液压机的种类很多，液压机在锻压行业可分为锻造液压机、模锻液压机、板料冲压液压机、挤压液压机以及其他用途的液压机。本书仅介绍几类模锻液压机的特点及部分液压机的技术参数（以下简称液压机）。
1.液压机的性能特征
（1）液压机的优点 主要体现在以下几方面：
1）液压机工作执行机构简单，这是由于液压传动原理使得液压缸及活塞的结构简单化，并且易于实现很大的作用力。
2）压力作用点位置设置灵活，即在任何行程的位置均可产生压力和额定的最大压力。
3）锻造所需压力是可调的，视锻造工艺所需而定。
4）可以在锻压的下转换点设置工艺规定的保压时间，锻造形式为非打击式的，有利于金属的流动，这对金属的塑性变形过程十分有益。
5）不会产生超载，从而保护设备与模具。
6）滑块在行程中可以任意设置速度及速度的组合，满足工艺要求和生产节拍需要。
7）可进行等温锻造和超塑性锻造。
8）液压机既可进行模压锻造，也可以进行自由锻造。
9）工作平稳，撞击、振动和噪声均小，生产环境好。
（2）液压机的缺点 主要体现在如下几方面：
2）工作速度较慢，不能实现高速锻造。
3）由于液体具有一定的可压缩性，在卸载的瞬间释放能量时会引起机器本体或系统一定的振动，但不影响锻压形成的过程。
4）工作液有一定的使用寿命，届时更换会增加生产成本，特别是油压机。
2.液压机的工作原理
液压机是一种以液体为介质来传递能量以实现多种锻压工艺的机器。液压机是根据帕斯卡原理制成的，其工作原理如图9-4-11所示。两个充满工作液体具有柱塞（活塞）的封闭容腔由管道相连通，当柱塞1上作用有力F1时，液体的压强为
，A1为柱塞1的横截面积。根据帕斯卡原理：在密闭的容器中液体压强在各个方向上完全相等，压强p将传递到容腔内的每一个点，这样大柱塞2上将产生向上的作用力F2，使坯料3变形，且
式中 A2——柱塞2的横截面积。
图9-4-11 液压机工作原理图
1—小柱塞 2—大柱塞 3—锻造坯料
液压机一般由本体（主机）及液压系统两部分组成。
常见液压机本体结构简图如图9-4-12所示。它由上横梁1、下横梁3、四个立柱2和16个内外螺母组成一个封闭框架，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4根立柱为导向，在上、下横梁之间往复运动，活动横梁下表面一般固定有上模（上砧），而下模（下砧）则固定于下横梁3的工作台上。当高压液体进入工作缸并作用于工作柱塞上时，产生了很大的作用力，推动柱塞、活动横梁及上模向下运动，使工件5在上、下模之间产生塑性变形。回程缸4固定在下横梁上，回程时，工作缸通低压液体，高压液体进入回程缸，推动回程柱塞6及活动横梁向上运动，回到原始位置，完成一个工作循环。
图9-4-12 常见液压机本体结构简图
1—上横梁 2—立柱 3—下横梁 4—回程缸 5—工件 6—回程柱塞 7—活动横梁 8—工作柱塞 9—工作缸
3.几种大型有色金属模锻液压机
大型有色金属模锻液压机主要用于模锻大型铝、镁合金及钛和钛合金的模锻件，广泛用于航空工业中。
模锻高强度合金的显著特点是金属变形所需的单位压力很高，特别是精密铸件或模锻有薄腹板或薄肋条的锻件时，单位压力将急剧上升，模锻铝、镁合金时，其单位压力约为200～800MPa，最广泛应用的是500～600MPa，但模锻钛合金时，单位压力可达1000MPa以上。
目前世界上最大的模锻水压机是前苏联的750MN的，它建成于20世纪60年代初期，后来建造的一台是前苏联为法国设计制造的650MN的，它于1976年投产。我国自行设计并自己制造的300MN于1969年投产；2012年2月开工的3台800MN模锻机在建中。各国200MN以上的大型模锻液压机的主要技术参数见表9-4-22～表9-4-24。
表9-4-22 美国200MN以上模锻液压机
表9-4-23 前苏联200MN以上模锻液压机
表9-4-24 其他国家200MN以上模锻液压机
（续）
（1）国产300MN模锻水压机 我国第一重型机器厂自行设计并制造的300MN大型模锻水压机的结构简图如图9-4-13，它用于模锻各种铝和铝合金。
