鍛壓機(jī)床輕量化研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)分析

呂德曦

（廣東鍛壓機(jī)床廠有限公司）

摘要：鍛壓機(jī)床對(duì)金屬塑性變形加以應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)零件的成形加工。鍛壓機(jī)床屬于機(jī)床中的一種，又以驅(qū)動(dòng)動(dòng)力形式的不同分為兩類：其一，機(jī)械壓力機(jī)床；其二，液壓壓力機(jī)床；加工范圍砸100kN到100000kN之間，在板材沖壓、彎曲以及鍛造等成形加工中應(yīng)用廣泛。本課題在分析鍛壓機(jī)床輕量化研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了鍛壓機(jī)床輕量化的發(fā)展趨勢(shì)，希望以此為鍛壓機(jī)床輕量化工作的優(yōu)化及完善提供一些具有價(jià)值的參考建議。

關(guān)鍵詞：鍛壓機(jī)床；輕量化；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

鍛壓機(jī)床在成形加工工藝生產(chǎn)工作中應(yīng)用廣泛，比如在板材沖壓、彎曲以及鍛造等作業(yè)中便得到廣泛的應(yīng)用。但是，必須重視的是，鍛壓機(jī)床的鋼材消耗量很大，這與現(xiàn)代節(jié)能降耗、綠色生產(chǎn)理念相違背[1]。因此，國(guó)內(nèi)外均開(kāi)始越來(lái)越重視鍛壓機(jī)床輕量化生產(chǎn)作業(yè)的實(shí)現(xiàn)。不少學(xué)者在鍛壓機(jī)床輕量化研究過(guò)程中，提到需采取優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，并加強(qiáng)對(duì)鍛壓機(jī)床的故障診斷，以期提高鍛壓機(jī)床運(yùn)行的可靠性及安全性?？傊?，從鍛壓機(jī)床應(yīng)用效益的提升角度考慮，本課題針對(duì)“鍛壓機(jī)床輕量化研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)”進(jìn)行分析與探究具備一定的價(jià)值意義。

一、鍛壓機(jī)床輕量化研究現(xiàn)狀分析

鍛壓機(jī)床輕量化是鍛壓機(jī)床發(fā)展的一個(gè)必要過(guò)程，無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，均非常重視鍛壓機(jī)床輕量化的實(shí)現(xiàn)。下面便從國(guó)外、國(guó)內(nèi)兩大角度對(duì)鍛壓機(jī)床輕量化進(jìn)行研究，具體研究現(xiàn)狀如下：

（一）鍛壓機(jī)床輕量化國(guó)外研究現(xiàn)狀

從西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)看，這些國(guó)家的鍛壓機(jī)床制造商為了使制造成本得到有效節(jié)省，會(huì)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重視，同時(shí)也非常重視機(jī)床輕量化的實(shí)現(xiàn)。例如：德國(guó)的舒勒公司便具備國(guó)際上先進(jìn)的鍛壓機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)，所生產(chǎn)出現(xiàn)的產(chǎn)品特點(diǎn)突出，優(yōu)勢(shì)明顯，在功能上非常全面，在重量上偏輕，在可靠性上非常高，在控制精準(zhǔn)度上非常高。與國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品比較，機(jī)床床身質(zhì)量降低超過(guò)10%，同時(shí)在可靠度上提升大約2倍[2]。

