六面顶铰链式压机的修复

基于响应面法的缸梁一体式六面顶压机铰链梁优化*何文斌1， 姚港生1， 汪曙光2， 王良文1， 明五一1， 谢贵重1， 李　轲3， 鲁海霞2（1. 郑州轻工业大学, 河南省机械装备智能制造重点实验室, 郑州 450002）（2. 河南黄河旋风股份有限公司, 长葛 河南 461500）（3. 河南黄河田中科美压力设备有限公司, 长葛 河南 461500）摘要　六面顶压机是中国生产金刚石的主要设备，其关重件铰链梁在工作中承受连续的交变载荷，易出现失效破损。

提出RSM 和MOGA 相结合的方法，对新型六面顶压机的铰链梁进行优化分析。

首先建立铰链梁的参数化模型，以关键部分的尺寸为设计参数，以最大应力和最大位移为目标函数，并对其最大质量进行约束；然后使用DOE 获得设计试验点；利用RSM 获得代理模型；再通过MOGA 法搜索全局最优解，最后对铰链梁的优化结果进行评估。

结果表明：优化后的铰链梁在质量略微增加的情况下，刚度和强度有效提高，应力集中现象也明显改善。

关键词　六面顶压机；铰链梁；响应面法；多目标遗传算法中图分类号　TH6; TB321; TQ164; TP391　文献标志码　A 文章编号　1006-852X(2023)04-0523-08DOI 码　10.13394/ki.jgszz.2022.0204收稿日期　2022-11-20　修回日期　2023-01-29目前，世界上生产金刚石的高温高压设备主要有六面顶压机和两面顶压机。

中国主要以铰链式六面顶超高温高压金刚石合成压机（简称六面顶压机）来合成金刚石。

六面顶压机的主要优点有：良好的经济性，稳定的温度和压力，简单的结构，良好的对中性等[1]。

目前，国际上90%以上的人造金刚石是由六面顶压机合成生产的[2]。

近年来，随着微电子与精密液压控制等技术的发展和应用，压机大型化步伐逐步加快，对压机性能的要求也愈来愈高。

但现有六面顶压机生产效能偏低，与两面顶压机的高产出比还有较大差距；设备的精度保持性与抗疲劳性弱，难以满足高品质金刚石的合成需要。

大腔体六面顶金刚石压机铰链梁锻造模具结构多参数优化王良文;刘飞飞;汪曙光;司亮;谢贵重;李轲;鲁海霞【期刊名称】《塑性工程学报》【年(卷),期】2024(31)5【摘要】针对大腔体六面顶金刚石压机关键部件铰链梁的锻造过程进行了研究。

为提高铰链梁锻造模具的使用寿命,利用Deform-3D软件对终锻过程进行了模拟,并对模具结构参数进行了优化。

首先以模具应力为优化目标,选取模具边角及圆角处的7个结构参数为设计变量。

通过Plackett-Burman Design筛选出对模具应力影响较显著的变量,将其作为最终优化变量进行研究。

利用Box-Behnken Design抽样并建立了响应面回归模型,在拟合模型有效的前提下,通过引入动态惯性权重及学习因子改进粒子群算法,利用其寻优得到最优模具结构参数,并通过有限元仿真验证了结果的可靠性。

结果表明,通过对模具结构的多参数优化,模具应力减少了25%,模具使用寿命得到显著提高。

【总页数】12页(P94-105)【作者】王良文;刘飞飞;汪曙光;司亮;谢贵重;李轲;鲁海霞【作者单位】郑州轻工业大学机电工程学院、河南省复杂机械装备智能监测与控制国际联合实验室;河南黄河旋风股份有限公司;郑州大学中原关键金属实验室;河南黄河田中科美压力设备有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG315.2【相关文献】1.铰链式六面顶液压机铰链梁镗孔工装的设计改进2.金刚石六面顶压机铰链梁的结构优化设计3.基于铰链式六面顶压机的二级6-8模超高压大腔体内置加热元件的设计与温度标定4.用锰铜电阻法标定基于国产铰链式六面顶压机的二级6-8型大腔体高压装置的压力5.基于铰链式六面顶压机的二级6-8型大腔体静高压装置因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

Ф650型人造金刚石压机铰链梁断裂失效分析一、情况简介目前人造金刚石的生产是把石墨置入静高压状态下的密封腔，利用媒介催化石墨转化合成得到同素异形体结构的人造金刚石。

