鍛造行業(yè)的發(fā)展新趨勢課件

1、鍛造行業(yè)發(fā)展的新趨勢 The New Development Trend of the Forging Industry 上海交通大學 王以華Shanghai Jiaotong University: Wang Yihua摘要 本文列舉大量事實論證了目前 鍛造行業(yè)發(fā)展的趨勢為“六化” 鍛件精密化，鍛造材料輕量化， 模具制造數字化，鍛造設備智能化，鍛造生產線自動化，鍛造行業(yè)組合全球化。Abstract: The essay demonstrates the development trend of the die forging industry as forging parts sophist

2、ication, die forging material lightweight, die manufacturing digital,servolize in die forging equipment , forging industry combination globalization by enumerating. 關鍵詞 鍛造行業(yè) 發(fā)展 趨勢Key words: forging industry, Development , Trend 引言 鍛造是機械制造的基礎工藝之一，是機械產品不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在電站、冶金、機械裝備、鐵道、造船、航空航天、兵器、汽車、化工等部門中都占有很

3、重要地位。尤其在飛機上約有85%、汽車上約有58%、農機上約有70%的零部件均采用鍛壓工藝制造。因為采用鍛壓工藝制造的零件不僅強度高、韌性好，而且節(jié)材、節(jié)能、成本低、適用于大批量生產。正如世界著名鍛壓權威，英國伯明翰大學T.A.Dean教授在人類進入21世紀之際撰文指出：歐洲的鍛造者將是把歐洲帶入21世紀提供高科技零件的源泉。目前，國內外鍛造企業(yè)的發(fā)展趨勢可以概括為“六化”：鍛壓企業(yè)發(fā)展六化1.鍛件精密化2.鍛造材料的輕量化3.鍛模加工數字化4.鍛壓設備驅動智能化5.鍛造生產線自動化6.鍛壓企業(yè)組合全球化 1.鍛件精密化1整個鍛造技術發(fā)展總體趨勢是更精更省，達到不需機械加工或少許機械加工就可使

4、用。實現鍛件精密化，要在精鍛工藝上下功夫。因為與普通模鍛相比，精鍛件可降低成本6070，降低勞動成本95。用精密模鍛工藝制造出價廉物美產品，是各汽車制造商奮力拼搏的殺手锏。如豐田汽車廠屬下有12家分廠，其中就有4家致力于精鍛件的開發(fā)和生產。日本2009年冷鍛件產量為77027t，占模鍛件總量6.95%.美國伊頓公司年產精鍛齒輪件100多萬件，公差0.030.05mm。 1.鍛件精密化2近年來，國內在擠壓成形、冷鍛及溫鍛、粉末鍛造等高效率、高質量、高精度、節(jié)能、節(jié)材工藝的應用發(fā)展很快。有代表性的鍛造新技術是凈形精密鍛造，典型零件是齒形鍛造和閉式鍛造的汽車變速器零件。在鍛造齒輪類零件方面眾多廠家都

5、在進行這方面的研究開發(fā)。下圖為用于汽車和電器的部分精鍛產品。用于汽車部分及電子部分的精鍛產品 1.1 實現精密化的主要途徑1 1.1.1 冷溫熱鍛的復合工藝冷鍛是在室溫下成形的，鍛件精度可達IT811；溫鍛是高于室溫低于金屬再結晶溫度以下成形，一般在700900鍛造，此時，氧化皮厚度僅在10m左右，精度可達IT1114；熱鍛一般在金屬再結晶溫度以上成形，即在8501250鍛造，精度可達IT1316。冷溫熱鍛的綜合成形性能、成本、精度見下表熱鍛、溫鍛、冷鍛性能成本比較表 成 形 工 藝熱溫冷工件重量0.05-3210kg0.001-50kg0.001-30kg精 度IT13-16IT11-14I

6、T8-11表面質量Rz50-100m30m10m流變應力（原材料）20-30%30-50%100%對數變形能力（原材料）641.6成形費（用德國機床制造協(xié)會文集1991）至113%100%至147%切 削量多少很少 1.1.1 冷溫熱鍛的復合工藝2從表中可見，就材料的變形能力來看，熱鍛是冷鍛將近4倍。為了使一些復雜件也能凈形鍛造，就要采用冷熱結合或溫冷組合工藝。上海保捷汽車零部件鍛壓公司的Valeo的輪轂就是采用這一工藝。原來韓國全是冷鍛，21道工序，成本之高不難想象。該司采用溫鍛冷整形，僅用7道工序就達到韓國的要求。太平洋精鍛公司原來設計也是單一的冷鍛，近年來，也轉向熱鍛或溫鍛冷整形。 Va

