锻造设备的发展历程及趋势

1、浅谈锻造设备的发展过程及发展趋势 锻造设备的发展是伴随工业技术的发展同步进行的，它的历史也是比较漫长和悠久的。从它的发展过程中我们也可以看出锻造设备的发展趋势就是从最初的原始化、简单化，发展到具有先进高新技术加入的高效化、快速化、成套化、数控化和联动化。首先谈一下锻锤的发展过程及发展趋势。锻锤是一种最古老而又万能的锻压设备，在锻造工业中一直发挥着重要作用，是机械制造业中量大面广，不可缺少的一种锻压设备。虽然随着其它一些锻压设备如液压机和机械压力机等的出现和发展，在一定程度上取代了一部分锻锤的工作。但是直到现在，锻锤，尤其是模锻锤，在各国锻造工业中仍占主导地位，绝大多数模锻件都是在锤上生产的。下

2、面按照时间的先后和发展阶段来介绍锻锤：(一)、机械锤：机械锤是一种比较古老的锻锤，随着它的发展，按照结构形式分为夹杆锤、皮带锤、弹簧锤及钢丝绳锤。这种锤的优点就是结构简单，投资少。它的缺点就是打击频次低，能量利用率小，生产效率低，锻件精度差。在我国某些落后地区仍有大量机械锤在使用中，另外在世界某些发展中国家如印度等国家，模锻锤仍以皮带锤为主。(二)、蒸-空锻锤蒸-空锻锤是上世纪20年代应运而生的。它有两种形式：一种是以工业锅炉为动力站，以蒸气为工作介质的锻锤；另一种是以空气压缩机为动力站，以压缩空气为工作介质的锻锤。它的优点是：a.结构简单，操作方便；b.造价低，维修方便。缺点是：a.能量利用

3、率极低，只是1%2%之间；b.锻造精度低，由于是梳形导轨形式，锤头导向差，打出的锻件精度低。目前，蒸-空锻锤出路应在于采用先进的电液锤技术进行改造，具体内容是采用现代电液锤技术做的电液传动装置取代原有锻锤的汽缸及动力站，保留原有机架、砧座。改造过的能量利用率可提高90%以上。目前国内的蒸-空锻锤基本都已改造完毕，但国际市场上如俄罗斯、印度等国家对这方面的需求还很大。(三)、空气锤空气锤工作介质也是空气，但它的压缩空气是由设备本身的传动机构带动压缩活塞，将压缩空气传递到工作活塞(锤杆)上进行动作的。众所周知，空气锤是目前锻造行业使用最广泛的设备之一，主要用于自由锻造，镦粗、拔长、冲孔、热剪、锻焊

4、、弯曲、扭转和胎模锻造等工序，同时还应用于大型模锻件的制坯工序。空气锤与其它类型锤相比：投入成本低、无污染，具有使用灵活，操作方便，控制性能可靠等优点，普通得到了广大用户的认可。安锻公司目前是世界上生产空气锤规格最齐全的公司。空气锤的国家标准是安锻公司起草制定的。安锻公司最小规格的空气锤为9kg，目前是世界上最小的空气锤，最大2000kg空气锤也是国际上最大的空气锤。(四)、电液锤我国的电液锤技术是在首先把液压传动原理用于传统蒸空锻锤进行动力头技术改造的基础上，逐步发展起来的，在“换头”改造过程中由于我国技术人员对液压系统上快速放油阀及相关控制阀技术的不断创新和改进，使得这项技术不仅能应用于模

5、锻锤，而且也能应用于自由锻锤上，因此发展速度很快。近几十年来，随着现代液压技术和电控技术的高速发展，高效节能的电液锤已经逐步成为锻锤中的主力军。液气式电液锤的基本原理是：工作缸上腔是封闭的高压氮气，下腔是液压油，中间靠锤杆活塞隔开，系统对下腔单独控制，下腔进油，锤头提升，高压氮气受到压缩，储存能量，下腔排油，高压氮气驱动活塞带动锤头打击，简称“气压驱动，液压蓄能”。电液动力头，它的主体是一个箱体，作为工作时短期容油的油箱（不工作时，油箱内的油液经回油管进入置于地面的液压站的油箱内），有八条螺栓通过缓冲垫、预压弹簧固定在原汽缸的位置，该油箱又称连缸梁，在其中间装有主缸，主缸顶部装有缓冲缸，内有缓

