鍛造下料設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

文／李大明·沈陽(yáng)市求實(shí)精密剪切機(jī)廠

鍛造下料設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

文／李大明·沈陽(yáng)市求實(shí)精密剪切機(jī)廠

李大明，廠長(zhǎng)，主持了上百條精密棒料剪切生產(chǎn)線的調(diào)試工作，并參與了多條S-Q45系列精密棒料剪切生產(chǎn)線和S-Q45-125C超精密棒料剪切生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)和試制工作，出色完成了我國(guó)第一條精密棒料剪切生產(chǎn)線的安裝、調(diào)試和試生產(chǎn)任務(wù)。

當(dāng)前，面臨國(guó)際經(jīng)濟(jì)疲軟，國(guó)內(nèi)需求降溫，汽車及汽車零部件價(jià)格逐年回落，職工工資、油、氣、水、電費(fèi)用不斷攀升的情況，以汽車為主要服務(wù)對(duì)象的鍛造行業(yè)，利潤(rùn)空間受到了壓縮。過(guò)去，通過(guò)增加產(chǎn)量可實(shí)現(xiàn)薄利多銷，而現(xiàn)在受“降溫”影響，這一方式已很難奏效。維持現(xiàn)狀又消化不了漲價(jià)因素，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。鍛件生產(chǎn)企業(yè)在多重壓力下，為了更好地持續(xù)發(fā)展下去，正在尋找一條適合自身發(fā)展的科技創(chuàng)新和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整之路。

鍛造下料設(shè)備的現(xiàn)狀

現(xiàn)有鍛造下料設(shè)備的構(gòu)成

鍛造下料設(shè)備有千百種，規(guī)格型號(hào)很多，歸納起來(lái)可分為有屑加工下料設(shè)備和無(wú)屑加工下料設(shè)備兩大類。

有屑加工下料設(shè)備有高速帶鋸床、高速圓鋸機(jī)、超高壓水射流切割機(jī)、圓鋸機(jī)、管子切割機(jī)床、砂輪切割機(jī)和往復(fù)式鋸床等。

無(wú)屑加工下料設(shè)備有棒料剪斷機(jī)、型鋼剪斷機(jī)、聯(lián)合沖剪機(jī)、摩擦壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、冷鐓機(jī)、多工位壓力機(jī)、精密棒料剪切生產(chǎn)線和超精密棒料剪切生產(chǎn)線等。

“十五”以來(lái)鍛造下料設(shè)備結(jié)構(gòu)的重大調(diào)整

有屑加工下料設(shè)備中，切口損耗大、生產(chǎn)效率低、耗能高的圓鋸機(jī)和往復(fù)式鋸床在“十二五”期間逐漸退出市場(chǎng)，已被切口損耗小、生產(chǎn)效率高、耗能低的高速圓鋸機(jī)和高速帶鋸床所取代。

無(wú)屑加工下料設(shè)備中，剪切精度低、節(jié)材節(jié)能效果差的棒料剪斷機(jī)在“十二五”期間也逐漸被剪切精度高、節(jié)材節(jié)能效果好、應(yīng)用范圍廣的精密棒料剪切生產(chǎn)線和超精密棒料剪切生產(chǎn)線所取代。

“十二五”期間，鍛造下料設(shè)備正朝著精密、高效、節(jié)材、節(jié)能的方向逐步進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整。

“十五”以來(lái)精密下料技術(shù)的重大突破

⑴眾所周知，材料越軟，剪切難度越大，即使采用精密剪切，也容易出現(xiàn)“眼睛”或者“耳朵”(所謂“眼睛”是二次剪切形成的缺陷；所謂“耳朵”是因?yàn)榈镀g隙過(guò)大所造成的缺陷）。08鋼是鋼材中最軟的材料，也是最難剪切的一種材料。過(guò)去，我們只能依靠帶鋸床下料，一家合資公司的法國(guó)顧問提出：“帶鋸床下料，一個(gè)鋸口損失1.3mm，按日產(chǎn)3萬(wàn)件來(lái)計(jì)算的話，僅鋸口損失每天就高達(dá)39000mm，切口損失太大，效率低，成本高，在法國(guó)都采用精密棒料剪切生產(chǎn)線下料，中國(guó)若提供不了這類節(jié)材、節(jié)能的剪切設(shè)備，可以從歐洲進(jìn)口?！碑?dāng)時(shí)，我們雖然擁有了精密剪切技術(shù)，但是要達(dá)到08鋼的精密剪切要求仍有很大差距。后來(lái)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，我們終于攻克了這一難關(guān)，使08鋼鍛件順利進(jìn)入了歐洲市場(chǎng)，同時(shí)也帶動(dòng)一批08鋼鍛件的制造企業(yè)及時(shí)進(jìn)行了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨后又相繼攻克了Q235A、20Cr、HPb59-1黃銅等材料的精密下料難題，使軟料下料設(shè)備的結(jié)構(gòu)調(diào)整取得了重大進(jìn)展。