7、leo 輪轂整形后的鍛件實物溫鍛冷整形的鍛件 1.1.1 冷溫熱鍛的復合工藝3上海納鐵福傳動軸有限公司，在2000年花近1億元引進德國SCHULER公司16MN Forgemaster壓力機，專用于外星輪、三銷套溫鍛后冷整形精密生產線。經多工位溫鍛后得到的外星輪溫鍛件。但其杯部內腔的下半部為球形面和球溝槽，而上半部則是圓柱面和直溝槽。由圖3可見，外星輪精鍛件要求杯部內腔上下部分均為球面和球溝槽。為此，需要通過冷縮徑精整，以達到外星輪精鍛件的要求。 溫鍛冷整形的外星輪等鍛件 外星輪溫鍛工步圖 左起15 外星輪溫鍛工步圖，6為冷整形鍛件 1.1.1 冷溫熱鍛的復合工藝3外星輪的冷精整工藝：將外星輪

8、溫鍛件拋丸后，再用半球形整體凸模冷精整鍛件杯部內腔；接著用組合結構球形凸模（芯部為錐形芯棒，外層分割為6瓣）頂著鍛件內腔杯底，將其強制通過帶錐角的凹模。由于凹模對鍛件上半部杯壁產生徑向力作用，從而使杯壁金屬產生徑向塑性流動緊緊包住凸模上球面。當壓力機到達下死點后，向上抽出錐形芯棒，6塊分瓣球形凸模便向心收縮，于是，鍛件的內腔脫離球形凸模的組合結構被取出。從圖4可以看出，組合結構的球形凸模的設計、凹模錐角的優(yōu)化以及溫鍛件杯部的幾何參數，則是外星輪精密縮徑的技術關鍵。外星輪精整模 外星輪鍛件放入模具 完成冷縮徑，組合沖頭拔出 1.1.1 冷溫熱鍛的復合工藝4對外星輪冷精整后的鍛件內球面和滾道僅需一

9、道磨削加工，磨削余量0.3mm。2002年初投產，25件/分，年產300萬件。幾年來，經濟效益凸現，現第二條精鍛線也已建成投產。結合齒b)整體形式圖1 結合齒零件a)組合形式 結合齒成形工步及其整形模 左起14為4工位熱鍛制坯 ，左起第5為齒形精整結合齒成形工步及其整形模 鍛件局部放大 組合整形模 結合齒鍛件全貌 1.1.2 等溫模鍛工藝1等溫鍛造是指把模具加熱到與坯料變形的相同或相近的溫度，在較低速度變形過程中，使熱毛坯和模具溫度基本保持不變的鍛造方法。等溫模鍛是60年代末發(fā)展起來的鍛造新工藝，運用這一新工藝可以生產出凈尺寸的產品。1972年，在美法理博城首次展出等溫模鍛件。美伊利諾斯州理工

10、學院研究所的有關專家認為，等溫鍛造在鍛造技術中堪稱突破。 1.1.2 等溫模鍛工藝2在普通壓力機或錘上精化鍛件時，由于模具的溫度較低，工件肋或角隙部位易于冷卻，再加變形速率較高，變形抗力明顯增加，這些都會阻礙金屬對模具型腔的充填。 葉輪等溫模鍛件 1.1.2 等溫模鍛工藝3上圖所示是上海交通大學研制的葉輪等溫模鍛件。所鍛葉輪葉片高寬比達到12：1。與同樣材質的2A50（LD5）普通模鍛件相比，強度增加20，延伸率增加76，完全滿足40300轉/分的要求。該葉輪等溫模鍛的模具裝置示于下圖。 等溫模鍛件模具結構 上機匣鍛件實物照片MB15鎂合金溫度定為340350 飛機發(fā)動機的前風扇葉片（型號：R

