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    工業化大生產模式下熱鍛成形設備的發展

    來源:  中機鍛壓     時間:  2017-03-27 10:39
    伴隨著經濟全球化、工業化發展,社會化大生產特征逐步呈現,社會分工越來越細。為了便于實現規模經營,工業生產模式也逐步從多品種小批量生產模式,逐漸向單一特性零件專業化大批量生產轉變。熱鍛工業也不例外,為了更易于實現自動化、智能化生產,以零件特定的鍛造成形工藝為特征,如汽車連桿、曲軸、搖臂、轉向節、五金工具及鎂鋁合金、鈦合金鍛件等均已逐漸呈現集約化、規?;?、專業化生產。熱鍛工業企業也從單純的鍛造成形生產逐漸拉長產業鏈,實現從單一零件毛坯到成品甚至到部件總成的專業化大批量生產。
    設備是為了滿足工藝需要,與此相適應的各類熱鍛成形設備,也將伴隨著工業化大生產模式的轉變而各自扮演不同的角色。
    一、熱鍛成形設備的種類和特點
    1.模鍛錘
     模鍛錘是一種利用工作部分(落下部分或活動部分)所積蓄的動能在下行程時對鍛件進行打擊使鍛件獲得塑性變形的設備,在鍛壓生產中一直發揮著重要作用。
     程控鍛錘的出現,使鍛錘在現代鍛造工業發展中又一次得到了復興。程控鍛錘充分發揮了傳統鍛錘靈活自如、成型速度快的優勢,綜合運用了液壓、電器等現代傳動、控制技術,不僅具有簡單可靠的結構,而且具有極為周到的運行監測系統、故障診斷系統、能量自控系統及程序打擊控制系統,是當今鍛造工業中符合高效、節能、環保要求的具有高精度、高可靠、高性價比特點并具有廣泛適應性的現代化精密鍛造設備。
     
    2.熱模鍛壓力機
     熱模鍛壓力機是采用機械傳動的塑性成形設備,其工作原理同通用壓力機一樣,傳動機構設有飛輪離合器和制動離合器。壓力機采用了加粗曲軸直徑、縮短曲軸支撐間距、降低機身高度、加大機身截面以及采用短粗整體連桿、高剛度裝模高度調整機構,整體剛度精度較高?;瑝K行程次數高,一般是35~110次/分。
     具有上下自動頂料裝置,使模鍛件的出模斜度要低于2°,縮短了鍛件與模具型腔接觸時間。
     
    3.平鍛機
    平鍛機屬于壓力機設備,具有兩個滑塊(主滑塊和夾緊滑塊),因而有兩個垂直的分模面。平鍛機可鍛出長桿類鍛件,也可用長棒料逐件連續鍛造。其有兩個分模面,因而可以鍛出在兩個方向上有凹槽、凹孔的鍛件,鍛件形狀更接近零件形狀。
     
    4.螺旋壓力機
    螺旋壓力機按其驅動方式可分為摩擦螺旋壓力機、液壓螺旋壓力機、電動螺旋壓力機和離合器式高能螺旋壓力機,它們的共同特點是飛輪在外力驅動下儲備足夠的能量,再通過螺桿傳遞給滑塊來打擊毛坯做功。具有鍛錘和曲柄壓力機的雙重工作特性。沒有固定的下死點,無論是工作載荷還是熱膨脹使機架彈性變形,均能鍛出合乎要求的鍛件。
    中機鍛壓的離合器式高能螺旋壓力機由于慣性飛輪無需反轉,滑塊加速過程短,因而公稱壓力作用行程相對其他形式螺旋壓力機要長,打擊頻次較高,特別適合高度變化較大的需要大能量鍛造的場合。
     
    5.液壓機
    液壓機是靠液體靜壓力使工件變形,這是與其他鍛壓設備的基本不同點。液壓機容易獲得大的工作壓力和較大的工作行程,便于壓制大型工件或較長、較高的工件。液壓機本體結構較簡單,最大載荷可受到限制,易于保護模具,且調速方便,特別適合于等溫模鍛、超塑性模鍛。液壓機還具有便于實現程序控制及計算機自動控制,工作平穩,撞擊和震動很小、噪音小的優點。
     
    二、幾種熱鍛成形設備工藝參數及性能比較



     
    三、工業化大生產模式下幾種模鍛設備的適應性及發展趨勢
    熱鍛成形設備的基本選用原則:設備使用特性(或參數)必須滿足模鍛件成形的工藝要求及環保要求,還要盡可能滿足自動化、智能化要求,并盡量降低生產成本。
    鍛錘的突出優點在于打擊速度塊、頻次高,工藝適應性強,因而模具接觸時間短,特別適合要求高速變形來充填模具的場合。例如帶有薄筋板、形狀復雜的而且有重量公差要求的鍛件。但是由于打擊速度快,變形速率敏感的低塑性材料不宜在錘上模鍛。模鍛錘可進行多模鏜鍛造,無需配備預鍛設備,操作簡單靈活,適應性非常強,適合一模多件鍛造成形的場合。一般情況下需要人工操作,可以小設備干大活。小型鍛錘為了提高效率往往采用夾鉗操作,以適應工序間的快速變換,由于上模難以設置頂料裝置,加之打擊震動,一般機械手很難適應。
    鍛錘是性能價格比最優的成形設備,特別是大型模鍛件的成型,鍛錘優勢十分明顯。一臺800KJ對擊錘相當于4萬噸的模鍛壓力機,其投資成本相當于壓力機的三分之一。小噸位鍛錘由于使用頻率高,往往采用液壓驅動,以提高能源利用率,超過400KJ大噸位鍛錘則更多從經濟型、可靠性出發,往往采用壓縮空氣驅動更為理想。
    小型鍛錘為了提高效率往往采用夾鉗操作,以適應工序間的快速變換,由于上模難以設置頂料裝置,加之打擊震動,一般機械手很難適應。大噸位鍛錘則采用裝取料機或者重載機器人實現工件的抓取動作,而不會考慮夾鉗操作。
            鍛錘在工業化大生產模式下,依賴其工藝特性,更多的適用于多品種、小批量薄類及復雜零件的生產,很難實現自動化生產。
     