国内生产人造金刚石的设备主要是铰链式六面顶压机（以下简称压机），桂冶重工集团公司设计生产的压机在压力吨位和品质上均领先国内水平。

整机外形如图一照片所示。

压机主要由六个铰链梁系统通过连接销组装而成。

每个铰链梁系统均是一个产生高压的部件，该系统包括铰链梁、工作油缸、连接销、活塞以及液压系统。

工作时，液压系统从六个铰链梁内部通过油腔输入高压油推动活塞向前行进，六个活塞形成静高压腔完成金刚石的合成。

二、链梁系统的工作原理铰链梁系统主要由铰链梁、工作油缸、缸底、活塞及液压站组成，如图二所示，其中的工作油缸、活塞、缸底通过密封件形成油腔，由液压站产生超高压油（>100mpa），通过铰链梁底部的进油口进入油腔内推动活塞向前行进，其他五个铰链梁系统的活塞同时向前行进，六个方向活塞前端的顶锤形成静高压合成腔，在六个活塞的相互作用力下，油腔内部压力通过缸底传递到铰链梁底部，由于铰链梁已通过联接销连接相对固定，因此在铰链梁底部受到压应力和弯曲应力（应力分布如图三所示），通过有限元设计法计算，图三中在铰链梁底部圆弧处存在一个高应力集中区。

三、ф650压机铰链梁断裂失效状况据该公司一家ф650压机用户反映，在进行人造金刚石合成时，听见铰链梁有异响，停机检查后发现铰链梁底部已出现一道裂纹。

如图四照片中可以看到铰链梁底部的裂纹。

本人受该公司委托到达现场勘察时，裂纹已发展到整个圆周，该设备已经使用近三年。

由于铰链梁系统承受的压力大约是两万千牛，如果遭到这样的断裂，将严重影响设备的安全性。

为再次发生此类断裂，对该件铰链梁沿裂纹断裂面解剖，进行综合性的失效分析。

四、理化检验1.断口宏观形貌本人拍摄了此ф650型压机铰链梁底部断口照片，图五是整个断口形貌，图六是图五的局部放大照片，从照片是可以清晰地看到疲劳扩展的贝壳线和裂纹源区及最后的瞬间断裂区。

[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2907872Y [45]授权公告日2007年6月6日专利号 ZL 200620031490.2[22]申请日2006.04.05[21]申请号200620031490.2[73]专利权人郑州人造金刚石及制品工程技术研究中心地址450001河南省郑州市高新技术开发区冬青街24号[72]设计人郭留希 杨晋中 [74]专利代理机构郑州联科专利事务所代理人田小伍 张秋红[51]Int.CI.B01J 3/06 (2006.01)权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 3 页[54]实用新型名称六面顶压机铰链梁[57]摘要本实用新型属于金刚石合成设备技术领域，尤其涉及一种六面顶压机铰链梁。

链耳偏离铰链梁截面中心线设置在铰链梁上，同向一侧一个，同向链耳紧靠中心线同侧设置，不同向链耳位于沿逆时针方向中心线同侧，铰链梁为筒式结构，筒底中央开有通孔，活塞位于铰链梁内，活塞杆从筒底的通孔中穿出，铰链梁筒底相对端固定安装带油孔的堵头。

本实用新型拆装方便，铰链梁和后堵分体设计使铰链梁不受轴向作用力，铰链梁的强度要求降低，梁体减短，壁厚减小，制造成本降低。

200620031490.2权 利 要 求 书第1/1页1、六面顶压机铰链梁，包括铰链梁和链耳，其特征在于，链耳偏离铰链梁截面中心线设置在铰链梁上，同向一侧一个。

2、如权利要求1所述的六面顶压机铰链梁，其特征在于，同向链耳紧靠中心线同侧设置，不同向链耳位于沿逆时针方向中心线同侧。

3、如权利要求1所述的六面顶压机铰链梁，其特征在于，铰链梁为筒式结构，筒底中央开有通孔，活塞位于铰链梁内，活塞杆从筒底的通孔中穿出，铰链梁筒底相对端固定安装带油孔的堵头。