11、B211-524）a普通模鍛，耗材約25kg； b精密模鍛，耗材約15kg a) b)材料TC4鈦合金 等溫度950 1.1.3 半固態(tài)成形1半固態(tài)金屬加工技術就是金屬在凝固過程中，通過劇烈攪拌或凝固過程的控制，得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮固相組分近球形的固液混合漿料（固相組分甚至可高達60）。這種半固態(tài)金屬漿料具有流變和觸變特性，即半固態(tài)金屬漿料具有很好的流動性，易于通過普通方法成形形狀比較復雜產品。 1.1.3 半固態(tài)成形2基礎研究階段是從20世紀70年代開始，90年代后期，半固態(tài)加工技術進入了商業(yè)化的應用階段。規(guī)模較大的有法國Pechiney,美國Alumax、意大利的Stampal

12、、瑞士的Buhler。國外這些技術得到廣泛應用，尤其是汽車工業(yè)和3C產業(yè)。相對而言，國內在半固態(tài)加工技術上還處于從實驗室向試生產過渡階段。其它的精密成形方法還有超塑性成形、液態(tài)模鍛、擺動碾壓、徑向鍛造等等。 半固態(tài)加工成形的汽車零件 半固態(tài)加工的3C產品 我國生產的半固態(tài)零件 1.1.4 可分凹模模鍛可分凹模模鍛是閉式模鍛和開式模鍛的綜合，它既具有閉式模鍛能減少甚至消除飛邊金屬損耗等主要優(yōu)點，又具有開式模鍛能模鍛形狀復雜的鍛件的優(yōu)點。通過分模模鍛的鍛件其纖維流線連續(xù)且無飛邊，具有優(yōu)秀抗應力腐蝕能力，綜合力學性能提高30，節(jié)材近50。因此該技術可以廣泛用于汽車、航空、航天、化工和人工關節(jié)等領域。

13、1.1.4 可分凹模模具圖1.1.4 可分凹模模鍛榮威自動變速箱DCT倒檔軸的分模精鍛模具。普通開式模鍛件重7.91kg（參見圖1），而分模鍛鍛件重只有4.90kg ，每件節(jié)材3.01kg ,達38.1%，以年產20萬件計，則可節(jié)材602噸，該種材料為20MnCrSH，不含稅價8500元/噸，節(jié)約合600萬元/年。這還不計節(jié)省機械加工等費用。節(jié)省了材料，也就是高耗能的煉鋼少了，廢氣的排放也少了。1.1.4 可分凹模模鍛件用于閉塞鍛造的模具 利用連桿機構的閉塞鍛造模架的結構圖。讓上下沖頭以同樣的速度進入靜止的上下模膛的過程等同于把下沖頭固定，上沖頭和上下模以2：1的速度向下運動的一種相對運動的過

14、程。連桿機構的閉塞模架就是利用這個原理，利用連桿機構得到滑塊1/2的速度，中間墊板（圖3-30的36）以該速度下降，安裝在中間墊板上的模具也以同樣的速度下降。要給沖頭以不同的速度，只要調整連桿的長度即可實現。保捷汽車零部件鍛壓公司，每年鍛件產量約5萬噸，其中以15鍛件采用分模鍛制造，可年節(jié)材達2500噸，可年節(jié)費1200萬元。若推廣到全國，我國2009年產模鍛件479萬噸，則僅年節(jié)材費用就可達數10億元以上！ 1.1.5精鍛廠紛紛建立1.1.5(1)上海保捷鍛壓公司投資2.75億元從德國進口2條精鍛生產線，日本進口1條生產線；現已建成臺灣金豐1000t5工步軸類自動生產線。1000t5工步冷鍛

15、軸類模具（2）福達集團年產10萬噸精鍛件建成投產廣西自治區(qū)推進的重大項目，投資8.3億元，其中14000t雙曲柄熱模鍛壓力機為俄產，其它先進設備來自德國、美國、芬蘭、日本及韓國。 2. 鍛造材料輕量化1可用于鍛造的輕金屬主要有鋁合金、鎂合金、鈦合金及銅合金。近年來，由于能源價格的不斷攀升，汽車制造業(yè)也提出輕量化的要求。一輛轎車的重量若減輕10，油耗可降低810。飛機和發(fā)動機質量每降低1kg，其使用費用通?？晒?jié)約220440美元/小時1。近年來，鎂合金在世界上的需求量年增長率20，而我國鎂儲藏量占世界70。鍛造鎂合金具有更高的強度、更好的延展性和更多樣化的力學性能。但是，幾十年來，鎂合金的鍛造產

