鍛造設(shè)備的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢(shì)研究

唐啟國(guó)

摘要：鍛造設(shè)備的發(fā)展是伴隨工業(yè)技術(shù)的發(fā)展同步進(jìn)行的，它的歷史也是比較漫長(zhǎng)和悠久的。從它的發(fā)展過程中可以看出鍛造設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)就是從最初的原始化、簡(jiǎn)單化，發(fā)展到具有先進(jìn)高新技術(shù)加入的高效化、快速化、成套化、數(shù)控化和聯(lián)動(dòng)化。本文介紹了鍛造液壓機(jī)的特點(diǎn)及其發(fā)展演變過程，敘述了目前的技術(shù)現(xiàn)狀，描述了鍛造液壓機(jī)在我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)，并指出了鍛造液壓機(jī)發(fā)展所面臨的機(jī)遇和問題。

關(guān)鍵詞：鍛造；鍛造設(shè)備；發(fā)展過展；發(fā)展趨勢(shì)

在人類社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，制造業(yè)起到了舉足輕重的作用，可以說制造業(yè)是制造人類財(cái)富的支柱。談到鍛造設(shè)備的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢(shì)， 首先要談一下鍛錘。鍛錘是一種最古老而又萬能的鍛壓設(shè)備，在鍛造工業(yè)中一直發(fā)揮著重要作用，是機(jī)械制造業(yè)中量大面廣，不可缺少的一種鍛壓設(shè)備。雖然隨著其它一些鍛壓設(shè)備如液壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)等的出現(xiàn)和發(fā)展， 在一定程度上取代了一部分鍛錘的工作。但是直到現(xiàn)在，鍛錘，尤其是模鍛錘，在各國(guó)鍛造工業(yè)中仍占主導(dǎo)地位，絕大多數(shù)模鍛件都是在錘上生產(chǎn)的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展！ 鍛造設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，鍛造設(shè)備在鈦合金鍛造生產(chǎn)中起到了重要作用，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。我們的鍛造工藝和模具技術(shù)得到了較大的發(fā)展，對(duì)一些技術(shù)要求高的大型復(fù)雜鍛件也能夠做到完全自給，保證了社會(huì)的需求。

一、鍛造設(shè)備的發(fā)展

1.1 老式鍛錘的改進(jìn)

古老的鍛錘是各種鍛壓機(jī)器的先驅(qū)，至今仍在我國(guó)鍛造生產(chǎn)中占有數(shù)量上的優(yōu)勢(shì)。其中錘類設(shè)備最常用的為蒸氣----空氣錘，這類錘主要使用蒸氣作為工作介質(zhì)，由于其能量利用率太低（3%左右），工作時(shí)產(chǎn)生巨大的噪聲和地基振動(dòng)，促使人們想方設(shè)法對(duì)其進(jìn)行改造。50年代，曾生產(chǎn)過系列的具有各種打擊能量的雙向?qū)翦N，同時(shí)，人們對(duì)振動(dòng)介質(zhì)，材料選用和基礎(chǔ)抗震進(jìn)行了許多研究和改進(jìn)，但總體效果不理想。60年代，人們開始研究以電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)代替老式鍛錘的蒸氣或壓縮空氣動(dòng)力源，這種蒸汽錘的能量利用率可達(dá)）75%，又因其在機(jī)身上設(shè)置了液壓反彈系統(tǒng)，使整個(gè)設(shè)備鍛造時(shí)對(duì)地基的振動(dòng)大大減少，而生產(chǎn)效率與原來相當(dāng)。經(jīng)過70--80 年代嘗試和引進(jìn)改進(jìn)，較受歡迎，但其工作噪音的問題仍未得到解決。

1.2 螺旋壓力機(jī)

摩擦螺旋壓力機(jī)是中國(guó)五六十年代的主要鍛壓設(shè)備之一，總體數(shù)量很大，與蒸空鍛錘相當(dāng)，幾乎在每一個(gè)中、小型鍛造車間里都由它承擔(dān)著小批量模型鍛造的生產(chǎn)任務(wù)。這種壓力機(jī)在很多方面彌補(bǔ)了鍛錘的不足，而且投資較小，我國(guó)磨擦壓力機(jī)的最大公稱壓力達(dá)到35000KN。

雖然這種機(jī)器的名稱和外型與鍛錘差異很大，但就其作用于金屬塑性變形的原理來講二者是基本相同的。因此它同樣有著效率低、能耗大的缺點(diǎn)。又因?yàn)樗奶厥饬δ苻D(zhuǎn)換關(guān)系和整體框架式結(jié)構(gòu)，實(shí)際工作中的打擊力經(jīng)常超載，機(jī)架、螺桿斷裂的事故屢有所見，模具壽命也受到影響，人們采取了增加過載保護(hù)、更新操縱機(jī)構(gòu)等措施，但并未達(dá)到預(yù)期效果。