200620031490.2说 明 书第1/2页六面顶压机铰链梁技术领域本实用新型属于金刚石合成设备技术领域，尤其涉及一种金刚石合成的六面顶压机铰链梁。

应用于高压科学研究的国产铰链式六面顶压机技术发展历程彭放;贺端威【摘要】The China-made hinge-type large volume cubic press is a high-pressure device independently developed in China.After 50 years of continuous development,it has achieved fruitful results in industrial synthesis and high-pressure scientific research and occupied a special place in the world.In this paper,we take the topic of China-made hinge-type large volume cubic press used in high-pressure scientific research at the High Pressure Science and Technology Laboratory of Sichuan University,and demonstrate its development and technical characteristics.The technical performance of the device will be continuously improved in the development process in the future,so that it will play a greater role in China's industrial high-pressure synthesis and high-pressure scientific research.%国产铰链式六面顶压机是我国独立发展起来的大腔体高压装置,经过50多年的不断发展,在工业高压合成和高压科学研究领域取得了丰硕成果,在国际上占据一席之地.本文仅以四川大学高压科学与技术实验室在国产铰链式六面顶压机应用于高压科学研究的技术研发为镜,展示国产铰链式六面顶压机大腔体高压装置在应用于高压科学研究领域的发展历程和技术特点,以利于该装置在今后的研发过程中继续保持和发挥其独特性能,为我国工业高压合成和高压科学研究发挥更大的作用.【期刊名称】《高压物理学报》【年(卷),期】2018(032)001【总页数】6页(P48-53)【关键词】六面顶压机;高压科学与技术;大腔体压机;超硬材料【作者】彭放;贺端威【作者单位】四川大学原子与分子物理研究所,四川成都610065;四川大学原子与分子物理研究所,四川成都610065【正文语种】中文【中图分类】O521.3随着近十几年国际高压技术的快速发展，高压科学、超硬材料及其相关领域取得了一系列突破。

刍议我国六面顶金刚石压机的发展【摘要】为了更全面的了解我国六面顶金刚石压机的技术水平，掌握行业的发展趋势。

首先，阐述了六面顶金刚石压机的优点；其次，对我国六面顶金刚石压机的发展进行回顾和展望；最后得出相应的结论。

【关键词】金刚石；六面顶压机；六面顶金刚石压机一、引言随着社会的进步和发展，我国六面顶压机大型化也在不断的进步之中。

这项设备的应用领域也越来越广，因此，市场对其测量，以及控制技术的标准，也在逐渐上升。

尤其是近十年来，我国在高品级的金刚石合成技术上，获得了比较大的进展。

能够规模化的生产高品级金刚石，并且参与了国际高端的市场竞争。

事实证明，六面顶压机，不仅可以生产出高品级的金刚石，并且在生产成本上，要低于两面顶，它不但能大规模产出与全球同等品质水准的高级金刚石，同时在培育宝石级钻石的研究工作中也取得成功。

可以说，没有六面顶压机，就没有如今我国金刚石产业的发展。

我国金刚石单晶产量占全球总产量的90%以上，稳居世界第一，得益于我国六面顶压机发展成果，不但满足了国产高档金刚石制品迅速发展的需求，而且还进入了全球高端市场，更为关键的是，六面顶压机大大动摇了世界两大金刚石霸主的深厚根基。

二、六面顶金刚石压机的优点传统的观点认为，两面顶压机无论从各个方面，都要优于六面顶压机[1]。

但是，专门研究两面顶的相关人员认为，两面顶压机和六面顶压机，都有各自的有点[2]。

与两面顶压机比较，六面顶金刚石压机有三个明显的优点：第一，六面顶金刚石压机高压腔体受力更为理想[3]。

第二，六面顶压机用四个非加热顶锤以及它的内部支撑体系，取代了两面顶所用的复杂的模具，这样一来，六面压机将不再受模具技术的制约。

第三，六面顶压机以其油缸壳体的铰链连接方法，取代了两面顶总体形式的大型机架，对压机生产企业而言，这是一种十分受用的简化过程。

三、我国六面顶金刚石压机的发展历程（一）诞生与发展初期早在上世纪六十年代，我国就诞生了第一台六面顶压机，但对六面顶压机的认知度还不够全面，只知道其研制的方法，却不清楚应该如何优化制作的流程[4]。

超硬材料六面顶压机加工中常见问题与解决方案研究黄福兵程禹发布时间：2023-06-22T11:04:20.856Z 来源：《中国科技信息》2023年7期作者：黄福兵程禹[导读] 本研究旨在探讨超硬材料六面顶压机加工过程中常见的问题及其解决方案。