16、品僅用在很少的幾個方面，主要原因是鎂合金自身塑變特性決定其難于鍛造成形，制造成本較高，產品價格昂貴，下圖示出直升飛機上機匣鎂合金鍛件。等溫模鍛的鎂合金 直升機上機匣鍛件實物照片 2. 鍛造材料輕量化2 鈦合金與其它結構材料比較，其最重要的優(yōu)點是比強度高；熱強性好，在400500溫度范圍內，鈦合金的比強度超過了多數不銹鋼和抗氧化鋼。耐腐蝕，如江南造船廠將鈦絲吊在海水中一年，腐蝕僅0.01mm。因此，鈦合金首先在航空航天、造船工業(yè)和人造關節(jié)中得到應用。世界上所生產的鈦合金的60用于航空航天工業(yè)，如美國F22戰(zhàn)斗機鈦合金的用量達到41。由于價格等原因，民用客機波音-777中鈦合金的用量還只有結構質量

17、的7。 2. 鍛造材料輕量化3盡管鈦合金有很多優(yōu)點，但因價格昂貴，限制了在汽車工業(yè)中的應用。值得關注的是，日本2008年一年汽車上用鈦量是過去10年總和。大眾汽車公司裝配了一臺全鈦車體汽車，撘配了300ml氣缸發(fā)動機，車重為290kg，1L柴油可跑100km的優(yōu)良經濟效率。到2006年，美國鍛造企業(yè)總數為371家，其中專業(yè)鍛造鋁合金28家，占總數的7.5%;專業(yè)鍛造鈦合金21家,占總數的5.7%。鍛造有色金屬工廠比例遠高于我國，目前，我國從事鈦合金生產的專業(yè)工廠僅有2家：陜西寶鈦實業(yè)公司和上海樺廈實業(yè)有限公司。下圖所示為鈦合金的人造關節(jié)鍛件。 鈦合金人造關節(jié) 采用鈦合金制造人工關節(jié)、接骨板和螺

18、釘、髖關節(jié)、膝關節(jié)、肘關節(jié)、掌指關節(jié)、下頜骨(圖9)、人造錐體、心臟啟博器外殼、人工心臟以及頭蓋骨等。 2. 鍛造材料輕量化4日本對鋁合金鍛造的研發(fā)也投入了巨大人力和物力。2009年日本鋁合金鍛件產量為30459t13，占整個模鍛件的2.75%。本田汽車公司2004年10月發(fā)表戰(zhàn)略報告說，每輛轎車將使用200KG鋁合金零件，其中40KG為鍛件。鋁鍛件成本構成：材料費59，其中16是剝皮損耗。鑄坯經變形量達到80后，疲勞強度增加20；在鑄坯中加鈣，沖擊韌性增加25。豐田汽車公司說，新工藝使材料成本下降25。相對鑄造而言，以前杠桿為例，重量下降43。 2. 鍛造材料輕量化5預計今后幾年，我國每輛汽

19、車上用鋁合金達到130KG。摩托車上使用鋁合金鍛件也在迅猛增加。使用鍛鋁活塞，發(fā)動機功率增加10。懸掛件用鋁件代替鑄鐵件減重3540，相對鋁鑄件減重25。 2. 鍛造材料輕量化6俄羅斯等國家已初步完成用鋁合金做汽車發(fā)動機連桿代替40Cr材質的連桿的科學研究，2A50（LD5）鋁合金連桿與40Cr的相比，總費用高出1012，但其他的間接好處更多。并分析用新的鋁合金來制造零件的可能性：前梁、凸輪、懸掛杠桿、軸承殼體、轉向節(jié)叉、后橋套筒、車架橫梁等。由此看來，鋁合金的用量遠遠高于其他有色金屬，圖13示出用鋁合金制出的部分鍛件。 致力于輕量化 福特減少鋁材料使用.近日底特律北美國際車展上發(fā)布的野馬Sh