70年代末，國(guó)外對(duì)傳統(tǒng)摩擦螺旋壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重大變革，把摩擦和飛輪的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及主從關(guān)系互相調(diào)換，并應(yīng)用了大量現(xiàn)代的機(jī)、液、電、計(jì)算機(jī)技術(shù)，出現(xiàn)了新型螺旋壓力機(jī)。我國(guó)于90年代初制造出同類產(chǎn)品，現(xiàn)已有十余臺(tái)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的國(guó)產(chǎn)離合器式螺旋壓力機(jī)投放市場(chǎng)。這種壓力機(jī)不僅高效、節(jié)能，而且有效行程很長(zhǎng)、可調(diào)，打擊力和輸出能量都是可以預(yù)選的，幾乎集各種傳統(tǒng)通用鍛壓機(jī)器之所長(zhǎng)，但因它的技術(shù)含量較大，在使用和維護(hù)方面尚有待于人們的適應(yīng)，其造價(jià)較高也需要企業(yè)有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)承受能力。無論如何，這種新型螺旋壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是肯定無疑的，它也許會(huì)成為通用鍛壓設(shè)備的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

1.3 機(jī)械鍛壓機(jī)

加熱、成形和精整三種設(shè)備構(gòu)成模鍛生產(chǎn)的基本單元，即所謂的“機(jī)組”。最簡(jiǎn)單的、也是最初始的模鍛機(jī)組應(yīng)包含加熱爐、模鍛錘、切邊壓力機(jī)各一臺(tái)，若三者之間再用簡(jiǎn)單的輸送機(jī)械聯(lián)系起來，就形成各種現(xiàn)代鍛造生產(chǎn)線的雛形。

50年代熱模鍛壓力機(jī)就在中國(guó)的模鍛機(jī)組中出現(xiàn)了，60年代籌建一個(gè)大型汽車制造廠曾用它完全取代了模鍛錘。但相對(duì)于模鍛錘來講，它的造價(jià)是十分昂貴的，通用性較差，對(duì)工藝設(shè)計(jì)、下料精度、模具安裝、設(shè)備調(diào)試等環(huán)節(jié)的要求都很高，因此多年來的應(yīng)用都不很普及。鍛錘和摩擦壓力機(jī)的工作原理是較為簡(jiǎn)單的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，即鍛壓機(jī)械把其執(zhí)行部件從高速運(yùn)動(dòng)中所獲得的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為金屬塑性變形的位能。熱模鍛壓力機(jī)則與此不同，它主要是由剛性連接的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出強(qiáng)制壓力克服變形阻力，使金屬在準(zhǔn)靜態(tài)下塑性變形。依照這種原理工作的專用機(jī)械也很多，例如水平鍛造機(jī)、多工位鐓鍛機(jī)、輾環(huán)機(jī)、彎曲機(jī)等。

1.4 電液錘

近10年來，我國(guó)在電液錘研制方面也取得很大發(fā)展，主要表現(xiàn)在傳統(tǒng)蒸汽錘、空氣錘、換頭改造上。即采用電液傳動(dòng)裝置了代原有鍛錘的氣缸及動(dòng)力站！保留原有機(jī)架、砧座。安陽鍛壓機(jī)械公司利用這種技術(shù)為數(shù)十家企業(yè)改造1--3t傳統(tǒng)蒸汽錘和空氣錘10余臺(tái).取得了較好效果，能源利用率由2%提高到20--60%除換頭外，電液錘整機(jī)的研制仍處于發(fā)展階段，居于德國(guó)Lasco公司第2代產(chǎn)品發(fā)展水平上，屬于液氣錘，全液壓錘研究和制造正在起步。

1.5 液壓機(jī)

液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其易于獲得較大的工作壓力、行程和空間；工作壓力和工作速度可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，且平穩(wěn)，無沖擊。其不足之處是生產(chǎn)效率比較低，活動(dòng)橫梁下死點(diǎn)不易控制準(zhǔn)確。我國(guó)液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)與國(guó)際水平相當(dāng)，第一重型機(jī)械集團(tuán)、第二重型機(jī)械集團(tuán)公司均可制造12000t液壓機(jī)。我國(guó)擁有10000t級(jí)大型液壓機(jī)數(shù)量已躍居世界第3位。為了提高液壓機(jī)的使用效率，國(guó)外液壓機(jī)制造商把目光放在鍛造液壓機(jī)的技術(shù)改造上，主要對(duì)液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的改造。在這方面德國(guó)SPS公司，德馬克公司積累了不少成功經(jīng)驗(yàn)。液壓系統(tǒng)采用現(xiàn)代的先導(dǎo)閥，手工操縱改用計(jì)算機(jī)控制$改造后液壓機(jī)具有與快鍛機(jī)相同的控制精度和性能。