该300MN模锻水压机为八柱八缸上传动结构。每两个立柱和一个上小横梁、一个下小横梁通过加热预紧构成一个横向的刚性框架。八个工作缸成对地分别装在四个上小横梁内。四个框架的上小横梁分成两组，成对地以螺栓和键通过加热预紧组成一个整体，而四个框架的下部则以下横梁将四个横向框架构成一个刚性的整体。因此，相当于具有共同的活动横梁和下横梁的两台四柱式立式水压机。
活动横梁和下横梁均由纵向厚钢板和两侧的铸钢侧梁通过拉紧螺栓加热预紧组成。在活动横梁的下面装有垫板，其上可直接固定上模座。下横梁上则有可动工作台，它由三块锻钢板以工字扣连成整体，其上也有垫板，用以固定下模座，工作台可向一侧移出8m行程。
工作缸的柱塞具有上、下球面铰接，下面再通过垫板支承在活动横梁上。四个平衡缸、四个回程缸及四个同步缸均按对称位置以球面支承于活动横梁和下横梁之间。
水压机下部有中央顶出器，五个顶杆可同时或分别使用。
图9-4-13 一重自行设计并制造的300MN模锻水压机结构简图
外侧的四个立柱下部装有立柱应力测量装置，当立柱应力超过额定应力（1200×105Pa）时，能发出声响信号，同时自动切断泵站的来水，并使水压机工作缸卸压，以保证水压机安全。
国产300MN模锻水压机的主要技术参数见表9-4-25。
表9-4-25 国产300MN模锻水压机的主要技术参数
（续）
（2）美国315MN和450MN模锻水压机 美国洛维（Loewy）公司设计制造的315MN和450MN模锻水压机，均采用了下拉式结构，如图9-4-14所示。
这种模锻水压机的运动部分由上横梁、下横梁及六根组合式立柱所组成。每根立柱由三块矩形厚板组成。每块厚板厚度为355mm，长为33500mm，由质量为275t重的钢锭锻造成形。立柱的两端为钩头状，以传递力量。
图9-4-14 450MN模锻水压机
1—回程缸 2—同步缸 3—工作缸支承梁 4—工作缸 5—立柱 6—固定梁
上横梁和固定横梁由锻造厚钢板直立叠加组合而成，具有很强的抗弯刚性。九个Φ1200mm的工作缸位于地面之下。这种结构使水压机将所占空间分为上下两个区域，在地面上面部分进行锻造工作，地下部分则供维修人员观察液压机运行情况。这种结构降低了工作部位的高度，方便操作机等辅助设备的配合使用，使空间布局更加合理。但是，地下部分的基础却很深。
（3）前苏联750MN模锻水压机 前苏联的750MN模锻水压机的特点是模锻空间和工作行程都很大。其机架包含四组框架，框架的立柱由6块各厚200mm的钢板组成，框架的横梁则由7块各厚180mm的钢板用Φ100mm的螺栓紧固组成。为使大面积的工作台和活动横梁受载均匀，共设置12个工作缸，每个框架上装有3个工作缸。活动横梁和支承在框架上的下横梁则由厚400mm的钢板组成，用螺栓紧固。(www.zuozong.com)
（4）法国650MN模锻液压机 20世纪70年代由前苏联新克拉马托尔斯克机械制造厂制造并安装在法国的650MN模锻液压机的结构特点是有正、侧两组框架，如图9-4-15所示。正面主机架为钢板组合预紧框架，分前后两排，各由两组共10块C形钩头板中间夹十字形梁用拉杆预紧而成。侧向框架则用于增加压机的纵向刚度，每边均由上、下侧板组成，两者互相铰接，即上侧板的滑块可沿下侧板的凹槽上下滑动，以适应模锻时立柱被拉长的情况，并改善安装条件及补偿可能产生的偏斜。
（5）中、小型专用模锻液压机 一些专门用于模锻较小尺寸锻件的模锻液压机，由于所需模锻空间及动梁行程都比较小，如果再采用100MPa的超高压工作液体，有可能设计成大吨位小型专用液压机，从而大大减少本体的质量和造价。图9-4-16所示为前苏联全苏冶金机械科学研究院和新克拉马托尔斯克机械制造厂联合研制的150MN的小型专用模锻液压机结构简图，该液压机与另一台300MN中型专用模锻液压机的主要技术参数见表9-4-26。
（6）预应力结构模锻液压机 由于大型模锻液压机的制造和运输都有很多困难，因此各国曾研究过用预应力钢筋混凝土来建造液压机机架。美国曾提出过680MN的模锻液压机方案和2000MN液压机的设想。我国和前苏联则在100MN以下的多种液压机上进行了试验。