20、elbyGT350R通過使用碳纖維車輪使車身重量降低了52磅（約合19.4千克），并且還通過移除350R的空調、立體音響、后排座位以及其它非必要設施的方法使該車型減少了70磅重量（約合26.1千克），不過在實際量產中福特不會使用這種方式達到減重目的。部分鋁合金鍛件 以上內容可以參閱鍛模設計技術及實例，王以華等主編，機械工業(yè)出版社，2009.1. 3鍛模制造技術數字化1模具作為工業(yè)生產的基礎工藝裝備，在汽車、能源、機械、信息、航空航天、國防工業(yè)和日常生活用品的生產中被廣泛應用。75的粗加工零件、50精加工零件都由模具成形。家電行業(yè)的80零件、機電行業(yè)50以上零件也都要靠模具加工。因此，模具又被稱

21、為“百業(yè)之母”。模具生產的工藝水平及科技含量的高低，成為衡量一個國家科技與產品制造水平的重要標志之一，在很大程度上決定著產品的質量、效益、新產品的開發(fā)能力，決定著一個國家制造業(yè)的國際競爭力。2013年，我國模具銷售額達到1500億元15一般地說，模具費用占鍛件成本的3.36。因此，提高模具壽命，是降低鍛件成本，提高其競爭力的有效途徑之一。而模具壽命和模具材料、熱加工規(guī)范、模具結構、機械加工及使用工況等諸多因素有關。 3鍛模制造技術數字化數字化制造技術已成為提升產品核心競爭力的重要手段，而塑性成形和模具技術的數字化將成為21世紀該項技術的核心。把計算機引入鍛壓工業(yè)各個領域作為金屬成形領域第三個發(fā)

22、展階段。德國Walter Scheid公司有5條精鍛生產線。該公司在開發(fā)外星輪和三銷套新產品時，使用模擬技術，從以前修模35次降至現在12次。運用MSC軟件模擬，每次可節(jié)省設計費100010000美元；透平葉片模擬后由3工步減少到2工步，成本節(jié)約1/3?？梢娫擁椥录夹g在工藝設計時的重要作用。然而這個還遠遠不夠，近年，被稱為“第3次工業(yè)革命”的3D打印技術。一些發(fā)達國家制造業(yè)已經突破了由3D實體模型向可用于制造和向車間轉移的實用轉折：（1）3D模型的可制造化；（2）3D設計向3工藝轉換；（）將產品和工藝信息向制造作業(yè)的工人傳遞；（）制造作業(yè)現場的數字化現場的采集和反饋；（）數字化質量和依從性文檔

23、的管理。與傳統(tǒng)方式相比，一些公司采用數字化制造后，可使研制周期縮短至原來，研制成本降低50%。數字化加工的模具國內外模具現狀及創(chuàng)新要點 模具 國外已將計算機技術應用 到模具工業(yè)。從預測成形向控制成形發(fā)展，如日本Y.Tsuchiya等人開發(fā)了預測鍛模壽命的CAE系統(tǒng)，包括模具應力與溫度分析，模具鋼的回火參數與使用中的硬度計算，模具表面的損傷圖，以及模具表面破壞與磨損量的估計等。德國K.Mueller對積極摩擦的擠壓可將擠壓開始階段的鐓粗力由一般擠壓時最大變形力的38降低到18，從而提高了模具壽命，生產率提高10。英國PTI公司提供給我國三銷套冷精整凸模表面經涂層處理后，壽命達20萬件；粉末冶金冷

24、精整凹模壽命達30萬件。 已能生產精度達2m精密多工位級進模 ，工位最多達160個；已能生產48英寸電視機塑殼模具等。有15000多個企業(yè)，50余萬職工，有266個專業(yè)模具廠和分廠，2002年產值達300多億元。是模具生產大國，但還不是強國。模具的生產水平和使用壽命與發(fā)達國家相比，還有很大差距。一些優(yōu)質的模具鋼和復雜的模具還需進口。模具制造的周期長、質量差、成本高，使用性能和壽命也比較低。提高模具壽命的辦法也只是就事論事，尚未有成熟的軟件指導生產實踐。進口的CAD/CAM系統(tǒng)和設備，很少進行2次開發(fā)。導致每年數億美元的模具市場向國外開放。 大多數設計者已用CAD軟件繪圖，手工制作電極，電火花機