二、發(fā)展趨勢(shì)

2.1 自由鍛錘的發(fā)展趨勢(shì)

自由鍛錘發(fā)展趨勢(shì)就是大型化和成套化。過去由于制造水平的約束，我國(guó)雙臂自由鍛錘的最大規(guī)格只有5噸，單臂自由鍛錘的最大規(guī)格只有3 噸。目前，安鍛公司已經(jīng)開發(fā)出8 噸雙臂自由鍛錘和5噸單臂自由鍛錘，下一步還將開發(fā)出10噸雙臂自由鍛錘和8噸單臂自由鍛錘。另外一個(gè)趨勢(shì)就是成套化，根據(jù)自由鍛錘的配套要求，成功開發(fā)了系列帶鋸機(jī)、系列操作機(jī)和系列裝取料機(jī)。用戶可以根據(jù)不同的鍛造工件購買相應(yīng)的成套自由鍛設(shè)備。

2.2 模鍛錘的發(fā)展趨勢(shì)

模鍛錘是模鍛車間使用范圍最廣泛的設(shè)備，它的主要特點(diǎn)是成型速度快、金屬流動(dòng)性好、鍛件質(zhì)量高。因此，特別適用于薄壁零件的鍛造成型，但是普通模鍛錘打擊能量不能精確控制，鍛錘的操作者是靠聽模具打靠聲音來判斷鍛件是否打成，模具在終鍛時(shí)受到頻繁的沖擊和過載，很容易發(fā)生早期損壞。實(shí)現(xiàn)打擊能量數(shù)控化，使得設(shè)備輸出的能量既保證鍛件打成，又不產(chǎn)生多余的能量，避免模具打靠產(chǎn)生過載，是提高模具壽命的必經(jīng)之路。采用數(shù)控全液壓模鍛錘來進(jìn)行鍛造，打擊能量和打擊工序?qū)崿F(xiàn)了數(shù)控化，下一步就是使用機(jī)器人自動(dòng)上下料，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。因此采用數(shù)控全液壓模鍛錘為主機(jī)，實(shí)現(xiàn)模鍛生產(chǎn)線全自動(dòng)化生產(chǎn)是下一步的發(fā)展趨勢(shì)。

2.3 數(shù)控全液壓模鍛錘

2.3.1 基本原理

數(shù)控錘采用油泵-蓄能器傳動(dòng)，油缸下腔通常壓，液壓系統(tǒng)對(duì)上腔進(jìn)行單獨(dú)控制。上腔進(jìn)油閥打開，來自油泵、蓄能器以及通過差動(dòng)回路引來的下腔的共三部分高壓油進(jìn)入上腔， 實(shí)現(xiàn)錘頭的加速向下和打擊行程，上腔一旦卸壓，錘頭立即快速回程。打擊能量的精確控制靠數(shù)字化控制系統(tǒng)控制打擊閥閉合時(shí)間的長(zhǎng)短來實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 性能特點(diǎn)

1）能實(shí)現(xiàn)打擊能量的精確控制。數(shù)控錘通過精確控制打擊閥的閉合時(shí)間， 既保證了鍛件所需的能量，又不產(chǎn)生額外的沖擊動(dòng)能，因此鍛造模具的壽命大大提高。實(shí)測(cè)表明，能量偏差控制在±1.5%左右，對(duì)于不同高度的模具，可以方便地調(diào)整起始時(shí)間，保證能量的同一性和準(zhǔn)確性。

2）回程速度很快。由于主油缸下腔始終通蓄能器，上腔一旦卸壓，能迅速抬錘，因此模具接觸時(shí)間短，該性能與能量精確控制相結(jié)合，可以使鍛造模具使用壽命提高2倍以上。

3）鍛造精度高。該產(chǎn)品由于導(dǎo)軌采用“X”形結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)軌間隙可以調(diào)得很小，打出的鍛件精度很高。

4）材料利用率很高。由于能量可以控制，因而制坯精度很高，打出的鍛件飛邊較為均勻，又由于鍛造精度高，上下模不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象，因此材料利用率很高，為少無切削奠定了基礎(chǔ)。

