多向管接頭的生產目前有兩種傳統工藝，一種是采用壓鑄成形毛坯，然后精密機加工成形；另一種是采用鍛造毛坯，然后精密機加工成形。壓鑄工藝存在材料鑄造缺陷風險大、材料許用強度低、鑄件利用率低、污染大、耗能高等問題；鍛造工藝存在毛坯成本高、機加工時間長、生產效率低、材料利用率低等問題。
多向模鍛技術是一種先進精密、節能省材的鍛造技術，主要用于汽車、機械、石油化工、鍋爐制造、航空航天、船舶等行業多面體結構件的一次成形，可顯著提高零件強度，降低生產成本，促進零件輕量化。由于其技術及裝備要求較高，至今只有少數國外公司掌握，并壟斷著大型核電、航空航天、石油化工等多向模鍛件的生產。本文介紹的多向模鍛設備能一次鍛造完成三通閥體整體結構，包括三向法蘭、三向內孔，且不需要余料飛邊，克服了現有技術的缺陷，有效提高原材料利用率20%以上，提高機械加工效率60%以上，還實現了金屬全纖維鍛造成形，提高了產品綜合機械性能和質量。
多向模鍛生產工藝
多向模鍛生產工藝流程如下：原材料（棒料）按尺寸下料→坯料加熱→上模具合模→左、右、后壓頭帶動左、右、后擠壓桿同步向中心擠壓（圖1）→左、右、后壓頭帶動擠壓桿擠壓到設定位置→左、右、后壓頭退回→上壓頭帶動上模退回→取出成品→精密機加工切除余料。
多向模鍛對設備要求如下：⑴工件小、成形力大、載荷集中；⑵左右壓頭同步精度、位置精度要求高；⑶三個方向上的水平壓頭在擠壓過程中的翹曲變形控制精確，翹曲變形直接影響零件的三個方向上孔的位置精度和形狀精度。
多向模鍛液壓機的主要方案
多向模鍛液壓機采用三梁四柱框架結構機身，在水平方向后側安裝拉伸滑塊和壓邊滑塊，可在水平面四個方向（4軸）同時成形，其中后側方向可實現雙動壓制；建立了精確的工藝缺陷預測計算模型，通過優化軸向推力的加載曲線和模鍛坯料的形狀、尺寸等工藝參數，改善成形質量，對典型模鍛構件仿真模擬研究及工藝參數優化；采用圖像檢測技術構建在線檢測系統，輔助形成擠壓成形工藝系統，可實現多向模鍛件柔性成形和實時修正；采用高性能PLC控制技術，開發了大型多向模鍛液壓機專用數控系統，能夠實現多向模鍛件的送料、取料和定位裝置的控制，多向模鍛件的冷卻和潤滑的控制，多向模鍛件的擠壓深度、擠壓力和壓邊力的控制，液壓伺服控制和多軸運動控制等；開發出的專用液壓比例伺服系統可實現比例調壓、變壓力控制等；另外，該裝備配備多向模鍛件自動上下料及取料裝置，有效地節省了人力成本。
如圖2所示，液壓機設備公稱壓力為145000kN，總占地面積8800mm×5800mm(左右×前后)，地面以上高度約為10000mm，裝機功率約為1400kW。
多向模鍛液壓機的主要技術特點
設備臺面較小，噸位大、載荷集中
多向模鍛設備總噸位普遍較大，左、右、后三向模鍛設備合模及左右擠壓力都在20000kN以上，而模具尺寸相對所需模鍛成形力較小。因此壓頭與模具接觸面的應力會遠大于普通設備的模具接觸面應力，這就需要對壓頭的材料和結構進行設計，壓頭材料需要保證在壓頭和擠壓桿的接觸面上不會被壓潰，壓頭的結構需要保證把擠壓力分散至整個活塞桿接觸面上，以免造成油缸損壞（圖3）。
左、右壓頭壓制同步精度要求高
根據多向模鍛的工藝要求，左、右壓頭壓制過程中的位移需要很高的同步，否則成形形狀不合格、內部可能存在一定的缺陷。模具受力不平衡嚴重時甚至會導致模具損壞。因此，三向模鍛液壓機左、右壓頭的同步精度直接關系到生產的產品質量和模具的壽命。因此，該設備采用高精度的位移傳感器、PLC、高頻響伺服閥組成閉環控制系統，實現了同步精度0.05mm/s和位置精度0.05mm，滿足了該零件成形的工藝要求。
水平壓頭翹曲變形要控制精確
三個方向上的水平壓頭在擠壓過程中的翹曲變形要控制精確，翹曲變形直接影響零件的三個方向上孔的位置精度和形狀精度。
三個方向上的壓頭和工作臺面間的平行度會影響合模后的模腔形狀，如果偏差較大會導致成形后的零件孔的同軸度不夠，嚴重影響零件的質量。因此，三個方向的壓制過程的機身變形的大小會直接影響產品的質量。
如圖4所示，該設備豎直方向上采用無拉桿立柱，通過精加工的臺階面配合，豎直方向上油缸主要提供合模力對機身在這個方向的變形要求較低。左右和前后方向上均采用四拉桿結構，組成封閉框架結構，該結構在防止翹曲變形方面非常有效，提高了成形過程中機身的精度，滿足零件的成形要求。
實踐結果
該設備（圖5）目前已經交付用戶3年，使用效果良好，實現了量產，零件的成形質量高，達到了預期的效果。
多向模鍛成形技術作為一種新的先進制造技術，能夠有力地推動制造工業技術的發展，順應未來制造工業節能、經濟和環保的發展趨勢，具有廣闊的應用前景。該設備的研制成功不僅具有重要的理論意義，更具有重大的經濟和社會效益。
