工業(yè)化大生產(chǎn)模式下熱鍛成形設(shè)備的發(fā)展

文/張長龍·中機鍛壓江蘇股份有限公司孫國強·北京機電研究所

工業(yè)化大生產(chǎn)模式下熱鍛成形設(shè)備的發(fā)展

文/張長龍·中機鍛壓江蘇股份有限公司孫國強·北京機電研究所

熱鍛工業(yè)的發(fā)展

伴隨著經(jīng)濟全球化、工業(yè)化發(fā)展，社會化大生產(chǎn)特征逐步呈現(xiàn)，社會分工越來越細。為了便于實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)營，工業(yè)生產(chǎn)模式也逐步從多品種小批量生產(chǎn)模式，逐漸向單一特性零件專業(yè)化大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變。熱鍛工業(yè)也不例外，為了更易于實現(xiàn)自動化、智能化生產(chǎn)，以零件特定的鍛造成形工藝為特征，如汽車連桿、曲軸、搖臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、五金工具及鎂鋁合金、鈦合金鍛件等均已逐漸呈現(xiàn)集約化、規(guī)?；I(yè)化生產(chǎn)。熱鍛工業(yè)企業(yè)也從單純的鍛造成形生產(chǎn)逐漸拉長產(chǎn)業(yè)鏈，實現(xiàn)從單一零件毛坯到成品甚至到部件總成的專業(yè)化大批量生產(chǎn)。

設(shè)備是為了滿足工藝需要，與此相適應(yīng)的各類熱鍛成形設(shè)備，也將伴隨著工業(yè)化大生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變而各自扮演不同的角色。

幾種熱鍛成形設(shè)備工藝參數(shù)及性能比較

詳見表1。

表1 幾種熱鍛成形設(shè)備工藝參數(shù)及性能比較

圖1 模鍛錘

工業(yè)化大生產(chǎn)模式下幾種模鍛設(shè)備的適應(yīng)性及發(fā)展趨勢

熱鍛成形設(shè)備的基本選用原則：設(shè)備使用特性（或參數(shù)）必須滿足模鍛件成形的工藝要求及環(huán)保要求，還要盡可能滿足自動化、智能化要求，并盡量降低生產(chǎn)成本。

鍛錘

鍛錘的突出優(yōu)點在于打擊速度塊、頻次高，工藝適應(yīng)性強，因而模具接觸時間短，特別適合要求高速變形來充填模具的場合。例如帶有薄筋板、形狀復(fù)雜的而且有重量公差要求的鍛件。但是由于打擊速度快，變形速率敏感的低塑性材料不宜在錘上模鍛。模鍛錘可進行多模膛鍛造，無需配備預(yù)鍛設(shè)備，操作簡單靈活，適應(yīng)性非常強，適合一模多件鍛造成形的場合。一般情況下需要人工操作，可以小設(shè)備干大活。小型鍛錘為了提高效率往往采用夾鉗操作，以適應(yīng)工序間的快速變換，由于上模難以設(shè)置頂料裝置，加之打擊振動，一般機械手很難適應(yīng)。

鍛錘是性能價格比最優(yōu)的成形設(shè)備，特別是大型模鍛件的成形，鍛錘優(yōu)勢十分明顯。一臺800kJ對擊錘相當于4萬噸的模鍛壓力機，其投資成本相當于壓力機的三分之一。小噸位鍛錘由于使用頻率高，往往采用液壓驅(qū)動，以提高能源利用率，超過400kJ大噸位鍛錘則更多從經(jīng)濟性、可靠性出發(fā)，往往采用壓縮空氣驅(qū)動更為理想。

小型鍛錘為了提高效率往往采用夾鉗操作，以適應(yīng)工序間的快速變換，由于上模難以設(shè)置頂料裝置，加之打擊振動，一般機械手很難適應(yīng)。大噸位鍛錘則采用裝取料機或者重載機器人實現(xiàn)工件的抓取動作，而不會考慮夾鉗操作。

鍛錘在工業(yè)化大生產(chǎn)模式下，依賴其工藝特性，更多的適用于多品種、小批量薄類及復(fù)雜零件的生產(chǎn)，很難實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。

熱模鍛壓力機

熱模鍛壓力機整體剛度高，滑塊抗偏載能力強，因而鍛出的鍛件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，加工余量小，主要用于精密模鍛、熱擠壓和鍛件精整工藝等。曲柄壓力機行程和壓力不能隨意調(diào)節(jié)，不適宜進行拔長、滾擠等制坯操作。此外，曲柄壓力機模鍛具有靜壓力的特性，可以鍛造一些對變形速率敏感的低塑性材料。設(shè)備具有自動頂料裝置，便于實現(xiàn)機械化和自動化。熱模鍛壓力機剛性高，鍛件精度得到保證，因而適用于單一零件大批量生產(chǎn)。但工藝特性不適用于薄類及復(fù)雜零件的鍛造成形，一般情況屬于大設(shè)備干小活。

