現(xiàn)代自由鍛造裝備技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

許海健

[摘? ? 要]鍛件工業(yè)技術(shù)是我國裝備工業(yè)的重要基石，而鍛壓加工裝備技術(shù)則是提升鍛件品質(zhì)與制造效能，降低生產(chǎn)成本。文章以我國當(dāng)前自由鍛造油壓機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀及本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究為主要研究方向，探究了鍛造液壓機(jī)的幾種結(jié)構(gòu)方式和鍛造液壓機(jī)的傳動(dòng)方式，文章闡述通過研究自由鍛造油壓機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)現(xiàn)代自由鍛造裝備技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了期待研究。

[關(guān)鍵詞]自由鍛造液壓機(jī);鍛造操作機(jī);發(fā)展趨勢(shì)

[中圖分類號(hào)]TG315 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）12–00–02

Research Status and Development Trend of Modern Free Forging Equipment Technology

Xu Hai-jian

[Abstract]Forging industry technology is an important cornerstone of China's equipment industry， and forging equipment technology is to improve forging quality and manufacturing efficiency and reduce production cost. Taking the current application status and body structure design of free forging hydraulic press in China as the main research direction， this paper explores several structural modes of forging hydraulic press and the transmission mode of forging hydraulic press. This paper expounds the development trend of modern free forging equipment technology by studying the structural design and optimization of free forging hydraulic press.

[Keywords]free forging hydraulic press;forging operator; development trend

鍛壓是熱加工領(lǐng)域的基礎(chǔ)工序，絕大多數(shù)金屬材料都能夠采用鍛壓來提高其內(nèi)在品質(zhì)和綜合的機(jī)械性能。隨著我國經(jīng)濟(jì)全球化腳步的日益推進(jìn)，金屬鍛造加工產(chǎn)業(yè)作為我國機(jī)器制造產(chǎn)業(yè)中的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，也獲得了快速發(fā)展。國內(nèi)對(duì)鍛造裝備的需要量將迅速上升。近年來，現(xiàn)代化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論、先進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)工藝技術(shù)以及先進(jìn)傳感器測(cè)量技術(shù)等一些相應(yīng)的技術(shù)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，在這樣的背景下，使得自由金屬鍛造裝置的機(jī)械液壓方面一直在不斷地創(chuàng)新和完善，就當(dāng)前階段的總體情況來看已經(jīng)趨于成熟，其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為高效節(jié)能，具有較強(qiáng)的精確性與可靠性。此外，其在高度自動(dòng)化方面的特點(diǎn)表現(xiàn)也較為突出。

1 自由鍛造油壓機(jī)相關(guān)概述

1.1 自由鍛造液壓機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)50年代開始，由于液壓傳動(dòng)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的逐步融合，使得電液控制技術(shù)在全球范圍內(nèi)獲得了蓬勃發(fā)展，而在國際上，縮短了非生產(chǎn)時(shí)間;為適應(yīng)鍛造生產(chǎn)的智能化與高效率的需要，在鍛造流程中引入了快速鍛造液壓機(jī)和操作機(jī)的合作?，F(xiàn)代的快速鍛造液壓機(jī)包含的特點(diǎn)：①具備高速、鍛造壓力高、鍛造頻率高的特性。極大降低了輔助鍛造的時(shí)間成本;②具備控制過程精度高、動(dòng)態(tài)控制單元精度高的優(yōu)點(diǎn);③能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，使操作機(jī)與鍛造液壓機(jī)結(jié)合在一起，同時(shí)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和聯(lián)動(dòng)控制的工作模式。并且在應(yīng)用鍛造工藝期間，實(shí)現(xiàn)快速鍛造的有效配合，便能夠更好地滿足自動(dòng)化以及高效產(chǎn)出的具體需求。目前，我國已具備重型自由鍛造油壓機(jī)組的供貨能力和技術(shù)。這些先進(jìn)的裝機(jī)能力體現(xiàn)了我國大型鍛造機(jī)油機(jī)國際先進(jìn)水平。