通过分析刀具磨损和断裂问题、表面质量问题、加工效率低下问题以及热失控问题，并提出了相应的解决方案。

此外，还介绍了解决这些问题的方法和技术，包括刀具选择和涂层技术、加工参数的优化、加工液的选择和应用以及加工过程监测和控制技术。

通过合理选择刀具、优化加工参数、使用适当的加工液以及实施加工过程监测和控制，可以有效解决超硬材料六面顶压机加工中的问题，提高加工效率和产品质量。

洛阳美钻新材料有限公司 471800摘要：本研究旨在探讨超硬材料六面顶压机加工过程中常见的问题及其解决方案。

通过分析刀具磨损和断裂问题、表面质量问题、加工效率低下问题以及热失控问题，并提出了相应的解决方案。

此外，还介绍了解决这些问题的方法和技术，包括刀具选择和涂层技术、加工参数的优化、加工液的选择和应用以及加工过程监测和控制技术。

通过合理选择刀具、优化加工参数、使用适当的加工液以及实施加工过程监测和控制，可以有效解决超硬材料六面顶压机加工中的问题，提高加工效率和产品质量。

关键词：超硬材料；六面顶压机；刀具磨损；表面质量1 引言超硬材料是一类具有极高硬度和耐磨性的材料，广泛应用于制造业的众多领域。

随着对材料性能要求的不断提高，超硬材料的加工技术也在不断发展和创新。

其中，超硬材料六面顶压机作为一种重要的加工方法，具有高效、精确和灵活的特点，成为许多应用场景中的首选。

然而，六面顶压机加工过程中常常面临一些问题和挑战，这些问题直接影响到加工效果和产品质量。

刀具磨损和断裂、表面质量不理想、加工效率低下以及热失控等成为制约加工质量和效率的关键因素。

解决这些问题对于提高超硬材料的加工质量、提升生产效率以及降低成本具有重要意义。

超硬材料六面顶液压机铰链梁断裂失效分析农建中;谢正松;吴一;胡毅胜【摘要】通过对超硬材料六面顶液压机铰链梁断口表面进行宏观观察,材料化学分析,力学性能测试,断口扫描电镜观察,能谱分析和显微组织分析,找出了铰链梁的断裂失效原因.综合理化数据分析研究得出结论,超硬材料六面顶液压机铰链梁铸件中的氧化物和硫化物严重夹杂是产生断裂的主要原因,铸件中的缩松、成分偏析、也加速了疲劳和裂纹的扩展,最终使铰链梁断裂.【期刊名称】《超硬材料工程》【年(卷),期】2011(023)006【总页数】5页(P5-9)【关键词】六面顸液压机;铰链梁;氧化物、硫化物夹杂;断裂失效分析【作者】农建中;谢正松;吴一;胡毅胜【作者单位】桂林桂冶实业有限公司,广西桂林541001;桂林桂冶实业有限公司,广西桂林541001;桂林理工大学,广西桂林541004;桂林桂冶实业有限公司,广西桂林541001【正文语种】中文【中图分类】TQ1641 前言金刚石是自然界已发现的具有最高的硬度、强度、耐磨性材料，金刚石具有的热导率、透过波段、声速以及半导体特性和化学惰性等综合性能使其成为当今世界上最优秀的全方位材料［1］。

它广泛应用于航天航空、船舶、加工业、建材业、汽车、国防等领域，是军事和某些尖端技术的关键材料。

但由于天然金刚石数量有限，必须进行人工合成方成满足需要。

超硬材料六面顶液压机就是生产人造金刚石的设备之一。

目前世界上用于金刚石生产的静态超高压高温设备有三种类型：一种是以西方工业发达国家为代表的年轮式两面顶压机，二是中国的铰链式六面顶压机，三是俄罗斯、乌克兰的双面凹砧型压机［2］。

这三种不同类型的压机各有特点，从使用实际效果看，目前我国拥有自主知识产权的铰链式六面顶压机已成当今的主流，这是我国科学家和工程技术人员经过几十年奋斗得到的成果。

现在全世界金刚石的年产量为9.0×109克拉左右。

有超过95%以上的金刚石是用中国产的铰链式六面顶液压机生产出来的。