我國曲軸生產(chǎn)裝備的現(xiàn)狀

文/夏占雪·第一拖拉機(jī)股份有限公司工藝材料研究所

阮艷靜，劉亞麗·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠

我國曲軸生產(chǎn)裝備的現(xiàn)狀

文/夏占雪·第一拖拉機(jī)股份有限公司工藝材料研究所

阮艷靜，劉亞麗·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠

裝備現(xiàn)狀

目前，我國生產(chǎn)曲軸所用的設(shè)備有熱模鍛壓力機(jī)、電動螺旋壓力機(jī)、模鍛錘、摩擦壓力機(jī)和模鍛液壓機(jī)等，其中熱模鍛設(shè)備占的比例較大，主要用于生產(chǎn)轎車曲軸以及重量在150kg以內(nèi)的中重型商用車曲軸；電動螺旋壓力機(jī)在最近幾年得到了快速增長，主要生產(chǎn)重量在70kg到200kg的商用車曲軸；模鍛錘設(shè)備由于滿足不了曲軸技術(shù)的需要，正在逐漸退出曲軸市場，但是，重量在200kg以上的重型曲軸，目前仍然依靠模鍛錘生產(chǎn)；少數(shù)企業(yè)受資金的制約，采用多臺摩擦壓力機(jī)或模鍛液壓機(jī)聯(lián)合生產(chǎn)曲軸的模式。

熱模鍛壓力機(jī)

1931年美國國民機(jī)器公司設(shè)計制造的熱模鍛壓力機(jī)，其剛度和部件的基本組成類似于平鍛機(jī)，采用具有象鼻導(dǎo)向的滑塊，離合器安置在傳動軸上。但是，熱模鍛壓力機(jī)的速度比同樣公稱壓力的平鍛機(jī)快1～2倍，從而根本上減少了加熱鍛件或毛坯與模具的接觸時間和鍛件表面層的冷卻時間，為保證模鍛復(fù)雜形狀鍛件的精度建立了先決條件。

到了20世紀(jì)40年代，這種設(shè)備結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步完善，通過把離合器移到偏心軸上，在飛輪上設(shè)置保險摩擦離合器，提高了各個部件的工作特性和設(shè)備生產(chǎn)的適應(yīng)性。隨后的二十多年里，這種設(shè)備得到了廣泛的推廣使用。從60年代起，為了提高鍛件的精度、生產(chǎn)效率和壓力機(jī)工作的可靠性，克服傳統(tǒng)熱模鍛壓力機(jī)的缺點，開始從結(jié)構(gòu)著手尋求新的解決途徑，從而使熱鍛模壓力機(jī)進(jìn)入了多樣化的發(fā)展階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，英國的馬賽公司及美國的國民機(jī)器公司生產(chǎn)的SP系列熱模鍛壓力機(jī)，德國的奧姆科公司與俄羅斯的TMP公司先后開發(fā)出了更先進(jìn)的MP系列的熱模鍛壓力機(jī)，德國的奧姆科公司在MP系列壓機(jī)的基礎(chǔ)上又成功開發(fā)了KP系列的熱模鍛壓力機(jī)。

到了20世紀(jì)80年代，熱模鍛壓力機(jī)的制造技術(shù)趨于成熟，并開始大批量的應(yīng)用于全球各地的鍛造企業(yè)。熱模鍛壓力機(jī)上模鍛曲軸主要具有鍛件加工余量小，尺寸公差嚴(yán)，模鍛斜度小，鍛件精度高，質(zhì)量穩(wěn)定等特點，非常適合自動化生產(chǎn)線。熱模鍛壓力機(jī)的多模膛鍛造也非常適用于曲軸產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，工人勞動強(qiáng)度低，對周圍環(huán)境的污染較小，是生產(chǎn)曲軸產(chǎn)品最理想的鍛壓設(shè)備。

我國在20世紀(jì)80年代從德國奧姆科公司引進(jìn)了全套熱模鍛壓力機(jī)制造工藝，并于90年代初期建造了2條12500t鍛壓機(jī)生產(chǎn)線，分別安裝在長春一汽和十堰二汽，主要用來生產(chǎn)發(fā)動機(jī)的曲軸產(chǎn)品。2000年以后，國內(nèi)企業(yè)開始陸續(xù)引進(jìn)大量的熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線，主要集中在6300～12500t之間（圖1）。

圖1 熱模鍛壓力機(jī)

