興鍛4000 噸擴(kuò)展型熱模鍛壓力機(jī)的創(chuàng)新

文／李江國，梁志群，趙蘭磊，于勇濤，李秀全·江蘇興鍛智能裝備科技有限公司

截止目前，我國大陸生產(chǎn)熱模鍛壓力機(jī)的廠家有二三十家，國內(nèi)絕大部分生產(chǎn)廠家采用了我國于80 年代引進(jìn)的、屬于70 年代水平的德國EUMUCO 技術(shù)平臺，只進(jìn)行了消化吸收，并沒有進(jìn)行任何重大技術(shù)升級，基本上還停留在40年前的技術(shù)水平上，除了驅(qū)動、控制元器件和電控系統(tǒng)有整體升級外，主機(jī)在很多方面甚至還達(dá)不到40年前德國的技術(shù)水平，很難適應(yīng)我國的自動鍛造主機(jī)市場。

我國熱模鍛壓力機(jī)的問題點(diǎn)

故障具體表現(xiàn)

當(dāng)前國產(chǎn)設(shè)備存在著故障率高、關(guān)鍵時(shí)候掉鏈子、難挑生產(chǎn)重?fù)?dān)、用戶投資回報(bào)率低、對操作工人和維護(hù)工人的要求比較高等問題，設(shè)備具體故障體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

⑴離合器故障。

離合器故障率非常高，占據(jù)了熱模鍛壓力機(jī)總故障的50%左右，是國產(chǎn)熱模鍛壓力機(jī)頭號故障源。具體有：

1)摩擦塊壽命非常低：根本原因是摩擦塊強(qiáng)度嚴(yán)重不足，導(dǎo)致摩擦塊大概率以碎裂的形式失效(圖1)，正常情況下應(yīng)該是以磨損的形式失效，而摩擦塊的壽命一般只有50 萬～100 萬次或3 ～6 個月，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致摩擦盤的碎裂(圖2)；

2)進(jìn)油打滑；

3)散熱不良導(dǎo)致的過熱不能正常脫開，是導(dǎo)致連擊的因素之一；

4)摩擦系數(shù)降低導(dǎo)致的打滑；

5)控制閥故障造成連擊；

6)密封圈壽命低；

7)制造精度低，尺寸誤差和形位誤差大，導(dǎo)致摩擦塊偏磨，局部過熱而碳化；

8)離合器活塞導(dǎo)向精度差，使密封圈偏磨嚴(yán)重，壽命大幅降低。

⑵制動器故障。

制動角太大，有的機(jī)型超過100°，導(dǎo)致停止角波動太大，難以適應(yīng)自動化鍛造的需求。

⑶封高調(diào)節(jié)故障。

1)由于鎖緊機(jī)構(gòu)不能完全脫開導(dǎo)致傳動機(jī)構(gòu)容易卡死，進(jìn)一步導(dǎo)致調(diào)節(jié)齒輪輪齒和萬向聯(lián)軸器折斷；

2)只能在上死點(diǎn)調(diào)整封高，制動角波動太大后導(dǎo)致封高無法調(diào)整。

⑷壓力機(jī)振動/晃動大。

國產(chǎn)熱模鍛壓力機(jī)常見的偏心軸結(jié)構(gòu)見圖3，偏心質(zhì)量過大導(dǎo)致壓力機(jī)在啟動的瞬間晃動幅度較大。

⑸下頂出機(jī)構(gòu)（圖4）氣缸（復(fù)位缸和高保缸）線速度高、故障率高。

氣缸的線速度一般不允許超過0.5 米/秒，否則會導(dǎo)致氣缸內(nèi)壓力超過1MPa，使密封圈的壽命大打折扣。高保氣缸和復(fù)位氣缸的線速度一般會超過這個值，容易出現(xiàn)故障。在需要加大頂出行程時(shí)，問題更加突出。

我公司新開發(fā)的4000 噸擴(kuò)展型熱模鍛壓力機(jī)下頂出行程超過180mm，氣缸的線速度超過3.5 米/秒，如果不采用新的方案，氣缸就會頻繁出現(xiàn)故障甚至頻繁報(bào)廢。

⑹組合機(jī)身大螺母松脫。

國產(chǎn)設(shè)備廠處境堪憂

⑴本來熱模鍛壓力機(jī)的發(fā)展與汽車工業(yè)的發(fā)展成正比，歐、美、日、俄熱模鍛壓力機(jī)的普及率非常高，然而，我國汽車工業(yè)在過去十多年的爆發(fā)式增長過程中，熱模鍛壓力機(jī)保有量的增長非常緩慢，電動螺旋壓力機(jī)卻異軍突起，最近十年有上千臺的電動螺旋壓力機(jī)進(jìn)入市場，擠占了本應(yīng)屬于熱模鍛壓力機(jī)的市場份額。

⑵外國品牌的熱模鍛壓力機(jī)（自動線）占據(jù)了50%左右的大陸市場（如果按合同額計(jì)，則超過80%），這是其他任何傳統(tǒng)制造業(yè)細(xì)分市場都沒有的現(xiàn)象。

⑶所有廠家的技術(shù)水平?jīng)]有明顯差異，只是在制造裝備方面和配套件方面有一定區(qū)別。

⑷競爭加劇，每個廠家的產(chǎn)量都不高（平均每年2～3臺，有的廠家?guī)啄瓴派a(chǎn)1 臺），生產(chǎn)非常分散，技術(shù)難以成熟。