25、床加工型腔。少量模具廠采用，數控銑加工電極，電火花機床加工型腔。極少數廠采用CAD/CAM技術，用5軸高速數控銑直接加工淬硬模塊，模塊可以反復利用，模具表面失效后，無需退火，可以再銑下幾毫米，又成一副新模具。因此，模具成本得以大幅降低。 在模具材料和化學熱處理方面，也做了不少工作。如滲硼、氰化、氮化等方法，提高模具表面耐磨性和壓應力。以上海柴發(fā)鍛造公司135連桿為例,原模具平均壽命5500件/副，從預熱、模具結構改進、熱處理工藝改進后，平均壽命提高到9000件/副；采用法國的低成本Srsulf鹽浴氮化處理，平均壽命提高到13000件/副，壽命提高了136，成本下降3.97元/件。 1.開發(fā)適于

26、不同用途的模具材料，提高模具鋼的純凈度。 2.開發(fā)模具的選材、設計、制造、使用更理性化。 3.開發(fā)精密模具加工成套設備，實現加工過程數字和智能化。國內外模具現狀及創(chuàng)新要點精沖 瑞士Feintool公司代表了當今世界的最高水平。 1985和1992年引進瑞士Feintool公司的軟硬件。華夏精沖、內江鍛壓、黃石鍛壓等開發(fā)了適合中國國情的經濟型精沖設備，通過了國家鑒定。襄樊中航科技、蘇州東風精沖公司進行了汽車精沖零件的開發(fā)，起到了領頭羊作用。中國的精沖隊伍約5000人。 1996年起，上海交通大學與Feintool合作開發(fā)精沖軟件、以及精沖機理和過程數值模擬分析等。通過知識工程手段對Feintoo

27、l 多年來在精沖領域積累的設計經驗和知識進行集成，融合了20多種典型精沖工藝，提高設計效率6倍以上。上海交運總公司掌握了復雜的高精度座椅精沖件模具設計與制造技術以及零件的生產技術。1).精沖材 料的開 發(fā)。2).人才的 培養(yǎng)。3).多工位 精沖復 合成形 模具開 發(fā)。 4鍛壓裝備驅動智能化1從2010年亞洲第3屆國際鍛造會議中可以看出金屬成形設備發(fā)展的總趨勢是向伺服化、磁浮化、快鍛化、高自動化、成套化、成線化、高度柔性、復合化、高精度、高效、高速度、環(huán)保、節(jié)能、降噪音等方向發(fā)展。熱模鍛壓力機在發(fā)達國家是模鍛的主要設備，占模鍛設備總量的4064，我國僅有350臺，占總模鍛設備2830臺的12.4

28、13。 4.1 鍛壓裝備驅動智能化2除鍛錘外，成形設備大都采用機械或液壓驅動，其動力源為交流異步電動機，工作瞬間主要依靠飛輪提供所需能量，速度不能調節(jié)與控制，故其工作機構的運動特性只能是單一的，工藝適應性差，這是最大缺點。采用伺服控制，主要依靠伺服電機的瞬時扭矩提供壓制力，作用力、速度和位置等工藝參數的控制可達到較高的精度。與傳統(tǒng)的機械壓力機相比，具有結構簡單、生產效率高、產品質量好、滑塊運動柔性好、降噪（90dB）節(jié)能等優(yōu)點。 4.1 鍛壓裝備驅動智能化3目前，日本AIDA壓力機制造商開發(fā)的伺服壓力機稱之為繼蒸汽驅動、電力驅動后的第三代壓力機，具有劃時代意義。它采用計算機控制，利用數字控制技

29、術可以對壓力機運動自由自在控制，可以對滑塊位置重復控制精度達0.01mm，輸出力可控精度達1.6%；滑塊運動軌跡也可任意控制，噪聲75db。從而為提高復雜零件的成形、環(huán)境保護、模具壽命的提高提供了良好的條件。在日本已進入普及期14 4.1 鍛壓裝備技術伺服化4德國Enomoto Machine Co.,Ltd.制成了伺服驅動螺旋壓力機。除了其它優(yōu)點以外，節(jié)能也是其突出優(yōu)點之一。以使用30kW伺服電機的螺旋壓力機為例，可以產生3000kN的打擊力；而選用機械直接驅動方式，使用相同功率電機情況下，螺旋壓力機最多也只能產生700800kN 的打擊力。可節(jié)約3050電能。小松25000kN機械連桿伺服