熱模鍛壓力機在工業(yè)化大生產(chǎn)模式下，適合中批量、大批量生產(chǎn)，特別適合形狀簡單的盤類、軸類零件的連續(xù)自動化生產(chǎn)。

圖2 熱模鍛壓力機

平鍛機

平鍛機的工作部分作水平往復(fù)運動，鍛造過程中坯料水平放置，其長度不受設(shè)備工作空間的限制，特別適用于局部鐓粗的長桿形鍛件和帶孔的鍛件。鍛模有兩個分模面，鍛件出模方便，可以鍛出其他設(shè)備難以鍛成的，在兩個方向上有凹槽、凹孔的鍛件（如雙凸緣軸套等）。但是，平鍛機是模鍛設(shè)備中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一種，價格貴，投資大，而且需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。

平鍛機由于裝?？臻g較小，很難實現(xiàn)自動化。依賴其工藝特性，一般適用于半軸類產(chǎn)品的單件小批量生產(chǎn)，工業(yè)化大生產(chǎn)模式下適應(yīng)性較差。

圖3 平鍛機

螺旋壓力機

螺旋壓力機具有鍛錘和曲柄壓力機的雙重工作特性，能實現(xiàn)各種主要鍛壓工步，工藝用途廣。由于每分鐘行程次數(shù)少，打擊速度低，因而比較適合于模鍛一些再結(jié)晶速度較低的低塑性合金鋼和有色金屬。螺旋壓力機一般適于單槽模鍛，對于厚實的復(fù)雜鍛件往往采用多機聯(lián)動來分步完成零件的成形。

電動螺旋壓力機、離合器式高能螺旋壓力機可實現(xiàn)打擊能量、鍛打節(jié)拍的精確控制，模具可以設(shè)置上下頂料裝置，很容易與機器人聯(lián)動實現(xiàn)自動化。工業(yè)化大生產(chǎn)模式下適應(yīng)性較強。

圖4 螺旋壓力機

液壓機

液壓機靠液體靜壓力使工件變形，變形力均勻，容易獲得大的工作壓力和工作行程，便于壓制大型工件或較長、較高的工件，由于工作速度可控，特別適合于等溫模鍛、超塑性模鍛和對應(yīng)變速率敏感的有色合金鍛件模鍛。隨著輕量化鍛件產(chǎn)量與品種的增加，適應(yīng)于輕質(zhì)合金熱模鍛造及等溫鍛造的高速伺服壓力機將有所發(fā)展。

模鍛液壓機趨勢：

(1）提高空行程速度，可提高工作頻率，中機高速伺服模鍛液壓機空行程速度可達1m/s，其他普通液壓機空行程速度一般不超過0.3 m/s；

(2）實現(xiàn)工作過程速度的伺服控制，成形速度可調(diào)范圍更廣。

(3）模具的軟接觸，方便采用電加熱保持模具的溫度控制。

圖5 液壓機

(4）在高速伺服液壓機基礎(chǔ)上，研發(fā)適應(yīng)鋁合金成形的專用多向鍛造或復(fù)動成形壓機，實現(xiàn)鋁合金復(fù)雜零件在一次合模條件下完成多次鐓擠成形，保證鋁合金零件在三向壓應(yīng)力下鐓擠鍛造成形，從而減少成形工序與工步，便于鍛造過程自動化的實現(xiàn)，配備機器人極易實現(xiàn)自動上下料及模具的自動潤滑。

(5）模具的自動夾緊、定位、溫控加熱及頂料裝置；

工業(yè)化大生產(chǎn)模式下，中機鍛壓研發(fā)的高速伺服液壓機依賴其工藝特性，更多應(yīng)用于輕質(zhì)有色合金的批量生產(chǎn)及自動化生產(chǎn)。

結(jié)束語

熱鍛常用的設(shè)備主要是模鍛錘、熱模鍛曲柄壓力機、平鍛機、螺旋壓力機和液壓機，每種模鍛設(shè)備都擁有各自的結(jié)構(gòu)性能特點，具有不同的適應(yīng)性。在工業(yè)化大生產(chǎn)模式下，應(yīng)依據(jù)成形零件的特點遵循工藝主導(dǎo)的原則，綜合考慮專業(yè)化、批量化、自動化、低成本化及環(huán)保因素，選擇最為恰當?shù)臒徨懗尚卧O(shè)備。