機械模鍛設(shè)備的最新發(fā)展（上）

文／呂洪亮·舒勒貿(mào)易（上海）有限公司濟南分公司

機械模鍛設(shè)備的最新發(fā)展（上）

文／呂洪亮·舒勒貿(mào)易（上海）有限公司濟南分公司

鍛造是機械工業(yè)的基礎(chǔ)，通過鍛造能夠為各種工業(yè)領(lǐng)域提供機械性能良好的零部件。特別是在汽車等大批量生產(chǎn)的行業(yè)，對鍛件的要求隨著新車型、新車種等產(chǎn)品的發(fā)展而不斷提出質(zhì)量上、數(shù)量上的更高標(biāo)準(zhǔn)。同時，由于石化、船舶等行業(yè)的迅速發(fā)展，對大型模鍛件的需求也快速增長。而這一切都迫使鍛造設(shè)備不停的創(chuàng)新發(fā)展。目前，機械模鍛設(shè)備是生產(chǎn)各種模鍛件的主力設(shè)備。在一百多年的演化發(fā)展創(chuàng)新中，機械模鍛設(shè)備產(chǎn)生了多種結(jié)構(gòu)，而且各種結(jié)構(gòu)都在不斷的沿著各自的方向完善和創(chuàng)新，并為市場解決多方面的需求。總的說來，機械模鍛設(shè)備的發(fā)展向著高精度、自動化、高生產(chǎn)率和大型化的方向不斷邁進。

目前應(yīng)用的機械模鍛設(shè)備主要包括鍛錘、螺旋壓力機、機械壓力機（包含肘桿壓力機、曲柄壓力機、偏心壓力機等）。機械模鍛設(shè)備的發(fā)展可以分為三個部分，一部分是單機的發(fā)展；一部分是全自動生產(chǎn)線的發(fā)展；最后一部分是理念及理論的發(fā)展，這一部分始終伴隨和貫徹于前兩部分的發(fā)展當(dāng)中。

當(dāng)下，設(shè)備驅(qū)動的熱點離不開伺服技術(shù)。在沖壓領(lǐng)域，伺服技術(shù)已經(jīng)獲得了較為成熟的應(yīng)用，其潛力在不斷被挖掘，效果也不斷顯現(xiàn)。而在鍛造領(lǐng)域，伺服技術(shù)也已經(jīng)開始開花結(jié)果，雖然沒有沖壓領(lǐng)域應(yīng)用的那么成熟，但也顯示出了令人驚訝的效果。目前，幾乎所有的模鍛設(shè)備都可以采用伺服技術(shù)來優(yōu)化成形過程，本文將在探討各類設(shè)備最新發(fā)展時加以介紹。

單機的發(fā)展

單個機器的發(fā)展一方面是增強機器本身的性能，另一方面則是匹配整條生產(chǎn)線的需求。而這兩者中，增強機器本身的性能作為主要的出發(fā)點，引導(dǎo)著整個設(shè)備領(lǐng)域的發(fā)展與進步。近幾年，伺服技術(shù)的應(yīng)用為設(shè)備的發(fā)展打開了一扇大門，而目前單機的發(fā)展也是以伺服技術(shù)的應(yīng)用作為重點。

鍛錘

鍛錘是一種歷史悠久的設(shè)備。因為鍛錘有精度較差、噪聲大、振動大等缺陷，行業(yè)里很多人都認(rèn)為它應(yīng)該慢慢地被淘汰。但是，不可否認(rèn)的是鍛錘具有很高的靈活性，而結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜更是其競爭優(yōu)勢。當(dāng)鍛錘發(fā)展到能夠完美解決其本身缺陷時，它還會被淘汰么？

伺服直線錘

圖1 伺服直線錘的結(jié)構(gòu)圖

高速磁懸浮列車是直線電機實際應(yīng)用的最典型例子。德國舒勒創(chuàng)新地將直線電機應(yīng)用到鍛錘上面，從而有效的解決了傳統(tǒng)鍛錘精度、噪聲、能效等方面的問題，是鍛錘這種設(shè)備一次歷史性的變革。伺服直線錘的優(yōu)勢在于：