30、壓力機 原理圖 25000kN伺服壓力機 4.2 鍛壓設備驅動智能化6德國西馬克梅爾公司和意大利菲賽普公司推出了最新研制的“直驅式”螺旋壓力機13。其基本原理是采用上海“磁懸浮”列車驅動技術。定子作為機架的一部分，轉子作為飛輪盤，定子和轉子通過電磁感應產生磁場。轉子無需任何勵磁繞組，簡化為外徑固定永磁鐵的鋼環(huán)。圖17示出壓機的一般原理，圖18示出直驅式馬達的原理和作用。4.2 鍛壓設備驅動磁浮化圖17 SPE系列新型直驅式電動螺旋壓力機的一般原理圖18 “直驅式”馬達的原理和作用4.2 鍛壓設備驅動磁浮化4.2 鍛壓設備驅動智能化7傳統(tǒng)壓機的飛輪和旋轉是通過與2個摩擦盤分別接觸而帶動滑塊上下運

31、動。新型直驅式的整個馬達-摩擦盤系統(tǒng)被旋轉直線無刷馬達所替代，馬達轉子就是飛輪。永久磁鐵具有一種獨特的帶防護涂層，并采用嵌入工藝直接貼在飛輪上（見圖 18）。4.2 鍛壓設備驅動磁浮化8扭力限定裝置設在飛輪和螺桿之間，可防止機器過載。馬達定子被做成可互換的模塊，由樹脂材料固封，防止粉塵進入。直驅式壓機更加柔性，它可節(jié)約50%70%電能，還可使電機的功率因數接近1。B-777主起落架，鍛件重達3210kg，用于世界最大的民航機A380上，是世界最大的航空模鍛件4.3 開關磁阻電動機9起動電流小，起動轉矩高?？深l繁起停及正反轉切換，起動時不會對電網造成沖擊。當起動扭矩為額定扭矩的1.5倍時起動電流

32、只達到額定電流的30%。節(jié)能效果顯著。公司對相同噸位（400型4000KN）的雙盤摩擦壓力機與J58型電動螺旋壓力機進行了測試：測試時間均為1小時，每分鐘打擊次數為19次。摩擦壓力機耗電為20度/小時，電動壓力機為16度/小時?？晒?jié)約電能20。 4.4自由鍛液壓機快鍛化10對于大型自由鍛件，我國目前出口+自己消費約350萬噸/年。而我國1000t以上壓機就有450臺，還不包括眾多的自由鍛錘。以目前設備能力自由鍛的產能已高達950萬噸，有近2/3產能過剩。 但是，對于快鍛液壓機由于它的優(yōu)異性能正在崛起。例如蘭石制造的20MN快鍛機，80次/分，可控精度1mm。 余姚寧波通迪于2008年購進德國潘

33、克7000t快鍛機，寶雞鈦業(yè)于去年購進德國潘克10000t快鍛機。在7000t快鍛上鍛造的鈦合金鍛件（約10t）5.鍛造生產線自動化1隨著市場競爭的激烈化，勞動力及原材料的價格上漲，對于大批量生產的產品，人們不約而同地想到自動化生產線。工業(yè)機器人將迎來“爆發(fā)季”。到2011年每萬人雇傭工人中所擁有機器人數量見下表： 表 到2011年每萬人雇傭工人中所擁有機器人數量國別中國美國德國日本韓國機器人數量21135251339347由于模鍛過程的自動化，毛坯的精度能夠提高1012%?？慑懗鲥懠|量1%的公差；鍛件溫度誤差可控制在10；還設有自動清理和潤滑模具裝置。與自動化程度有關的自動化機器的價格是通

34、用壓力機1.22倍。對同一個鍛件生產率是通用壓力機的1.510倍。 在熱模鍛壓力機自動生產線上 典型鍛件的制造參數及生產率近年來已建成的自動線5.1.我國已建成萬噸級汽車類鍛件生產線十多條，加上計劃新上的生產線接近20條。只有新近少數線實現自動化生產。以德國、美國為代表正在將生產線推向新的技術層面向智能化邁進。世界第一臺最大俄產熱模鍛壓力機140MN落戶桂林臨桂秧塘工業(yè)園。2012年 6月28日，1.4萬噸雙曲柄熱模鍛壓力機生產出首個鍛件。標志著自治區(qū)年產十萬噸精密鍛件項目建成投產。5.2引進德國KP12500、MP8000熱模鍛壓力機全自動生產線中國重汽（香港）有限公司濟南鑄鍛中心引進德國K

