可以分为柱塞式、活塞式(图3—47)。根据液压机总体结构、缸的推动力大小及工作条件的要求来选定。柱塞式液压缸在水压机中应用较多，广泛用于工作缸、回程缸、工作台移动装置等，结构简单，制造容易，但只能单方向作用，反向运动需用回程缸来实现。
活塞式液压缸在油压机上广泛应用，可以有两个作用方向，既能完成工作行程，又可实现回程，简化了液压机结构，但活塞在运动的两个方向上都要求密封，结构比较复杂。
液压机的所用工作液体压力高，流量大，一般多采用柱塞式液压泵。
液压阀主要用来控制液体的压力、流量和方向，从而实现液压机的各种功能。例如，控制液压机活动横梁的动作程序、运动速度、工作压力及工作行程等。
液压阀分为滑阀和锥阀。滑阀生产历史长，厂家多，维修方便，在中低压液压系统及中小型液压机中应用非常广泛。滑阀的缺点是存在着一定的内泄漏量，磨损后径向间隙加大，内泄随之增加。油压机多采用滑阀。锥阀在以乳化液为工作介质的水压机中应用广泛，如图3—48所示为几种锥阀的结构。
(a)柱塞缸 (b)活塞缸
图7液压缸部件
(a)进水阀 (b)充液阀
图8几种锥阀的结构
(2)泵一蓄势器站 泵一蓄势器站的任务是向液压机提供高压液体。主要由高压泵、蓄势器、水位指示器等部分组成(图9)。
高压泵部分包括泵、减速器、电枫等。由于液压机的耗液量波动大，因此一般采用多台泵并联的供液方式，可以根据液压机的耗液量波动情况自动地控制投入供液的泵数。一般小型型泵站设2～4台工作泵和1～2台备用泵，大型泵站设6～8台工作泵和2～3台备用泵。
蓄势器主要包括蓄液罐与蓄气罐两部分。蓄液罐与蓄气罐都是耐高压的大型容器。蓄液罐的底部与高压泵及液压机相通，上部与气罐相通。侧壁上装有液位指示器，以实现液位自动控制。蓄气罐用来容纳高压空气。蓄气罐只与蓄液罐的上部相通。为了安装时向蓄液罐中充入高压空气或平时补充高压空气的漏损，在蓄液罐附近有空气压缩机。
除了平衡尖峰载荷，蓄势器还能够稳定高压水的压力。蓄势器中的高压空气所占容积的比例越大，则液压的波动将越小。因此，蓄气罐的数量一般是蓄液罐数量的3～4倍。
液位指示器是中空容器，其上部与蓄液罐上部高压气体相通，下部与蓄液罐下部高压液体相通，因此指示器中的液面高度与蓄液罐中的液面高度一致。沿指示器高度方向布置许多电接点，当指示器中的液位上升或下降到某一接点位置时，此接点可发出电信号，控制系统依据此电信号，即可自动判断蓄液罐中的液位，控制各泵的运转方式：当蓄液罐中的液位下降至最低允许液位时，最低液面阀动作，蓄液罐只能充进液体而不能流出液体，蓄液罐中的液位回升。当液位上升至中间各级时，各级液面阀相继动作，使各有关的泵先后变为空运转。当液位上升到最高允许液位时，最后一台泵也进入空运转状态。此时液位不再升高，液压机工作所需液体全部由蓄液罐供给。如果某种原因使电液系统失灵，液位到达最高点后，泵仍向蓄液罐供水，则液位将上升至事故液位。此时，事故液位信号发出，控制系统切断泵电机电源。
图9 泵一蓄势器站