1.2 本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

自由鍛造液壓機(jī)主機(jī)框架是機(jī)組的主要受力部件，在框架設(shè)計(jì)上一定要保證其的強(qiáng)度以及剛性足夠，對(duì)其的制造安裝方便快捷，并且還需要在重量方面做好充分地考慮，在能夠保證壓機(jī)的可靠性以及控制精度足夠的情況下盡可能地減少其制造所需花費(fèi)的成本。傳統(tǒng)所采用的設(shè)計(jì)方法通常都是利用簡(jiǎn)單公式或是采用與同類產(chǎn)品進(jìn)行類比的方式，而現(xiàn)階段對(duì)有限元法和可靠性設(shè)計(jì)理論等現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用較為廣泛，以此更好地開展壓機(jī)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。目前，大中型鍛造壓油機(jī)均采用整體框架下拉式結(jié)構(gòu)，利用固定橫梁和快鍛液壓機(jī)工作缸的合理機(jī)架結(jié)構(gòu)來制定整體設(shè)計(jì)和制造。使得壓機(jī)框架剛度高，延長(zhǎng)了使用壽命等。

2 鍛造液壓機(jī)的基本結(jié)構(gòu)方式

（1）單臂型的鍛造液壓機(jī)，此種鍛造液壓機(jī)結(jié)構(gòu)形式主要應(yīng)用在體積較小的鍛造液壓機(jī)當(dāng)中，它的結(jié)構(gòu)形狀表現(xiàn)為C字形。機(jī)架主要應(yīng)用的是整鑄結(jié)構(gòu)等，在實(shí)際工作的過程中三個(gè)方向不會(huì)受到尺寸方面因素的限制，雖然作業(yè)上相對(duì)簡(jiǎn)單，但整個(gè)機(jī)架的剛度卻明顯不足。為確保機(jī)架構(gòu)件具有足夠的強(qiáng)度與剛性，機(jī)架構(gòu)件也相對(duì)要求做得更加厚重。

雙柱下拉式框架鍛造液壓機(jī)，用于中小型液壓機(jī)，在20世紀(jì)90年代是我國常見的鍛造液壓機(jī)，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在低重心，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定并且能夠良好運(yùn)行，在對(duì)角設(shè)置相應(yīng)的立柱，隨意選擇方向便能夠進(jìn)行砧座移動(dòng)裝置的設(shè)置，工作人員在開展作業(yè)的過程中，其工作視角是較為寬闊的，并且能夠搭配多種輔助工具，有著很廣闊的工作空間。但同時(shí)其也具備相應(yīng)的缺點(diǎn)，比如其工作量較大，在高偏載方面有著較為嚴(yán)格的要求，機(jī)架所發(fā)生的變形大，運(yùn)動(dòng)質(zhì)量以及慣性方面都較大。

（3）三梁四柱上傳動(dòng)預(yù)應(yīng)力組合框架，此結(jié)構(gòu)一直以來都是鍛造液壓機(jī)的重點(diǎn)型號(hào)之一，其的構(gòu)造較為簡(jiǎn)潔，對(duì)其所開展的生產(chǎn)、運(yùn)用以及維修工作都較為方便快捷。在結(jié)構(gòu)方面比較容易獲取相應(yīng)的總壓力，從而更好地進(jìn)行壓力的分級(jí)管理，同時(shí)還有較大的工作空間。因此，能夠鍛造較大工件和更長(zhǎng)或更小的零部件。

（4）雙柱上傳動(dòng)預(yù)應(yīng)力組合框架，它所具備的優(yōu)勢(shì)除了表現(xiàn)在擁有良好的雙柱下拉式以及四柱上傳動(dòng)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)之外，其在精度以及抗偏載能力方面的優(yōu)勢(shì)同樣表現(xiàn)較為突出。但是雙柱上傳動(dòng)式造價(jià)略高于四柱上傳動(dòng)式。