電動螺旋壓力機(jī)生產(chǎn)線

電動螺旋壓力機(jī)（圖2）近兩年在我國曲軸鍛造行業(yè)得到了快速發(fā)展，這種設(shè)備的主要特點為，行程不固定，不會出現(xiàn)悶車，可以實現(xiàn)多次打擊，能量輸出可控、允許超負(fù)荷運行，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，鍛件精度高，得到了很多國內(nèi)鍛造企業(yè)的青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計，近幾年我國共引進(jìn)了10條萬噸以上的電動螺旋壓力機(jī)生產(chǎn)線，幾乎和同時期熱模鍛壓力機(jī)的設(shè)備數(shù)量相當(dāng)，按照現(xiàn)有的發(fā)展速度，今后大有代替熱模鍛壓力機(jī)的趨勢。電動螺旋壓力機(jī)的快速發(fā)展依賴于以下5點優(yōu)勢。

⑴這種設(shè)備完全可以滿足曲軸自動化生產(chǎn)的需要，且比同噸位的熱模鍛壓力機(jī)的價格低。

⑵熱模鍛壓力機(jī)的維護(hù)要求高，對維修人員要求也高，而國內(nèi)大部分曲軸生產(chǎn)廠家缺少高素質(zhì)的設(shè)備維修人員。

⑶設(shè)備的電氣化、自動化程度比熱模鍛壓力機(jī)高，操作簡單。

⑷制造周期短，便于安裝運輸，設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，比較適合國內(nèi)市場小批量、多品種的需要。

⑸國內(nèi)企業(yè)對德國技術(shù)的信任與推崇。

圖2 電動螺旋壓力機(jī)

模鍛錘生產(chǎn)線

目前，國內(nèi)共有十多條專業(yè)生產(chǎn)曲軸的模鍛錘生產(chǎn)線，大都是20世紀(jì)70年代建設(shè)完成的，主要集中在一些大型國有企業(yè)，以人工操作為主，生產(chǎn)效率不高，勞動強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重，能源消耗大、生產(chǎn)成本高。從曲軸生產(chǎn)所需要的設(shè)備噸位分析，我國熱模鍛壓力機(jī)和電動螺旋壓力機(jī)生產(chǎn)曲軸的最大重量為200kg，對于一些更大重量的曲軸，一般仍需要采用模鍛錘完成。但是目前一些企業(yè)走入一個誤區(qū)，認(rèn)為鍛錘是一種將要淘汰的設(shè)備，尤其是這幾年對大型設(shè)備的投資全部轉(zhuǎn)向電動螺旋壓力機(jī)和熱模鍛壓力機(jī)，模鍛錘的發(fā)展趨于停滯，大噸位液壓鍛錘特別是程控液壓對擊錘沒有得到發(fā)展。因此，對于一些大型模鍛曲軸，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了生產(chǎn)瓶頸。一些企業(yè)只能通過多火鍛造的方式生產(chǎn)這類曲軸，但無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。國外這類曲軸的生產(chǎn)采用的是世界上最先進(jìn)的大噸位無砧座對擊錘，通過程序控制實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。今后，希望我國大型曲軸生產(chǎn)企業(yè)能夠加大這一類設(shè)備的投資力度。

摩擦壓力機(jī)與模鍛液壓機(jī)

選擇摩擦壓力機(jī)生產(chǎn)曲軸，可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，但也存在一些問題。摩擦壓力機(jī)設(shè)備由于其高能耗、低效率、只能單工位生產(chǎn)，模具的使用壽命比熱模鍛壓機(jī)低得多，各個工序之間的距離過大，導(dǎo)致生產(chǎn)過程不穩(wěn)定，產(chǎn)品的一致性差，長遠(yuǎn)角度考慮這種設(shè)備不適合生產(chǎn)曲軸。模鍛液壓機(jī)也存在和摩擦壓力機(jī)一樣的問題，部分企業(yè)曾經(jīng)嘗試用模鍛液壓機(jī)生產(chǎn)中重型曲軸，但是并沒有取得成功，主要還是沒有認(rèn)識到曲軸生產(chǎn)過程的關(guān)鍵要素，以及缺少對前期裝備、工藝的調(diào)研分析。

裝備制造水平

在我國，熱模鍛壓力機(jī)的設(shè)計制造開始于60年代，主要制造廠為一重、沈重等企業(yè)。第二重型機(jī)器廠是1978年從德國的Eumuco公司引進(jìn)技術(shù)后，開始制造熱模鍛壓力機(jī)，并成為我國熱模鍛壓機(jī)的主要生產(chǎn)基地，通過40年的發(fā)展，我國已具有了自主設(shè)計制造現(xiàn)代熱模鍛壓力機(jī)的能力。2000年以后，我國開始進(jìn)入熱模鍛壓力機(jī)自動化線成套技術(shù)的發(fā)展階段?，F(xiàn)階段雖然我們國家有一重、二重、沈重這樣的大型鍛壓裝備制造企業(yè)，但問題仍然較多，主要集中在幾個方面。