值得注意的是，國(guó)外研究者特別重視鍛壓機(jī)床輕量化的研究。有學(xué)者對(duì)鍛煉機(jī)床的快速響應(yīng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，進(jìn)一步針對(duì)鍛煉機(jī)床的特點(diǎn)和制造的敏捷性、虛擬性以及柔性三者之間的聯(lián)系性進(jìn)行了探究，最后得出結(jié)論：在快速設(shè)計(jì)得到有效優(yōu)化及完善的基礎(chǔ)上，制造企業(yè)的發(fā)展將能夠得到有效促進(jìn)。與此同時(shí)，還提出了以知識(shí)工程環(huán)境為基礎(chǔ)的集中產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)研究認(rèn)為：基于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)制造及裝配充分重視，能夠使產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間得到有效節(jié)約。此外，還有學(xué)者表示，在整體設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，空間系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，明確具體的任務(wù)需求，同時(shí)給出功率、載荷以及質(zhì)量等關(guān)鍵參數(shù)，快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)便可以結(jié)合相應(yīng)的流程快速地進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合考慮到整個(gè)生命周期的條件下，能夠使鍛煉機(jī)床的設(shè)計(jì)得到優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)輕量化。

（二）鍛壓機(jī)床輕量化國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

由于鍛壓機(jī)床輕量化是鍛壓機(jī)床的必然發(fā)展趨勢(shì)，因此學(xué)者以及相關(guān)技術(shù)人員也充分重視鍛壓機(jī)床輕量化的實(shí)現(xiàn)。從現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)技術(shù)人員為了使鍛壓機(jī)床床身部件在局部上得到有效優(yōu)化及完善，對(duì)相關(guān)優(yōu)化軟件進(jìn)行了開(kāi)發(fā)；但同時(shí)必須認(rèn)識(shí)到的是，其設(shè)計(jì)還處于靜態(tài)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，在機(jī)床系統(tǒng)動(dòng)態(tài)加工考慮上，顯得不夠充分，對(duì)于機(jī)床可靠性方面潛在的問(wèn)題未能進(jìn)行有效地解決，這樣便會(huì)使機(jī)床的使用壽命難以得到保障，從而使機(jī)床的維護(hù)成本加大[3]。因此，對(duì)于我國(guó)鍛壓機(jī)床制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，有必要注重鍛壓機(jī)床的剛度、強(qiáng)度以及動(dòng)態(tài)性能等方面的優(yōu)化，融合先進(jìn)的技術(shù)，使國(guó)內(nèi)鍛壓機(jī)床制造水平趕上西方發(fā)達(dá)國(guó)家的步伐，從而使鍛壓機(jī)床輕量化制造得到有效實(shí)現(xiàn)。

我國(guó)有學(xué)者對(duì)鍛煉機(jī)床床身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，提出了圍繞車床床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的思想，進(jìn)一步對(duì)三個(gè)階段的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了構(gòu)建，對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念及方法加以應(yīng)用，使床身結(jié)構(gòu)的技術(shù)性能及經(jīng)濟(jì)性得到有效提升。此外，我國(guó)還有學(xué)者分析了10MN水壓機(jī)液壓缸系統(tǒng)的故障樹(shù)，以可靠性要求為依據(jù)，對(duì)舊水壓機(jī)系統(tǒng)采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，使系統(tǒng)的可靠性得到有效提高?？傊?，從現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)內(nèi)在鍛壓機(jī)床輕量化研究工作方面，還有待進(jìn)一步推進(jìn)，從而為鍛壓機(jī)床輕量化價(jià)值效益的實(shí)現(xiàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、鍛壓機(jī)床輕量化發(fā)展趨勢(shì)探究

在上述分析過(guò)程中，認(rèn)識(shí)到現(xiàn)狀下國(guó)內(nèi)外對(duì)鍛壓機(jī)床輕量化作出了大量的研究，但是在設(shè)計(jì)方面還有待優(yōu)化。從鍛壓機(jī)床輕量化的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，首先其內(nèi)容勢(shì)必朝向三大方面發(fā)展：其一，輕量化設(shè)計(jì)內(nèi)容注重機(jī)床結(jié)構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)部件的優(yōu)化；其二，輕量化設(shè)計(jì)注重整機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化；其三，注重整機(jī)可靠性的提升。結(jié)合這三大方面的發(fā)展內(nèi)容，本人認(rèn)為鍛壓機(jī)床輕量化發(fā)展的主要趨勢(shì)如下：