6、冲活塞，活塞上部充有一定压力的氮气，其压力与蓄能器上部的气压相同。主缸下部有两个孔分别与快速放液阀和保险阀连通。液压站来油通过管路进入箱体右上侧安装的主操纵阀和蓄能器中，蓄能器下部的油腔直接和主操纵阀相通，上部通过管路接气瓶组。主缸内装有锤杆活塞，活塞将下部的油液和上部的氮气分开，活塞上部充有一定压力的氮气，并与副气罐连通。锤杆下部和锤头刚性连接，靠楔铁压紧，操作部分基本不变。液压系统采用泵蓄能器卸荷阀组成的组合传动恒压液源，既保证了系统的稳定性和可靠性又大大降低了装机容量。电液锤的基本动作是提锤和打击两种。提锤时，只需操纵主阀使油泵蓄能器内的高压油和主缸活塞下腔相通即可。锤杆活塞在高压油的作

7、用下，迅速完成锤头的回程。打击时，操纵主阀使活塞下腔和油箱相通，快放阀打开，活塞下部的油通过大孔径通道流回液压站油箱，同时活塞上部在气体压力和锤头系统重力作用下，使锤头加速向下运动，直到形成打击为止。能量大小的获得，可用手柄控制打击行程实现，操纵部分可完成提锤、打击、回程、慢升、慢降和急停收锤、悬锤等多种动作。安阳锻压机械工业有限公司在推进实施电液锤产业化过程中，凭借自身的技术力量，紧密联系用户工艺和要求，勇于攻关，解决了一系列技术难题。电液锤的国家标准是安锻公司负责起草制定的。安锻公司对电液锤进行了多项创新设计，创造出具有“安锻特色”的电液锤产品，介绍如下：1、设计了“X”形导轨结构：老结构

8、的蒸空锻锤的梳形导轨存在力臂短、过定位、无温度补偿功能的缺点。为了不使锤头因升温膨胀使导轨间隙减小而导致卡死，只好加大导轨的冷态间隙。打击时锤杆受附加弯矩，易断裂，用于多模腔锻造时导轨磨损严重。为了克服这个弱点，我们对电液锤主机进行了创新设计，采用“X”形导轨结构。由于X型导轨有较长的力臂，锤头的热膨胀方向与导轨面方向基本一致，热膨胀时对导轨间隙影响不大，导轨间隙可以调得很小(0.2mm左右)，这样就使得锻造过程中的偏击力，全部由锤头导轨来承担，使得锤杆寿命大大提高，同时锻件精度也得以较大的提高。2、延长密封寿命，避免油气互窜：液气锤工作缸上腔是高压氮气，下腔是高压油，因此早期的电液锤很容易发

9、生油气互窜问题，我们采取的措施是：a. 提高导向性能，加长活塞长度。b. 采用耐磨、耐高温的导承环，保护密封件不受挤压偏磨，从而提高密封件的使用寿命。c. 采用德国进口的德氏封U型圈和Y型圈，改善密封效果，延长了维护周期，提高了锻锤的可靠性。d. 加强动力头的定位，改善了锤杆受力，从而提高密封件的使用寿命。3、解决非正常寿命锤杆断裂问题：a. 改进锤杆和锤头联接方式，依据摩擦学原理，设计出了3套件(压件、锥套、锤杆)涨紧结构，使得锤杆由原来的“双锥结构”改为“单锥结构”，大大避免了应力集中的产生，从而达到了既联接可靠又拆卸方便。锤杆寿命成倍提高。b. 锤杆表面进行了滚压处理进行形变强化，不仅提

10、高了表面强度，而且改善了表面的粗糙度，从而大大提高锤杆的使用寿命。4、解决了阀的灵活性问题；早期的电液锤打击频次低，操作灵活性差及慢降动作不好一直是用户头疼的一个问题，尤其是自由锻锤快打快提时，主阀和快放阀容易卡死，过去曾经流传过“电液锤打击次数上不去”，针对这一问题，我们采取以下措施：a. 改进主阀和快放阀的阀套与阀芯的材质，选用膨胀系数最小的特殊材质，保证阀套与阀芯高频次状态下不会卡死，从而实现全行程下的高频次任意打击。b. 改进二级阀的设计，加大节流孔的面积，从而提高慢降过程中的流量和流速。c. 缩短主阀与二级阀的距离，实现“零距离”连接，从而缩短了二级阀的反应速度，消除了容积效应的影响