⑴我們國家缺少專業(yè)化的大型鍛壓設(shè)備生產(chǎn)廠家來服務(wù)于鍛造行業(yè)，這么多年，從來沒有一家企業(yè)把鍛壓設(shè)備的制造放在首位，引進(jìn)的技術(shù)既沒有好好消化吸收，更談不上技術(shù)的革新，市場上什么掙錢做什么，哪個行業(yè)火就把它當(dāng)作主業(yè)，前幾年鋼鐵行業(yè)火的時候，全部資源投向鋼鐵行業(yè)的裝備，鍛壓設(shè)備的訂單扔到一邊，把客戶的合同當(dāng)兒戲，在鍛造行業(yè)內(nèi)造成了非常惡劣的影響。

⑵國內(nèi)企業(yè)缺少專業(yè)化的制造技術(shù)。企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種繁多、制造水平缺乏競爭力，創(chuàng)新性不夠，部分產(chǎn)品甚至到了全國一張圖紙的地步，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、交付率差等問題尤其嚴(yán)重。

⑶高技術(shù)研發(fā)人員嚴(yán)重匱乏，開發(fā)的產(chǎn)品不能很好的適應(yīng)行業(yè)的需求與發(fā)展，設(shè)計理念仍然停留在單機(jī)操作的通用功能上，在多工位同步協(xié)調(diào)生產(chǎn)、設(shè)備與工藝相結(jié)合以及自動化技術(shù)應(yīng)用等方面仍與國外相差較大。

⑷在輔助設(shè)備上也存在一些問題，比如鍛前加熱領(lǐng)域，雖然國內(nèi)有上百家感應(yīng)加熱設(shè)備廠，但是有能力生產(chǎn)大功率曲軸加熱爐的企業(yè)，只有幾家。國內(nèi)企業(yè)仍然在采用低價競爭方式去做市場，而不是努力減少與外資的差距，當(dāng)然這也和國內(nèi)前幾年的市場需求有關(guān)。當(dāng)今企業(yè)已經(jīng)不再把價格作為第一要素，節(jié)能環(huán)保、可靠穩(wěn)定才是企業(yè)的首選。國內(nèi)近幾年新上的曲軸生產(chǎn)線幾乎全部采用外資公司生產(chǎn)的加熱爐，這個問題非常值得國內(nèi)同行去思考。

自動化技術(shù)

自動化控制技術(shù)的應(yīng)用是近兩年鍛造行業(yè)發(fā)展的一個熱點，由于傳統(tǒng)生產(chǎn)線主要是以人工操作為主，勞動強(qiáng)度大，效率低，采用自動化技術(shù)可以最大限度的減小人工因素的影響，實現(xiàn)無人化操作。過程監(jiān)控和安全生產(chǎn)監(jiān)控全部由總線系統(tǒng)控制。有專門的總控室，采用分區(qū)域啟動、分區(qū)域控制的方法來完成整個生產(chǎn)線的控制，總線控制系統(tǒng)完成整個生產(chǎn)線的自動控制和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計記錄，負(fù)責(zé)整條生產(chǎn)線的自動控制，協(xié)調(diào)、控制、保障整條鍛造生產(chǎn)線安全、可靠、高效地運行。自動化生產(chǎn)線與傳統(tǒng)生產(chǎn)線比較，可以極大的提高生產(chǎn)效率，提高市場競爭力，是今后曲軸鍛造線的重點發(fā)展方向。圖3為自動化曲軸生產(chǎn)線。

圖3 自動化曲軸生產(chǎn)線

國內(nèi)缺乏具有鍛造行業(yè)自動化連線經(jīng)驗的公司，目前有實力的自動化企業(yè)只有2～3家，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了鍛造行業(yè)自動化實施的需要；在自動化的實施過程中，由于這些自動化企業(yè)里面缺少懂鍛造工藝的專業(yè)技術(shù)人員，導(dǎo)致在實施過程中，不能完全達(dá)到或者滿足客戶的技術(shù)要求，生產(chǎn)節(jié)拍、加熱效率，能耗、模具壽命等與客戶的預(yù)期差距較大；一些客戶在前期技術(shù)調(diào)研過程中，只是照搬一些國外的參數(shù)，沒有結(jié)合企業(yè)自身的現(xiàn)狀進(jìn)行施工，也是導(dǎo)致在自動化生產(chǎn)效果未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的一個主要因素。因此我們國內(nèi)鍛造自動化技術(shù)的應(yīng)用仍需要一段時間的消化與吸收，等到我們企業(yè)的人員素質(zhì)、技術(shù)水平能夠滿足新技術(shù)的要求以后，我們的自動化技術(shù)水平才會有一個質(zhì)的飛躍。