綜上所述，金屬鍛造與液壓機(jī)的構(gòu)造形態(tài)差異，也直接性決定著其能夠應(yīng)用的范圍。單臂型結(jié)構(gòu)更加適合應(yīng)用在小型的鍛造壓機(jī)上，這樣在實(shí)際開展鍛打小鍛件的過程中操作會(huì)更加方便快捷;雙柱下拉式結(jié)構(gòu)較更加適宜應(yīng)用在中小型的鍛造壓力機(jī)上，對(duì)于中大型的鍛造壓機(jī)來說，其更加適合應(yīng)用雙柱上傳動(dòng)預(yù)應(yīng)力組合框架結(jié)構(gòu)，它含有較多的工作行程以及寬闊的作業(yè)空間，同時(shí)設(shè)置了移動(dòng)臺(tái)，能夠共同開展三組或者四組砧具的安裝，對(duì)其可以采用大鋼錠的鐓粗、拔長(zhǎng)、精整等一些相應(yīng)的工藝。從技術(shù)發(fā)展的角度上來說，如果金屬鍛造液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為雙柱上傳動(dòng)型框架，那么會(huì)由于其能夠在橫豎二條方向上共同進(jìn)行移動(dòng)工作臺(tái)以及橫移砧的布置，所以工作人員在開展工作的過程中其的工作視角會(huì)是非常廣的，并且其的作業(yè)空間也較大，因此其在后續(xù)的應(yīng)用一定會(huì)非常廣泛。

3 鍛造液壓機(jī)的傳動(dòng)方式

當(dāng)前介質(zhì)的傳動(dòng)方法為自由鍛造液壓機(jī)傳動(dòng)方法當(dāng)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，又稱為自由鍛造水壓機(jī)。通過分電器和蓄勢(shì)器實(shí)現(xiàn)大功率自動(dòng)化水泵，對(duì)鍛造的液壓機(jī)進(jìn)行控制;另一種方法為液壓油作介質(zhì)的傳動(dòng)方法，俗稱自由鍛造油壓機(jī)，對(duì)大功率油泵以及二通插裝閥等合理有效利用便能實(shí)現(xiàn)對(duì)鍛造的液壓機(jī)的有效驅(qū)動(dòng)以及控制。下面是對(duì)兩種傳動(dòng)方法的鍛造液壓機(jī)所展開的相應(yīng)的對(duì)比，分析兩種方式之間所存在的不同之處。

3.1 鍛造油壓機(jī)的傳動(dòng)控制方式優(yōu)于鍛造水壓機(jī)

對(duì)于鍛造油壓機(jī)來說，在其中應(yīng)用了大流量高壓油泵、二通插裝閥以及其他一些相應(yīng)的裝置，從總體情況來看已經(jīng)趨于完善。合理有效地應(yīng)用現(xiàn)代化先進(jìn)的控制技術(shù)，可以方便進(jìn)行鍛造液壓機(jī)的管理，從而達(dá)到了鍛造加工生產(chǎn)智能化。由于我國的鍛造水壓操作較為方便快捷，元件通常都為自制件，最終使得先進(jìn)控制技術(shù)的效果難以得到充分地發(fā)揮。

3.2 鍛造油壓機(jī)比鍛造水壓機(jī)節(jié)能

通過對(duì)所獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的梳理和分析，傳動(dòng)控制系統(tǒng)的總體效率僅可以做到30%～40%，控制系統(tǒng)的總體效率能夠達(dá)到70%左右。如果實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用了正弦油泵來開展驅(qū)動(dòng)工作，以此來有效提高傳動(dòng)系統(tǒng)的整體工作效率，在80%以上，體現(xiàn)了快速性和轉(zhuǎn)換頻率高的特性。精準(zhǔn)度高，實(shí)現(xiàn)了控制以及聯(lián)合兩種操作的有效配合。

3.3 鍛造油壓機(jī)控制系統(tǒng)成本更低

就總體情況來看，如果實(shí)際當(dāng)中的工作速率是一樣的，在這樣的情況下，設(shè)計(jì)油泵直接傳動(dòng)的油壓機(jī)電液系統(tǒng)所性需要消耗的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水壓機(jī)泵蓄勢(shì)站，前者為后者的1/2，極大地降低了操作成本和時(shí)間成本。

3.4 鍛造水壓機(jī)使用安全隱患更小

因?yàn)樗橘|(zhì)自身具備相應(yīng)的物理特性，液壓油的燃點(diǎn)值相對(duì)來說并不高，因此鍛造油壓機(jī)存在一些相應(yīng)的問題需要給予解決。在當(dāng)前階段開展鍛造油壓機(jī)設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，已考慮到了人身及設(shè)備安全的保護(hù)的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鍛造油壓機(jī)工作現(xiàn)場(chǎng)各方面安全管理的工作的有效開展。