11、。5、粗锤杆理论用于动力头改造；电液锤柔性细锤杆理论是很著名的，它是德国Lasco公司发明的，电液锤柔性细锤杆理论，彻底改变了原蒸空锻锤的“导轨锤头锤杆”系统的刚性条件，使锻造过程中的偏击力，大部分由锤头导轨来承担，这对于自由锻锤来说，由于其锻造工艺特点，偏击力不大，这时柔性细锤杆正好发挥其独特的优越性。但对于多模腔锻造的模锻锤实施“换头”改造，“柔性细锤杆理论”显然是不适用的。由于多模腔锻造的偏击力很大，再加上终锻时冷击现象严重，所以，导致导轨早期损坏严重，甚至出现“卡锤”现象。因此，我们在进行“换头”改造时，对于多模腔锻造且偏载力大的模锻锤，仍然沿用蒸空锻锤的“刚性粗锤杆理论”，取得满意效

12、果。6、创新设计连缸梁内部结构；早期的电液锤动力头从主操作阀到二级阀阀座是由一根无缝管相连，两端焊接。这根管在工作过程中受交变载荷，锤头回程时该管带载，锤头打击时该管卸荷，周而复始，所以对工况比较恶劣的锤就会出现管子破裂和焊缝开裂的现象。由于这根管在连缸梁的箱体内部，一旦失效，很难修复，即使修复也很难保证质量，所以它就成为一个较大隐患，也是影响动力头寿命的主要因素。为解决这个问题，我们将二级阀阀座直接移到主阀下面，去掉了这根焊接管，而缸体采用优质锻钢件，从而实现连缸梁内部的无管化连接，提高了电液锤关键零件的可靠性。7、开发设计了大通径阀和二级阀；随着大吨位电液锤开发设计，主缸下腔油环形面积越来

13、越大，必须有配套通径的快放阀和主阀，才能保证大吨位锤的打击能量和打击频率。我们在原有的50型阀的基础上开发设计了配套的70型主阀和二级阀，后又开发80型主阀和二级阀，从而使得排油通径由90mm增大为110mm和145mm，改良了锻锤的操作性和灵活性。8、解决系统发热问题电液锤系统发热问题，也是一个很大的技术难题，它严重影响系统的密封性能和工作性能，对此，我们采取了以下措施，有效控制了系统发热问题。一是最大限度地减少系统液阻，合理选择油管通径，把流速控制在合理范围内，二是提高主阀和二级阀耐磨损能力，减少内泄，三是采用散热系数较高的板式换热器和较大流量的冷却泵，提高冷却速度和油的循环次数。另外，我

14、公司结合新出现的电制冷技术，将电冷机应用于电液锤的冷却，经厂家试用，效果良好，电冷机相对于换热器冷却系统来说冷却效果好，维护方便，占地面积小，特别适合环境温度较高的环境。锻锤的发展趋势：(一)自由锻锤的发展趋势自由锻锤发展趋势就是大型化和成套化。过去由于制造水平的约束，我国双臂自由锻锤的最大规格只有5吨，单臂自由锻锤的最大规格只有3吨。目前，我们已经开发出8吨双臂自由锻锤和5吨单臂自由锻锤，下一步我们还将开发出10吨双臂自由锻锤和8吨单臂自由锻锤。另外一个趋势就是成套化，根据自由锻锤的配套要求，我们成功开发了系列带锯机、系列操作机和系列装取料机。用户只要把锻造工件告诉我们，我们可以提供相应的成

15、套自由锻设备。(二)模锻锤的发展趋势模锻锤是模锻车间使用范围最广泛的设备，它的主要特点是成型速度快、金属流动性好、锻件质量高。因此，特别适用于薄壁零件的锻造成型，但是普通模锻锤打击能量不能精确控制，锻锤的操作者是靠听模具打靠声音来判断锻件是否打成，模具在终锻时受到频繁的冲击和过载，很容易发生早期损坏。实现打击能量数控化，使得设备输出的能量既保证锻件打成，又不产生多余的能量，避免模具打靠产生过载，是提高模具寿命的必经之路。采用数控全液压模锻锤来进行锻造，打击能量和打击工序实现了数控化，下一步就是使用机器人自动上下料，实现自动化生产。因此采用数控全液压模锻锤为主机，实现模锻生产线全自动化生产是下一