⑵較硬材料的下料設(shè)備結(jié)構(gòu)調(diào)整方面也取得了重大突破。長(zhǎng)期以來(lái)，一些鍛造企業(yè)用普通棒料剪斷機(jī)在剪切直徑較大的40Cr、42CrMo等抗拉強(qiáng)度和硬度較高的材料時(shí)，為防止坯料開裂，常常采用預(yù)熱剪切。預(yù)熱溫度在400℃以下、每小時(shí)預(yù)熱2500kg的話，則一天耗電將高達(dá)1200度?！笆濉逼陂g有近50家鍛造下料設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)采用了約束剪切以此來(lái)取代之前的預(yù)熱剪切。約束剪切是在室溫條件下剪切，斷面傾斜度≤1.5°，不但剪切精度較以往的預(yù)熱剪切提高了1～3倍，而且剪切時(shí)料不彎曲，殘余應(yīng)力和應(yīng)變都很小。除特硬材料外，常用的鍛造材料均不需預(yù)熱，節(jié)約了大量能源。

⑶“十二五”期間填補(bǔ)了以汽車彈簧和機(jī)車彈簧為代表的細(xì)長(zhǎng)彈簧鋼的精密剪切空白。彈簧鋼又細(xì)又長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)3200mm，過(guò)去依靠進(jìn)口設(shè)備下料，下料的難點(diǎn)在于要準(zhǔn)確送料、接料、擋料和落料，而且要達(dá)到高精度和高生產(chǎn)節(jié)拍，“十二五”期間我們開發(fā)了適用于各種彈簧鋼下料的精密棒料剪切生產(chǎn)線。

⑷為適應(yīng)我國(guó)鍛造行業(yè)發(fā)展的需要，“十二五”期間我們還研制出了斷面傾斜度≤1°、重量誤差≤±0.25%的S-Q45C超精密棒料剪切生產(chǎn)線，同時(shí)還涌現(xiàn)出了人機(jī)界面技術(shù)、下料重量補(bǔ)償技術(shù)、送料輥?zhàn)娱_停技術(shù)等一大批新興技術(shù)，使鍛造下料設(shè)備的檔次和規(guī)格品種都有了大幅度的提升。

⑸“十二五”期間我國(guó)生產(chǎn)的精密棒料剪切生產(chǎn)線開始走出國(guó)門，走向世界。國(guó)際上的精密剪切市場(chǎng)，過(guò)去一直被少數(shù)的工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷，而“十二五”期間國(guó)內(nèi)需要的各類精密棒料剪切生產(chǎn)線，基本上都能夠做到自給自足，而且還可以批量出口到韓國(guó)、巴西等工業(yè)較發(fā)達(dá)的國(guó)家。中國(guó)的精密剪切技術(shù)，已被越來(lái)越多的國(guó)家所認(rèn)可。

由上述可見，“十二五”期間我國(guó)的鍛造下料設(shè)備在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、新品種的開發(fā)、新技術(shù)的應(yīng)用等方面都取得了重大進(jìn)展，但同時(shí)我們也應(yīng)看到，其中也仍然存在著很多問題需要我們解決。

當(dāng)前存在的問題

“十二五”期間我國(guó)的鍛件產(chǎn)量已超過(guò)1000萬(wàn)噸，居世界第一，然而鍛造下料設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展還很不平衡。有屑加工下料設(shè)備的發(fā)展情況較好，現(xiàn)在企業(yè)一般都已采用節(jié)材、節(jié)能效果好的高速帶鋸床和高速圓鋸機(jī)下料；無(wú)屑加工下料設(shè)備的發(fā)展比較滯后，現(xiàn)在仍有相當(dāng)一部分企業(yè)還在用之前的老設(shè)備在下料，下料手段沒有跟上國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐，下料面貌沒有發(fā)生重大變化。與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，當(dāng)前我國(guó)的鍛造下料設(shè)備在以下幾方面還存在著較大的差距。