35、P12500、MP8000熱模鍛壓力機全自動生產線。中心占地51萬平方米，1569人。主要鍛件是卡車發(fā)動機曲軸、前梁、轉向節(jié)、連桿等，年產10萬噸。各工步間用德產KUKA機器人操作。在125MN熱模鍛壓力機自動線上，只有一名當班工人，其它工步由8臺機器人完成，40秒/件，年產40萬件；主要設備：2臺3400kW感應電爐、1000mm輥鍛機、1250t切邊壓力機、200t扭擰機、2000t液壓矯正機等。該司技改共投入8.3億元。5.3 上海通用東岳鍛造車間占地面積 6822平方米，總 投 資 2.7億人民幣，員工 62人， 其 中工程技術人員11人， 現場管理人員4人。每年生產發(fā)動機連桿和齒輪鍛

36、件30萬臺套。圖1 16000KN熱模鍛壓力機生產線及其連桿鍛件一模2件，耗時5秒5.4熱鐓自動機生產線32009年2月，由重慶長江軸承股份有限公司、上海保捷汽車零部件鍛壓有限公司、上海汽車變速器有限公司三方合作成立的熱鐓自動機生產線在上海保捷廠區(qū)內建立。 從俄羅斯引進的一臺自動熱鐓鍛機。前期投入達6000萬元，它的性能不亞于哈特貝爾制造的熱鐓自動機。開機率提升到了65%以上，日生產量7萬件，廢品率0.02%以內，2013年產值1億元，人均500萬元以上。目前該生產線上的員工總計不到10名。該線主要為上海通用及上海大眾配套，上海通用GF同類型設備的月生產能力在國內的最高水平大致在每月40-50

37、萬件/月，在世界范圍內的最高水平在60-70萬件/月，而目前該項目的月產量通過設備后期的改進后已經穩(wěn)定在100-120萬件，大大超出了國內外目前的最高水平。預計到2013年底，該線的月產量將達到200萬件/月左右，將極大的滿足上海通用及上海大眾的生產需求。5.2熱鐓自動機生產線 圖 熱鐓自動機生產線 上海保捷高速鍛與傳統(tǒng)鍛造的比較 傳統(tǒng)鍛造生產節(jié)拍大致在4-6件/分鐘，而該高速鍛節(jié)拍一般在60-100件/分鐘，生產節(jié)拍為傳統(tǒng)鍛造的10倍以上。按每月生產120萬件的產品進行比較，高速鍛的設備數量及人工需求均為傳統(tǒng)鍛的1/10左右，設備占地面積為傳統(tǒng)1/4左右?？梢韵胂螅羰且髠鹘y(tǒng)鍛造每月真的生

38、產120萬件產品將消耗多么大的人力、物力，而利用高速鍛生產這方面的需求將大大降低。上海保捷1000噸鍛軸自動線 項目生產線設備/臺人員工序班產量/件能耗KW/h鍛件精度成本元/件常規(guī)55610003.36同軸度142.8自動11550000.448同軸度0.532.3表1 倒檔軸常規(guī)生產與自動線生產比較5.5 豐田鋁連桿全自動生產線圖 4 鋁連桿成形工步圖 豐田新的鋁鍛件生產線最顯著的特點是用緊湊式的直線生產線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的大設備生產線。用機器人來完成從材料到最終成品檢測的自動化傳送，因此，可以實現高效生產。鋁連桿的材料為A6061，其工藝流程如下：按要求切斷后的原材料中頻感應加熱4工步輥鍛制坯再加熱預鍛終鍛沖孔切邊整形T6熱處理（淬火+人工時效）酸堿清洗熒光探傷尺寸檢驗機械加工包裝入庫13道工序。連桿輥鍛制坯好處輥鍛毛坯的過程使原始毛坯金屬分配以消除過分變形導致的復雜肋部折疊、穿筋流、夾層、裂紋、纖維流線的紊亂和連續(xù)性破壞缺陷4，甚至為了制造具有毛坯高的利用系數和低的勞動量的高質量鍛件。1)改善了金屬組織，甚至應力-應變狀態(tài)圖，在輥鍛條件下，毛坯壓縮變形程度大幅度提高，保證了中心區(qū)域良好組織及金屬流動方向細小晶粒；2)由于提高了毛坯的精度，最大程度接近鍛件形狀和尺寸，故模具壽命提高2035%；3）減少毛坯名義損耗1025%（與