⑸研發(fā)投入沒有積極性，不可能升級換代。

興鍛熱模鍛壓力機(jī)的創(chuàng)新

為改善國內(nèi)市場熱模鍛壓力機(jī)短缺的現(xiàn)象，興鍛研發(fā)了4000 噸擴(kuò)展型熱模鍛壓力機(jī)（圖5），具有如下創(chuàng)新：

總體技術(shù)特點(diǎn)：五新+四超

興鍛開發(fā)的熱模鍛壓力機(jī)技術(shù)上主要概括為五新+四超。

⑴標(biāo)準(zhǔn)型（五新）：新型離合器、新型制動器、新型封高調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、新型下頂出機(jī)構(gòu)、新型偏心軸動載平衡技術(shù)。

⑵擴(kuò)展型（非標(biāo)準(zhǔn)型，四超）：滑塊超長行程、超寬臺面、下頂出超長行程、下頂出超大噸位，主要針對5 工位、立式熱擠、鋁（鎂）合金成形等特種新型成形工藝定制生產(chǎn)。

其他改進(jìn)包括：飛輪（大齒輪）軸承自動潤滑、下頂出可拆模塊、稀油潤滑、離合器采用雙聯(lián)電磁閥、十軸伺服步進(jìn)梁機(jī)械手。

標(biāo)準(zhǔn)型五新創(chuàng)新

⑴新型離合器的創(chuàng)新點(diǎn)。（已經(jīng)申請專利ZL 2018 2 0569619.8）

1)雙排摩擦塊降低比壓（圖6），防止摩擦塊碎裂；

2)散熱筋、槽（圖7），降低離合器溫度，提高生產(chǎn)效率；

3)排油（通道），避免潤滑油進(jìn)入摩擦區(qū)；

4)排屑（通道），防止磨屑在摩擦對偶之間累積影響摩擦性能；

5)偏心軸動載平衡技術(shù)（平衡塊見圖8），降低壓力機(jī)晃動的幅度；

6)增強(qiáng)導(dǎo)向，降低離合器密封圈的磨損。

⑵新型制動器。

興鍛新開發(fā)的熱模鍛壓力機(jī)，其制動器的制動角設(shè)計(jì)值范圍為25°～30°，停止角波動范圍≤±5°，需要時(shí)可達(dá)1°～3°。

⑶新型封高調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

興鍛熱模鍛壓力機(jī)有兩種封高調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可供用戶選擇，第一種是盤式電機(jī)/伺服電機(jī)（帶制動）+雙渦輪蝸桿+液壓鎖緊機(jī)構(gòu)，屬于標(biāo)準(zhǔn)配置；第二種是伺服液壓調(diào)整機(jī)構(gòu)，屬于選配裝置，該機(jī)構(gòu)可以在非鍛造區(qū)任意位置和時(shí)刻對封高進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)具有解除悶車功能。

⑷新型下頂出機(jī)構(gòu)。

1)通過扇形齒輪機(jī)構(gòu)降低高保缸的線速度；

2)采用氮?dú)鈴椈勺鰪?fù)位缸，將需用線速度提高至1.6 米/秒。

⑸新型偏心軸及其動載平衡技術(shù)。

1)離合器摩擦盤增設(shè)平衡塊；

2)偏心軸中間鏤空（圖9），減小偏心質(zhì)量及其轉(zhuǎn)動慣量。

⑹飛輪/大齒輪軸承自動潤滑。

大部分國產(chǎn)熱模鍛壓力機(jī)采用手工潤滑的方式，但由于操作維護(hù)工人的疏忽大意或者更替導(dǎo)致的軸承燒壞是非常普遍的，幾乎每臺壓力機(jī)在其生命周期內(nèi)都至少會出現(xiàn)一次，每次停機(jī)一般會影響生產(chǎn)2 ～4 個月；而將其改為自動潤滑后，可以把該處的故障降至最低。

⑺離合器采用雙聯(lián)電磁閥可以最大限度避免連擊。

⑻十軸步進(jìn)梁機(jī)械手（圖10）。

擴(kuò)展型四超創(chuàng)新

⑴超寬臺面：超過普通機(jī)型30%。

⑵滑塊超長行程：超過普通機(jī)型50%。

⑶下頂出（機(jī)械）超長行程：可達(dá)180 毫米，普通熱模鍛壓力機(jī)在這么長行程時(shí)一般采用液壓頂出。液壓下頂出對于高效自動化生產(chǎn)來講是一個瓶頸。

⑷下頂出（機(jī)械）超大頂出力：可達(dá)200 噸，普通熱模鍛壓力機(jī)一般采用液壓頂出。

總結(jié)

目前，由4000 噸擴(kuò)展型熱模鍛壓力機(jī)為主體組建的40000kN 新型熱模鍛壓力機(jī)智能自動化生產(chǎn)線已經(jīng)安裝完畢并通過檢驗(yàn)。興鍛自主研發(fā)制造新型熱模鍛壓力機(jī)應(yīng)用五大新型技術(shù)，屬國內(nèi)首臺套新型寬臺面40000kN 熱模鍛壓力機(jī)，徹底改善目前市場中設(shè)備缺陷現(xiàn)象，同時(shí)也顛覆了行業(yè)內(nèi)對國產(chǎn)熱模鍛壓力機(jī)的固有觀念，在國內(nèi)熱模鍛壓行業(yè)引起了熱烈反響，體現(xiàn)了我公司技術(shù)不斷創(chuàng)新并引領(lǐng)行業(yè)趨勢發(fā)展、推動智能化鍛壓事業(yè)的匠人精神和企業(yè)責(zé)任。