精密剪切下料設(shè)備占有量

國(guó)內(nèi)的鍛造下料設(shè)備仍以下料精度低、節(jié)材節(jié)能效果差的棒料剪斷機(jī)和曲柄壓力機(jī)為主，精密剪切下料設(shè)備擁有量只占鍛造下料設(shè)備總量的6%左右，而工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的鍛造下料設(shè)備早在20世紀(jì)八九十年代就已完成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，下料精度低、節(jié)材節(jié)能效果差的棒料剪斷機(jī)已退出市場(chǎng)，現(xiàn)在多數(shù)采用剪切精度高、節(jié)材節(jié)能效果好的精密棒料剪切生產(chǎn)線和超精密棒料剪切生產(chǎn)線下料。

各國(guó)的精密棒料剪切設(shè)備如圖1～4所示。

剪切質(zhì)量

以剪切45熱軋鋼(L/D＝2）為例，各國(guó)不同剪切設(shè)備的剪切精度對(duì)照見表1。

圖1 中國(guó)S-Q45系列精密棒料剪切生產(chǎn)線

圖2 德國(guó)Caddy系列精密棒料剪切生產(chǎn)線

圖3 日本LBS400N型精密棒料剪切生產(chǎn)線

從表1可以看出，國(guó)內(nèi)剪切設(shè)備與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在反映剪切質(zhì)量的4項(xiàng)指標(biāo)中，差距最大的是斷面傾斜度，Q45A系列精密棒料剪斷機(jī)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距比較大，Q45C系列超精密棒料剪斷機(jī)雖然差距縮小了，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還是稍遜一籌，而Q42系列棒料剪斷機(jī)與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距就更大了。

圖4 意大利CADDY系列精密棒料剪斷機(jī)

斷面傾斜度關(guān)系著坯料兩斷面是否垂直軸線，斷面傾斜度過(guò)大，說(shuō)明坯料在剪切時(shí)受到彎曲應(yīng)力，不但應(yīng)變大，而且殘余應(yīng)力也很大，在剪切較大直徑、較高硬度的材料時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生裂紋和時(shí)效開裂。

斷面傾斜度大，也會(huì)給后續(xù)工序帶來(lái)隱患：在中頻加熱時(shí)，會(huì)使料被拱起而造成中頻爐短路事故；在鍛造時(shí)，會(huì)因軸線與端面不垂直而導(dǎo)致錯(cuò)位，影響鍛件質(zhì)量。

斷面傾斜度大的下料設(shè)備不可能應(yīng)用在精鍛領(lǐng)域里，也談不上節(jié)材、節(jié)能效果，所以這項(xiàng)指標(biāo)必須引起高度重視。

表1 各國(guó)不同剪切設(shè)備的剪切精度

生產(chǎn)效率

生產(chǎn)效率是指每分鐘剪切的件數(shù)，對(duì)鍛件生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)就是經(jīng)濟(jì)效益，所以這項(xiàng)指標(biāo)一直受到鍛造行業(yè)的高度重視。特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的這項(xiàng)指標(biāo)發(fā)展很快。

以日本萬(wàn)陽(yáng)株式會(huì)社為例：上世紀(jì)末，LBS100N棒料剪斷機(jī)剪切φ44mm的S45C棒料，每分鐘剪25件；而本世紀(jì)初，DLB100U棒料剪斷機(jī)剪切φ31mm的S45C棒料，每分鐘剪81件。

從這里可以看到：在不到10年的時(shí)間里，生產(chǎn)效率由25件/min提高到81件/min，提高了2倍多；但同時(shí)也應(yīng)注意到，生產(chǎn)能力卻由φ44mm下降到φ31mm，對(duì)應(yīng)的剪切力由超過(guò)70t下降到了34t，下降了一半多。所以鍛造企業(yè)在選擇下料設(shè)備時(shí)，生產(chǎn)效率和生產(chǎn)能力應(yīng)綜合自動(dòng)化、可靠性、故障率、安全、環(huán)保等指標(biāo)以及企業(yè)的實(shí)際等來(lái)進(jìn)行考慮。