⑴伺服直線錘摒棄了傳統(tǒng)的空壓機或液壓站等設(shè)施，采用直線電機。它和目前世界上最先進的電液錘比較，節(jié)能達(dá)到20%以上，并且結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)鍛錘更為簡單，屬于真正的免維護設(shè)備。

⑵伺服直線錘可以創(chuàng)新性的對錘頭的行程進行精確控制，這一特性使鍛錘同機器人的自動化線組合真正達(dá)到了精確、平穩(wěn)、可靠。

⑶伺服直線錘消除了傳統(tǒng)鍛錘由于成形剩余能量而產(chǎn)生的冷擊現(xiàn)象，明顯的降低了噪聲和振動，屬于環(huán)保設(shè)備。

對擊錘

模鍛件大型化一直是行業(yè)追求的一個目標(biāo)，許多大型模鍛件都采用大噸位液壓機生產(chǎn)。但是大噸位液壓機投資巨大，企業(yè)無力投資或在投資生產(chǎn)后負(fù)擔(dān)沉重。而對擊錘作為一種可以生產(chǎn)大型模鍛件的設(shè)備日益受到行業(yè)的關(guān)注。目前，對擊錘生產(chǎn)的最大模鍛件達(dá)到了12t，可以生產(chǎn)大型曲軸、飛機起落架、石化用大型法蘭等大型鍛件。相對于大噸位液壓機，對擊錘結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)靈活、投資較低，是生產(chǎn)大型模鍛件的優(yōu)選方案。德國舒勒公司生產(chǎn)的系列氣動對擊錘最大打擊能量1400kJ，可以提供近于56000t的打擊力。圖2展示的是德國舒勒公司印度某客戶使用的DG80H氣動對擊錘及其生產(chǎn)的3t大型曲軸。圖3顯示的是舒勒公司氣動對擊錘的結(jié)構(gòu)。

圖2 DG80H對擊錘及其產(chǎn)品

圖3 舒勒公司氣動對擊錘

機械壓力機

伺服機械壓力機

機械壓力機應(yīng)用廣泛，冷鍛、溫鍛、熱鍛領(lǐng)域都有其身影。傳統(tǒng)的機械壓力機都是電機通過離合/制動系統(tǒng)驅(qū)動飛輪傳遞扭矩給滑塊，帶動滑塊進行成形運動。目前，伺服技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用到各種機械壓力機上，省掉了傳統(tǒng)的飛輪、離合器/制動器組合，通過幾個伺服電機直接驅(qū)動。伺服機械壓力機最大的優(yōu)勢是可以對滑塊運動軌跡編程控制，這就意味著可以控制燜模時間的長短及整個生產(chǎn)周期時間，從而提高模具壽命及生產(chǎn)率。同時，可以實現(xiàn)在同一臺設(shè)備上生產(chǎn)不同材料的鍛件，擴大了壓力機可生產(chǎn)的產(chǎn)品范疇，圖4為伺服壓力機滑塊運行曲線。

將13個設(shè)計矩陣Aij(k)累加，即得各項指標(biāo)的優(yōu)先得分矩陣：再對得分矩陣Aij關(guān)于j，即按行累加：再求出Aij按行累加后的最大值、最小值，令∑Amax=max{∑A1，∑A2，…，∑A6}，∑Amin=min{∑A1，∑A2，…，∑A6}，則與∑Amax相對應(yīng)的因子同其它因子相比重要程度最高，而與∑Amin相對應(yīng)的因子的重要程度最低。取amax=1，amin=0.1，記