16、步的发展趋势。下面介绍一下数控全液压模锻锤：1、基本原理：数控锤采用油泵-蓄能器传动，油缸下腔通常压，液压系统对上腔进行单独控制。上腔进油阀(亦称打击阀)打开，来自油泵、蓄能器以及通过差动回路引来的下腔的共三部分高压油进入上腔，实现锤头的加速向下和打击行程，上腔一旦卸压，锤头立即快速回程。打击能量的精确控制靠数字化控制系统控制打击阀闭合时间的长短来实现。2、性能特点：(1)能实现打击能量的精确控制该数控锤通过精确控制打击阀的闭合时间，既保证了锻件所需的能量，又不产生额外的冲击动能，因此锻造模具的寿命大大提高。实测表明，能量偏差控制在1.5%左右。对于不同高度的模具，可以方便地调整起始时间，保证

17、能量的同一性和准确性。(2)回程速度很快由于主油缸下腔始终通蓄能器，上腔一旦卸压，能迅速抬锤，因此模具接触时间短，该性能与能量精确控制相结合，可以使锻造模具使用寿命提高2倍以上。(3)锻造精度高该产品由于导轨采用“X”形结构，因此导轨间隙可以调得很小，打出的锻件精度很高。(4)材料利用率很高由于能量可以控制，因而制坯精度很高，打出的锻件飞边较为均匀，又由于锻造精度高，上下模不会出现错模现象，因此材料利用率很高，为少无切削奠定了基础。(5)低噪音由于该产品属打击能量可数控设备，因此编制程序，使锻件打成，但不多给剩余能量，因此噪音很小。传统锻锤的操作者是靠听模具打靠声音来判断锻件是否打成，有时判断

18、不准，习惯于多打几下，实际是多余的。(6)无撞顶现象通过精确计算和设计液压系统中阻尼孔和节流孔尺寸，使得锤头到顶缓冲下来，很平稳，无一点撞顶现象的发生。(7)低振动由于该产品打击能量可数控，无多余能量产生，加上锤身下部装有德国技术生产的隔而固品牌隔振器，对周围机床、居民区无任何影响。(8)环保由于该产品在打击过程中，冲击噪音小，又有减振器，振动小，因而是一种环保型产品。(9)锻件质量较为稳定由于通过程控器的控制，各种各样锻件的锻造工序可存入程序中，随时根据需要调出来使用，因此同一种锻件可以得到一致的打击能量和打击次数，避免了人工操作的多样性，因此锻件质量比较稳定。(10)易于实现自动化生产由于

19、打击工序和打击能量已实现数控化，因此为下一步使用机器人自动上下料打下了基础，自动化生产很容易实现。3、基本结构： 该产品总体设计思路，概括起来为“大锤头、低油速、短行程、高频次”。由于锤头质量很大，可以大幅度降低高压油最大流速（E=1/2MV2）。数控锤的最大油速控制在5.4米/秒以下，因此能量利用率极高。降低打击速度后，若要保持较高的打击频次，则打击行程也要相应地减小，这也是当今世界上液压锤发展的一个普遍趋势。 机身：采取立柱与砧座为一体的“U”形机身。这种结构形式虽然给铸造、起重和机械加工带来一定的困难，但却有如下优点：a.增加了立柱的纵向、横向和倾覆刚度，确保了锤头的精确导向，有利于提高

20、原材料的利用率；b.“U”形机身使二个立柱亦成为砧座重量的一部分，有利于整机重量的降低和打击效率的提高；c.“U”形实心铸造机身产生的打击噪音明显小于箱形和弓形立柱的机身。 导轨：国内蒸空锻锤的梳形导轨有力臂短，无温度补偿的缺点。为了不使锤头因升温膨胀使导轨间隙减小而导致卡死，只好加大导轨的冷态间隙，这就是在蒸空锻锤上难以进行精密模锻的原因。我公司开发的数控全液压锤采用“X”形导轨结构。由于锤头受热时呈径向辐射状膨胀，导向面呈对角线布置，就不会因锤头受热膨胀而减小导向间隙。我公司的数控锤加大了导板的宽度，X形导轨又有较长的力臂，这就会明显地减小偏击时作用在导轨面上的比压，有利于延长导板的使用寿