用钢带缠绕方式制成的预应力液压机机架，具有结构轻巧、尺寸小、抗疲劳性能好及造价低廉等特点。瑞典曾用于制造冷锻液压机，前苏联则设计并制造了从10MN到150MN的有色金属模锻液压机系列。图9-4-17所示为前苏联30MN预应力钢带缠绕模锻液压机的结构简图。其预应力机架由上、下拱形梁与立柱组成，外面缠以具有一定预紧力的高强钢带，预紧系数K=1.5～2.5，视允许偏心距的大小而定。工作时，立柱始终处于压应力状态，钢带虽然承受很高的拉应力，但由于冷轧钢带的屈服强度为一般高质量锻件的2～3倍，而且应力波动很小，应力幅仅为初始预拉应力的10%左右，故抗疲劳性能好。工作柱塞尾部卧于上拱梁的半圆垫块中，故有两处导向，50～150MN的模锻液压机则采用两个预应力缠绕机架，工作缸置于两个受力机架之间。此系列液压机的主要技术参数如表9-4-27。
图9-4-15 法国650MN模锻液压机结构简图
图9-4-16 前苏联150MN小型专用模锻液压机结构简图
表9-4-26 前苏联中、小型专用模锻液压机主要技术参数
图9-4-17 前苏联30MN预应力钢带缠绕模锻液压机的结构简图
（7）60MN铝合金轮毂热模锻液压机 该机由太原重型机械集团生产，用于热模锻汽车铝合金车轮轮毂。该机采用横向预紧板框式机架，速度控制系统采用比例阀控变量泵、位置反馈、容积调速闭环控制系统，主缸工作速度可实现0.5～15mm/s的无级线性调节。
4.等温锻造液压机
超塑性是指金属在一定温度范围和一定组织结构条件下，以一定低应变速率进行变形时可出现超常好的塑性指标，且流动应力极低的金属特性。超塑性又分为微晶超塑性和相变超塑性。等温锻造是在保持铸件的锻造温度基本不变的情况下进行的锻造，一般是在十分慢的变形速度下进行的，因此合适的等温锻造条件常可使金属在超塑性状态下变形。
钛合金、高温合金和粉末合金采用等温锻造时，因锻造温度范围窄，变形抗力大，故常常必须将变形温度、变形速度和毛坯晶粒度调整到超塑性状态，从而使材料的流动应力大幅度降低，以实现用比常规锻造小得多的载荷来生产锻件。形体结构复杂的铝合金锻件，亦可采用等温锻造成形技术来制造。
表9-4-27 前苏联预应力钢带缠绕模锻液压机的参数
（续）
等温锻造时应保持模具的温度基本不变并等于锻件的温度，以消除锻件毛坯与模具之间的热传导损失。
（1）等温锻造的优点 等温锻造（超塑性）具有以下显著的优点：
1）可显著提高金属材料的塑性。
2）极大地降低了金属的变形抗力，其变形抗力只相当于普通模锻的几分之一到几十分之一。
3）能使形状复杂、薄壁、高筋的锻件在一次模锻中锻成。而用普通模锻时，则需要多次模锻（多次加热），从而影响锻件表面质量。普通模锻时锻件缺陷的表面厚度为0.25mm左右，而等温模锻件则为0.05mm左右。
4）金属充满型槽的性能良好，可以得到尺寸精密的锻件，减少切削加工量，节约金属。
5）锻件晶粒细小均匀，因此产品整体上有均匀的力学性能。
（2）等温锻造液压机的性能要求 用于等温锻造的模锻液压机应具有下述两个特点：
1）要能在整个模锻过程中（大约2～8min）保持模具温度等于锻件的锻造温度。
2）要能控制比较合适的很慢的变形速度，且在不同变形阶段能有不同的最佳变形速度。例如在毛坯变形的初始阶段，可以采取较大的应变速率进行锻造，然后再以小应变速率锻造，最后从毛坯的充填需要和材料的反弹角度考虑，进行一段时间保压。
常用材料最佳超塑性应变速率范围为10-4～10-2s-1，对应于液压机活动横梁的速度是0.001～0.1mm/s。而一般液压机活动横梁的速度范围是5～150mm/s，显然不能适应超塑性工艺的要求，必须进行改装，即对现有液压机活动横梁的工作速度进行控制、自动调节和信号反馈。如美国喀麦隆公司曾将其在休斯敦工厂的一台80MN液压机改装成等温模锻液压机。日本住友公司也已有HCF-1500型等温模锻液压机商品出售。
（3）几种典型的等温锻造液压机