（一）輕量化設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

從典型的鍛壓機(jī)床來(lái)看，主要的構(gòu)成成分包括：上梁、下梁、動(dòng)梁以及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件等，其床身質(zhì)量為整機(jī)質(zhì)量的50%到60%之間，萬(wàn)噸液壓機(jī)床的質(zhì)量>600噸[4]。對(duì)于鍛壓機(jī)床來(lái)說(shuō)，在鋼材消耗量上非常高。從傳統(tǒng)設(shè)計(jì)角度來(lái)看，床身的結(jié)構(gòu)參數(shù)大部分來(lái)自于設(shè)計(jì)工作人員的經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)產(chǎn)品的比較，采取的設(shè)計(jì)計(jì)算能夠起到校核的作用，但是也存在控制精度偏低以及運(yùn)動(dòng)部件易受到磨損等問(wèn)題。因此，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，便需要注重現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的應(yīng)用，針對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，與此同時(shí)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，在確保鍛壓機(jī)床剛度、強(qiáng)度以及動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良的前提條件下，使床身質(zhì)量減輕，同時(shí)使運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量減輕，這樣便能夠使制造的成本得到有效節(jié)約，進(jìn)一步使運(yùn)行能耗得到有效降低。

（二）整機(jī)結(jié)構(gòu)輕量化發(fā)展趨勢(shì)

在傳統(tǒng)的鍛壓機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)用的是靜態(tài)設(shè)計(jì)方法，此類方法在系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性方面的考慮表現(xiàn)的缺失，從而導(dǎo)致制造的產(chǎn)品在動(dòng)態(tài)品質(zhì)上偏差，存在振動(dòng)、噪聲等頻繁發(fā)生的問(wèn)題，這樣便使得運(yùn)動(dòng)部件的控制精度受到很大程度的影響。因此，在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，整體結(jié)構(gòu)輕量化勢(shì)必朝向動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方向發(fā)展，比如：通過(guò)動(dòng)態(tài)性能仿真，以系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)，利用智能優(yōu)化算法，使鍛壓機(jī)床整體輕量化得到有效實(shí)現(xiàn)，這樣便能夠解決傳統(tǒng)鍛壓機(jī)床在動(dòng)態(tài)方面的噪聲、振動(dòng)問(wèn)題得到有效解決。

（三）整機(jī)可靠性發(fā)展趨勢(shì)

在鍛壓機(jī)床輕量化設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮到整體的可靠性，因此整機(jī)可靠性是鍛壓機(jī)床未來(lái)發(fā)展的一大必然趨勢(shì)[5]。采取整機(jī)可靠性實(shí)驗(yàn)分析，對(duì)鍛壓機(jī)床的整體壽命進(jìn)行研究，然后對(duì)典型鍛壓機(jī)床故障樹(shù)模型進(jìn)行構(gòu)建，并對(duì)失效產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，進(jìn)一步利用新型的材料以及新型的結(jié)構(gòu)，便能夠使容易失效的零部件的可靠性得到有效提高，進(jìn)而使剛強(qiáng)度偏大零部件的尺寸得到有效降低?？傊?，整體可靠性的實(shí)現(xiàn)需依靠鍛壓機(jī)床故障樹(shù)模型以及相關(guān)新型結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用，需對(duì)此充分重視。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本課題的探究，認(rèn)識(shí)到現(xiàn)狀下鍛壓件輕量化設(shè)計(jì)問(wèn)題引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了我國(guó)在鍛壓機(jī)床輕量化設(shè)計(jì)潛在的一些問(wèn)題。因此，有必要在洞悉問(wèn)題的基礎(chǔ)上，促進(jìn)鍛壓機(jī)床輕量化的設(shè)計(jì)及發(fā)展，結(jié)合西方發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，整合技術(shù)，注重新型材料、結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，從而使鍛壓機(jī)床輕量化設(shè)計(jì)水平得到有效提高，進(jìn)一步提高鍛壓機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

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