21、命。导轨精度可以控制在0.2mm以下，另外机架与砧座为一体的结构，保证了机架的稳定性，使得锻件精度不超过0.2mm,确保精密模锻的效果。 锤杆：由于采用细锤杆及其与锤头的弹性缓冲结构，大大降低了锤杆根部的应力集中，同时又由于行程短，也减少了短锤杆的根部惯性力，从而使得锤杆由过去的“易损件”变为了“长效件”。 上下模均为双楔铁结构，可精确调整模具左右对中与对正，定位键调整模具前后，满足各种调整要求。 顶料器安放在易于拆卸的模座内，顶料控制方式可设置为自动与脚踏。由于有顶料器，可以降低锻件的拔模斜度，便于深模锻造，提高材料利用率。同时也有利于实现自动化生产。 液压系统a. 液压系统采用油泵蓄能器组

22、合传动，主油缸下腔始终与蓄能器相通，为常压。液压系统仅控制上腔，它是通过对打击阀闭合时间的控制来实现打击能量的大小，打击阀是受两级控制阀控制。一级先导阀是一个二位三通换向阀，系统对它的质量要求很高，既要有高频率而且重复精度要求较高，因此我们选用进口原装件；b. 打击阀采用锥阀结构，与传统的滑阀相比，具有无磨损的优点，密封可靠性大大提高；c. 油箱采用顶置式结构，内部油路封闭在主阀块上，这样的结构使得液压系统实现了集成化，与油箱采用旁置式结构相比，管道系统长度大大缩短，能量损失降低1倍以上，另外通过集成化，油路连接实现了无管化连接，增加了连接的可靠性；d. 液压系统中在蓄能器与下腔之间设置了安全

23、阀，一旦锤杆从中间断裂，马上将下腔油与蓄能器切断，从而提高了使用的安全性。 由于低油速，液压系统又是高度集成化，油液发热量很小，用传统的水冷却即可满足要求，即使最热天，最高油温也不超过50。C. 减振系统采用德国(青岛)隔而固技术，从而隔离了锻锤在打击过程中产生的振动。 数控系统是根据锻件需求程序控制打击能量和打击次数，我公司的数控全液压锤采用OMRON中型C200HS可编程序控制器，并配以数字输入输出模块，用以在控制面板上设定打击能量。在保护系统采用四路模拟量输入。电动机采用预埋温度传感器方法，采集温度数据以供PLC分析，油温用插入式传感器采集油温变化，用以全过程PID(循环控制)调节。下面

24、谈一下另一种锻造设备锻造液压机的发展过程及发展趋势。(一)发展过程锻造液压机是在普通液压机的基础上逐步发展起来的。我国第一台锻造液压机是1953年在沈阳制造成功的，开始由于受液压技术和一些液压基础元器件的局限，锻造液压机的发展是比较缓慢的。近十几年来，由于液压技术的不断发展，锻造液压机进入了一个高速发展期。在2000年以前我国万吨以上压机不足10台，仅2006年一年，投资兴建的万吨压机就有17台，2007年投资10台，两年的投建台数就超过了建国以后五十年的发展，中小吨位的锻造液压机的需求更是远远大于万吨以上液压机的需求，目前我国锻造液压机的数量大约有200余台。我公司自由锻造液压机的吨位有800吨到5000吨不等，可锻造5吨到60吨重的钢锭。我们公司生产的锻造液压机主要有以下几个性能特点：、高强度的焊接结构梁具有良好的市场经济性和适应性。锻造液压机的三梁采用Q235钢板焊接而成。能够满足用户对锻造液压机的不同要求，我们在三梁的设计上在内部筋板的布置上采用高密度的型结构，缸体和导向部分与横梁的配合位置由铸钢圆筒焊接而成；在焊接工艺上采用二氧化碳保护焊，焊缝为U型单边焊缝，焊后72小时退火处理，保证了三梁的质量。2、具有较高的抗偏载能力，使偏心锻造时不会产生大的横向震动。我们在活动横梁的设计上加长了四柱的导向