1）我国天津天锻压力机公司生产的等温锻造液压机有THP10系列。其中，最大的THP10 8000的公称力为80MN。它的机架是钢板焊接预应力组合框架，共有5个工作缸，中间缸作用力为60MN，四角各布置一个10MN的工作缸，当液体工作压力为25MPa时，总作用力为80MN，而工作压力为31.5MPa时，最大作用力为100MN。等温锻造时的工作行程速度为0.005～0.5mm/s，用比例伺服阀（力士乐产品）闭环控制，总的速度控制采取泵控加阀控，能够实现微米级别的速度控制。在超微速锻造时有等速、等应变和变应变三种控制速度模式。
它利用四角4个侧工作缸来调平纠偏，四个角上各装有一套索尼的直线位移传感器，当位移传感器的读数间的比较有差异时，用侧工作缸各自的比例伺服阀来自动调整（共四套比例伺服阀），以保持活动横梁的水平，精度可达0.04～0.05mm/m。而中间主液压缸的速度则应略滞后于4个侧工作缸。
此液压机用于锻造钛合金等锻件。其主要技术参数见表9-4-28。
表9-4-28 THP10系列等温锻造液压机技术参数（天锻压力机公司）
（续）
2）徐州压力机械公司生产的25MN数控等温锻造液压机适用于航空发动机钛合金叶片的超塑性成形工艺。该机的机架为钢板焊接预应力组合框架，工作缸共有4个，对称分布。活动横梁的导向为四角八面平面导向。该机的技术特点如下：
①低速的实现及其控制。等温锻造要求活动横梁的工作速度为0.05～0.30mm/s，速度稳定性误差为±0.03mm/s。通过控制比例伺服阀开口的大小来改变输出流量，以实现低速。为保持比例伺服阀调定的输出流量的稳定，比例伺服阀接有压力补偿器，以保持比例伺服阀进出口之间有稳定的压差，一般压差Δp=3.5MPa。在回程缸油路还设有一个比例减压溢流阀，以使回程缸能保持一个恒定的背压，从而保持低速的稳定性。
②偏载时活动横梁的调平控制。在25MN的负载下，速度为0.05～0.30mm/s，要求负载偏心200mm时，活动横梁的倾斜不大于0.25mm/m。4个工作缸呈矩形分布，为控制动梁前后、左右四个方向的平行度，采用4个比例伺服阀分别控制4个工作缸的位移和速度，以实现四缸的同步。
③动梁的位置精度与位置重复精度。25MN等温锻造液压机要求的位置精度误差为±0.1mm，位置重复精度误差为0.05mm。它们也是由比例伺服阀来控制实现的。当动梁位移接近设定位移值时，使比例伺服阀的开口变小，输出流量变小，动梁速度减慢，接近设定位置时停止，从而准确定位。
④保压时压力的稳定。25MN等温锻造液压机要求的保压时压力稳定性误差为±3%，在定压压制时，主缸压力达到设定压力开始保压，压力传感器检测主缸压力，当压力出现变化时，检测结果被送到工控机运算处理后，控制比例伺服阀开口大小，使主缸补压或卸压。
⑤温度控制系统，包括加热装置、水冷板、温控仪、水冷系统等。采用中频感应加热，分为上、下两部分。超塑性成形模具安装在加热装置内，分模面和加热装置上、下两部分结合面一致。加热装置上、下两部分均有侧温口多处。水冷板分上、下水冷板，用以防止加热板的热量传到液压机的动梁和工作台上。水冷板通循环水。加热装置、模具和水冷板之间加水泥石棉板隔热。温控仪采用动圈式。
⑥电控系统。采用工业控制机和可编程序控制器（PLC）双机系统。PLC完成对外围常规器件的操作，工控机完成位置检测，控制运算和各比例系统的控制。
该机的主要技术参数见表9-4-29。
表9-4-29 25MN等温锻造液压机的主要技术参数（徐州压力机械公司）
（续）
3）小型模锻液压机。一般情况下，对于小型铝合金锻件来说，应当选用吨位较小的模锻液压机。例如，禾田公司在制造汽车用铝合金控制臂等锻件时，除了其他锻造成形设备外，还配置有一台小吨位模锻液压机，其基本技术参数见表9-4-30。图9-4-18所示为某锻造液压机，图9-4-19所示为该设备的液压系统。
表9-4-30 禾田公司用小吨位模锻液压机主要参数
（续）
图9-4-18 某锻造液压机
图9-4-19 某锻造液压机的液压系统
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