4 自由鍛造油壓機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

近年來，由于人民對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高以及排污成本的提高，國家已經(jīng)啟動(dòng)并致力于乙二醇及液壓控制系統(tǒng)等基本元件與控制技術(shù)的研發(fā)，盡管研發(fā)對(duì)象還僅限于某些特殊應(yīng)用目標(biāo)的技術(shù)要求，而且品種規(guī)格也還相當(dāng)限制，但發(fā)展勢(shì)頭卻已經(jīng)相當(dāng)強(qiáng)大。目前，已經(jīng)研發(fā)出了部分器件的性能可以達(dá)到或者超越同類的油壓器件，由于上述基本元器件的成熟使用，為研究發(fā)展真實(shí)含義上的由獨(dú)立乙二醇體系操控的獨(dú)立鍛造油壓機(jī)，提供了新科技條件。

但是由于乙二醇液壓系統(tǒng)之間的物理化學(xué)特性的差異，使得乙二醇機(jī)的優(yōu)點(diǎn)明顯存在不足：液壓油在抗氣蝕、腐蝕、密封和潤(rùn)滑方面，性能比乙二醇好得多，但也有易燃和污染問題，特別是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)泄漏對(duì)油壓機(jī)是致命的，必須設(shè)置車間的消防設(shè)施，防止液壓油泄漏發(fā)生火災(zāi)。因此，采用乙二醇作為自由鍛造液壓機(jī)傳動(dòng)介質(zhì)的替代產(chǎn)品，更能適應(yīng)高效鍛造設(shè)備、經(jīng)濟(jì)性和材料保護(hù)的特點(diǎn)，待科學(xué)進(jìn)步，解決乙二醇配套的相關(guān)問題后，乙二醇作為傳動(dòng)介質(zhì)，將是未來自由鍛造液壓鉆機(jī)的主要發(fā)展方向。

5 結(jié)束語

近年來，自由鍛造壓機(jī)設(shè)備呈現(xiàn)出了良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，無論是在數(shù)量方面還是鍛造技術(shù)方面都得到了很大的提升，特別對(duì)于大型自由鍛造裝置來說，氣的建設(shè)數(shù)量與其他國家相比都是絕對(duì)領(lǐng)先的。在這樣的背景下，自由鍛造加工能力水平也獲得了有效地提升，雖然說我國當(dāng)前階段已經(jīng)成為世界自由鍛造強(qiáng)國。但是仍然需要加強(qiáng)新理論與新技術(shù)的有效結(jié)合，更好地應(yīng)用在新機(jī)械設(shè)備的研制過程當(dāng)中，以此來研發(fā)更具現(xiàn)代化的先進(jìn)鍛壓機(jī)械設(shè)備，這對(duì)于促進(jìn)我國制造業(yè)的更進(jìn)一步發(fā)展來說具有非常積極的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 牛勇，權(quán)曉惠，張營杰，等.現(xiàn)代自由鍛造裝備技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].精密成形工程，2015，7（6）：17-24.

[2] 姚靜，魏晨光，李彬，等.自由鍛造油壓機(jī)常鍛工況能耗特性[J].中國機(jī)械工程，2016，27（11）：1508-1515.

[3] 郭曉鋒，成先飚，張建華.自由鍛造液壓機(jī)的發(fā)展與展望[J].重型機(jī)械，2012（3）：29-32.

[4] 侯永超，房志遠(yuǎn)，張營杰.大型自由鍛造油壓機(jī)上橫梁的有限元分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008（1）：32-34.

[5] 張營杰，侯永超，范玉林.大型自由鍛造油壓機(jī)固定梁的有限元分析[J].大型鑄鍛件，2008（2）：1-3.

[6] 張保均.自由鍛造液壓機(jī)動(dòng)力裝置選型分析比較[J].機(jī)械制造，2008（3）：51-54.

[7] 謝廣玉，李秀珠，胡海燕.自由鍛造液壓機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（1）：36-39.