5）低噪音。由于該產(chǎn)品屬打擊能量可數(shù)控設(shè)備，因此編制程序，使鍛件打成，但不多給剩余能量，因此噪音很小。傳統(tǒng)鍛錘的操作者是靠聽模具打靠聲音來判斷鍛件是否打成，有時(shí)判斷不準(zhǔn)，習(xí)慣于多打幾下，實(shí)際是多余的。

6）無撞頂現(xiàn)象。通過精確計(jì)算和設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中阻尼孔和節(jié)流孔尺寸，使得錘頭到頂緩沖下來，很平穩(wěn)，無一點(diǎn)撞頂現(xiàn)象的發(fā)生。

7）低振動(dòng)。由于該產(chǎn)品打擊能量可數(shù)控，無多余能量產(chǎn)生，加上錘身下部裝有德國(guó)技術(shù)生產(chǎn)的隔而固品牌隔振器，對(duì)周圍機(jī)床、居民區(qū)無任何影響。

8）環(huán)保。由于該產(chǎn)品在打擊過程中，沖擊噪音小，又有減振器，振動(dòng)小，因而是一種環(huán)保型產(chǎn)品。

9）鍛件質(zhì)量較為穩(wěn)定。由于通過程控器的控制，各種各樣鍛件的鍛造工序可存入程序中，隨時(shí)根據(jù)需要調(diào)出來使用， 因此同一種鍛件可以得到一致的打擊能量和打擊次數(shù)， 避免了人工操作的多樣性，因此鍛件質(zhì)量比較穩(wěn)定。

10）易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。由于打擊工序和打擊能量已實(shí)現(xiàn)數(shù)控化， 因此為下一步使用機(jī)器人自動(dòng)上下料打下了基礎(chǔ)，自動(dòng)化生產(chǎn)很容易實(shí)現(xiàn)。

2.4 鍛造液壓機(jī)的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢(shì)

鍛造液壓機(jī)是在普通液壓機(jī)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的。我國(guó)第一臺(tái)鍛造液壓機(jī)是1953 年在沈陽制造成功的， 開始由于受液壓技術(shù)和一些液壓基礎(chǔ)元器件的局限， 鍛造液壓機(jī)的發(fā)展是比較緩慢的。近十幾年來，由于液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，鍛造液壓機(jī)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期。在2000 年以前我國(guó)萬噸以上壓機(jī)不足10 臺(tái)，僅2006 年一年，投資興建的萬噸壓機(jī)就有17 臺(tái)，2007 年投資10 臺(tái)，兩年的投建臺(tái)數(shù)就超過了建國(guó)以后五十年的發(fā)展， 中小噸位的鍛造液壓機(jī)的需求更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬噸以上液壓機(jī)的需求，目前我國(guó)鍛造液壓機(jī)的數(shù)量大約有200 余臺(tái)。

鍛造液壓機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在， 下一步發(fā)展趨勢(shì)就是兩個(gè)：一個(gè)快速性，另一個(gè)就是數(shù)控聯(lián)動(dòng)化。

2.4.1 快速性。目前國(guó)外的鍛造液壓機(jī)基本上都是快鍛機(jī)，快鍛次數(shù)可達(dá)到每分鐘100 次以上。特別是適合鍛造溫度區(qū)間很小的高合金材料。在自由鍛設(shè)備中被認(rèn)為是發(fā)展的主要方向之一。制造快鍛機(jī)最大的技術(shù)難題就在于克服快鍛過程中的液壓沖擊及噪音。

2.4.2 數(shù)控聯(lián)動(dòng)化。通過采用數(shù)控系統(tǒng)來控制鍛造液壓機(jī)的液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備工作智能化，從而實(shí)現(xiàn)精密定程壓制和定壓壓制。主機(jī)和操作機(jī)通過計(jì)算機(jī)控制，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。極大地提高了生產(chǎn)效率，鍛件精度也有很大程度的提高，鍛件成本可得到有效控制。

三、結(jié)語

重視技術(shù)創(chuàng)新，加大科技投入，深化改革，加強(qiáng)管理，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，中國(guó)的鍛造上了一個(gè)新的臺(tái)階，在增強(qiáng)自主開發(fā)能力、節(jié)約能源、加速發(fā)展精密成形等方面都取得了可喜的成果。希望在21世紀(jì)能有更多完全國(guó)產(chǎn)化的先進(jìn)技術(shù)裝備進(jìn)入鍛造業(yè)，努力實(shí)現(xiàn)全面的鍛件凈成形，使我國(guó)盡早步入世界鍛造技術(shù)強(qiáng)國(guó)之林。

參考文獻(xiàn)

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