然而，伺服技術(shù)在機械壓力機上的使用也有其局限性。板材成形機械壓力和鍛造壓力機相比較，鍛造壓力機公稱壓力行程更大，需要的成形能量也更大，因而同樣噸位的壓力機需要的伺服電機功率也較大，設(shè)備造價較高。同時對電網(wǎng)的供電能力要求較高，這就限制了伺服驅(qū)動技術(shù)在大噸位鍛造壓力機上的使用，但是由于伺服鍛造壓力機在提高模具壽命和提高生產(chǎn)率方面，具有傳統(tǒng)壓力機所不具備的明顯優(yōu)勢，目前伺服鍛造壓力機也有向中型規(guī)格發(fā)展的趨勢。德國舒勒公司生產(chǎn)的16000kN伺服曲柄壓力機已投入使用，目前正在為一家德國企業(yè)設(shè)計生產(chǎn)31500kN的伺服曲柄壓力機。

圖4 伺服壓力機滑塊運行曲線

直驅(qū)式電動螺旋壓力機

電動螺旋壓力機結(jié)構(gòu)簡單，容易維護，具有較高的柔性、可靠性及鍛造精度。目前市面上銷售的電動螺旋壓力機有直驅(qū)式和非直驅(qū)式兩大類型。直驅(qū)式電動螺旋壓力機電機的扭矩直接傳遞給螺桿，沒有中間傳動部件和易損件，避免了能量損失，從剛性、可靠性、維修和效率方面來說，代表了螺旋壓力機驅(qū)動裝置的最佳設(shè)計方案（圖5）。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，電動螺旋壓力機在抗偏載、高精度方面已經(jīng)找到行之有效的方法。通過采用長滑塊、長導(dǎo)軌，導(dǎo)向精度高，抗過載和偏載能力強，可以滿足絕大多數(shù)鍛件生產(chǎn)的設(shè)備要求。

圖5 直驅(qū)式驅(qū)動系統(tǒng)

伺服直驅(qū)多工位冷鐓機

線材成形使用的多工位冷鐓機可以生產(chǎn)各種緊固件、汽車?yán)溴懠?，生產(chǎn)率很高，最高可以達(dá)到80～180件/分鐘。伺服技術(shù)同樣在多工位冷鐓機上成功應(yīng)用。而早在2010年，世界上第一臺伺服直驅(qū)多工位冷鐓機（圖6）就已經(jīng)在德國舒勒公司誕生并在一家德國知名企業(yè)投入使用。

圖6 德國舒勒制造的世界第一臺全伺服多工位冷鐓機

伺服技術(shù)在多工位冷鐓機上的應(yīng)用主要在三個部位：

⑴伺服喂料系統(tǒng)。

采用伺服電機技術(shù)的線性喂料系統(tǒng)已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的輥式喂料方式。由于采用了伺服電機，喂料長度可以精確控制，精確度可以達(dá)到微米級。而采用的夾鉗夾持方式也極具優(yōu)勢，以往傳統(tǒng)喂料方式輥子同線材表面接觸為點狀，容易損傷線材表面，而夾鉗與線材表面接觸面為線性接觸，避免了表面損傷的同時更保證了喂料精度。

⑵伺服夾鉗傳送系統(tǒng)。

隨著設(shè)備每分鐘行程頻次的提高，對傳送系統(tǒng)的速度和精度也提出了更高的要求。傳送系統(tǒng)的速度應(yīng)同滑塊的速度相匹配，防止過速或錯送現(xiàn)象的出現(xiàn)。伺服電機的可靠性及可控性完美地解決了這一問題。傳送夾鉗通過伺服電機驅(qū)動，可以根據(jù)滑塊速度及整個鐓鍛工藝進行編程控制，實現(xiàn)最完美的匹配。

⑶伺服滑塊驅(qū)動系統(tǒng)。

伺服技術(shù)同樣應(yīng)用于多工位冷鐓機的滑塊運動中，與其他壓力機的伺服應(yīng)用一樣，通過對滑塊運行軌跡編程，可以實現(xiàn)伺服壓力機的眾多優(yōu)勢。

《機械模鍛設(shè)備的最新發(fā)展（下）》見2016年第1期