    熱模鍛壓力機整體剛度高,滑塊抗偏載能力強,因而鍛出的鍛件尺寸精度高,表面質量好,加工余量小,主要用于精密模鍛、熱擠壓和鍛件精整工藝等。曲柄壓力機行程和壓力不能隨意調節,不適宜進行拔長、滾擠等制坯操作。此外,曲柄壓力機模鍛具有靜壓力的特性,可以鍛造一些對變形速率敏感的低塑性材料。設備具有自動頂料裝置,便于實現機械化和自動化。熱模鍛壓力機剛性高,鍛件精度得到保證,因而適用于單一零件大批量生產。但工藝特性不適用于薄類及復雜零件的鍛造成形,一般情況屬于大設備干小活。
    熱模鍛壓力機在工業化大生產模式下,適合中批量、大批量生產,特別適合形狀簡單的盤類、軸類零件的連續自動化生產。
     
    平鍛機的工作部分作水平往復運動,鍛造過程中坯料水平放置,其長度不受設備工作空間的限制,特別適用于局部鐓粗的長桿形鍛件和帶孔的鍛件。鍛模有兩個分模面,鍛件出模方便,可以鍛出其他設備難以鍛成的,在兩個方向上有凹槽、凹孔的鍛件(如雙凸緣軸套等)。但是,平鍛機是模鍛設備中結構最復雜的一種,價格貴,投資大,而且需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。
    平鍛機由于裝??臻g較小,很難實現自動化。依賴其工藝特性,一般適用于半軸類產品的單件小批量生產,工業化大生產模式下適應性較差。
     
    螺旋壓力機具有鍛錘和曲柄壓力機的雙重工作特性,能實現各種主要鍛壓工步,工藝用途廣。由于每分鐘行程次數少,打擊速度低,因而比較適合于模鍛一些再結晶速度較低的低塑性合金鋼和有色金屬。螺旋壓力機一般適于單槽模鍛,對于厚實的復雜鍛件往往采用多機聯動來分步完成零件的成形。
    電動螺旋壓力機、離合器式高能螺旋壓力機可實現打擊能量、打節拍的精確控制,模具可以設置上下頂料裝置,很容易與機器人聯動實現自動化。工業化大生產模式下適應性較強。
     
    液壓機靠液體靜壓力使工件變形,變形力均勻,容易獲得大的工作壓力和工作行程,便于壓制大型工件或較長、較高的工件,由于工作速度可控,特別適合于等溫模鍛、超塑性模鍛和對應變速率敏感的有色合金鍛件模鍛。隨著輕量化鍛件產量與品種的增加,適應于輕質合金熱模鍛造及等溫鍛造的高速伺服壓力機將有所發展。
    模鍛液壓機趨勢:
    (1)提高空行程速度,可提高工作頻率,中機高速伺服模鍛液壓機空行程速度可達1m/s,其他普通液壓機空行程速度一般不超過0.3 m/s;
    (2)實現工作過程速度的伺服控制,成形速度可調范圍更廣。
    (3)模具的軟接觸,方便采用電加熱保持模具的溫度控制。
    (4)在高速伺服液壓機基礎上,研發適應鋁合金成形的專用多向鍛造或復動成形壓機,實現鋁合金復雜零件在一次合模條件下完成多次鐓擠成形,保證鋁合金零件在三向壓應力下鐓擠鍛造成形,從而減少成形工序與工步,便于鍛造過程自動化的實現,配備機器人極易實現自動上下料及模具的自動潤滑。
    (5)模具的自動夾緊、定位、溫控加熱及頂料裝置;
    工業化大生產模式下,中機鍛壓研發的高速伺服液壓機依賴其工藝特性,更多應用于輕質有色合金的批量生產及自動化生產。
     
    四、總結語
          熱鍛常用的設備主要是模鍛錘、熱模鍛曲柄壓力機、平鍛機、螺旋壓力機和液壓機,每種模鍛設備都擁有各自的結構性能特點,具有不同的適應性。在工業化大生產模式下,應依據成形零件的特點遵循工藝主導的原則,綜合考慮專業化、批量化、自動化、低成本化及環保因素,選擇最為恰當的熱鍛成形設備。
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    由中國模具工業協會組編、武兵書會長主編、18位模具行業專家、教授參與撰稿的《中國戰略性新興產業研究與... 更多
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