鍛造下料設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

鍛壓行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃指出：“未來(lái)鍛壓行業(yè)的發(fā)展方向必然是節(jié)材、節(jié)能、低成本、注重環(huán)境保護(hù)、降低污染排放，以低消耗為載體，追求技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化?！?/p>

鍛壓行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃也給鍛造下料設(shè)備提出了發(fā)展方向：“精密剪切屬無(wú)屑加工，沒有鋸口損耗，除特硬材料外，精密剪切可在室溫下進(jìn)行，沒有加熱損耗，因此，在吸收工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，自主研發(fā)具有我國(guó)特色的精密剪切設(shè)備是鍛造下料設(shè)備的發(fā)展方向?！?/p>

工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，以日本萬(wàn)陽(yáng)株式會(huì)社為代表，對(duì)鍛造下料設(shè)備的發(fā)展方向也提出：“現(xiàn)在是精密剪切下料的時(shí)代?！本芗羟校殉蔀閲?guó)內(nèi)外鍛造下料行業(yè)的理想選擇。

鍛造下料行業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向主要有以下幾點(diǎn)：

⑴以精密剪切取代自由剪切，使下料精度最大程度上滿足鍛造行業(yè)的發(fā)展需求。以剪切45熱軋鋼(L/D＝2）為例，剪切精度將進(jìn)一步提高：斷面傾斜度將提高到1°～1.5°，重量誤差將提高到±0.25%，圓度將提高到0.96。

⑵以少、無(wú)切屑加工取代有屑加工，盡量減少原材料的消耗。高速帶鋸床和高速圓鋸機(jī)是少切屑加工設(shè)備，帶鋸條厚為0.9～1.05mm，切口損耗只有圓鋸的1/5～1/4，生產(chǎn)率是圓鋸的1.5～2倍。對(duì)切斷面圓度要求特別高，直徑較大，單件、小批量生產(chǎn)，或者難度較大的場(chǎng)合，采用高速帶鋸床和高速圓鋸機(jī)下料，也是一種節(jié)材、節(jié)能的舉措。但絕大多數(shù)鍛件的下料，應(yīng)選擇精密剪切，精密剪切屬無(wú)切屑加工，沒有鋸口損耗，以日產(chǎn)萬(wàn)件計(jì)算，與高速帶鋸床下料相比，每天可節(jié)約鋸口損失高達(dá)13000mm優(yōu)質(zhì)鋼材。

⑶以高速精密剪切取代中速精密剪切。冷鍛、冷擠壓和閉式鍛造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鍛造下料技術(shù)提出了更新、更高的要求，精密剪切有向高速精密剪切發(fā)展的趨勢(shì)。在其他參數(shù)合理的情況下，適當(dāng)?shù)靥岣呒羟兴俣?，可以提高斷面剪切質(zhì)量。目前，德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高速精密剪切機(jī)已投入生產(chǎn)應(yīng)用，我國(guó)也已起步，正在實(shí)踐考驗(yàn)中。

⑷以室溫剪切取代預(yù)熱剪切。棒料剪斷機(jī)下料，受彎曲影響，應(yīng)力應(yīng)變大，為防止坯料開裂，多采用預(yù)熱剪切。精密剪切機(jī)下料，坯料不彎曲，殘余應(yīng)力和應(yīng)變都很小，除特硬材料需要預(yù)熱外，絕大多數(shù)常用鍛造材料均不需預(yù)熱。預(yù)熱需要消耗大量的能源，按預(yù)熱溫度在400℃以下、每小時(shí)預(yù)熱2500kg棒料來(lái)計(jì)算，1h耗電150度，一天耗電高達(dá)1200度左右，而精密剪切機(jī)大多數(shù)的時(shí)候是在室溫條件下下料，節(jié)能效果十分明顯。

結(jié)束語(yǔ)

鍛造下料設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)除繼續(xù)堅(jiān)持精密、高效、節(jié)材、節(jié)能的發(fā)展方向外，還必須結(jié)合我國(guó)國(guó)情，自主研發(fā)出具有我國(guó)特色的精密剪切設(shè)備，并控制住設(shè)備價(jià)格，使精密剪切設(shè)備走進(jìn)更多的企業(yè)。