國(guó)內(nèi)機(jī)械式粉末成形壓機(jī)發(fā)展歷程及展望

沈福保，許云燦

(南京東部精密機(jī)械有限公司，江蘇 南京 211100)

粉末成形壓機(jī)是專門(mén)為壓制粉末制品而設(shè)計(jì)制造的專用設(shè)備，廣泛運(yùn)用于粉末冶金、硬質(zhì)合金、磁性材料、精細(xì)陶瓷、電碳等粉末制品行業(yè)的壓制成形。在以粉末壓機(jī)壓制的制品中粉末冶金機(jī)械零件為數(shù)最多，這部分粉末冶金機(jī)械零件中，鐵基粉末冶金機(jī)械零件運(yùn)用最廣。

1 國(guó)內(nèi)機(jī)械式粉末成形壓機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)的粉末冶金專用成型設(shè)備—粉末壓機(jī)制造事業(yè)是伴隨著我國(guó)粉末冶金工業(yè)的發(fā)展而建立的。早期的粉末冶金成型設(shè)備基本上都采用液壓機(jī)，這些液壓機(jī)由下列廠家研發(fā)及制造：

1) 江陰市利港電力工程設(shè)備廠引進(jìn)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)YA792125型粉末制品液壓機(jī)，1995年開(kāi)發(fā)了YA792160，YA792630，YA792400等型號(hào)。

2) 北京鍛壓機(jī)床廠研制開(kāi)發(fā)機(jī)械&液壓混合式BDD012200型粉末成形壓機(jī)、機(jī)械式BD022200KN型粉末精整壓機(jī)。

3) 南通鍛壓機(jī)床廠(南通電子專用設(shè)備廠)開(kāi)發(fā)和研制NDE79263，NDZ792100，NPH2100，NFH2200，NPH2315型液壓式粉末成形壓機(jī)。

4) 廣東華金合金材料實(shí)業(yè)有限公司與廣東佛山康思達(dá)液壓機(jī)械公司共同設(shè)計(jì)的YA622630型粉末冶金制品全自動(dòng)壓機(jī)。

5) 天津鍛壓機(jī)床廠消化吸收了曼內(nèi)斯曼(Mannes&mann)技術(shù)，生產(chǎn)出YT70E2250型全自動(dòng)液壓式粉末成形壓機(jī)。

6) 重慶江東機(jī)械廠生產(chǎn)YJ79E系列全自動(dòng)粉末制品液壓機(jī)。

自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，隨著我國(guó)粉末冶金工業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)眾多企業(yè)引進(jìn)了德國(guó)、美國(guó)、日本、瑞士等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的粉末冶金成型設(shè)備，同時(shí)，國(guó)內(nèi)的粉末冶金專用設(shè)備制造通過(guò)引進(jìn)--消化吸收—再創(chuàng)造，在機(jī)械式粉末成形壓機(jī)的研發(fā)方面也得到了快速發(fā)展，從而有力地促進(jìn)了我國(guó)粉末冶金行業(yè)的再發(fā)展。

以下從幾個(gè)方面論述國(guó)內(nèi)機(jī)械式干粉成型壓機(jī)制造業(yè)的發(fā)展歷程：

1.1 行業(yè)規(guī)模及市場(chǎng)占有

20世紀(jì)90年代，一些在粉末制品行業(yè)從事技術(shù)、設(shè)備工作的人員，通過(guò)股份制合資、合作等形式，成立了國(guó)內(nèi)機(jī)械式干粉成型壓機(jī)專業(yè)制造企業(yè)。

1) 南通鍛壓機(jī)床廠(南通電子專用設(shè)備廠)引進(jìn)和消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，1993年開(kāi)發(fā)和研制TPA6.1，NPA20，NPA50系列機(jī)械式粉末成形壓機(jī)。

2) 海寧三強(qiáng)精密機(jī)械有限公司于1995年制造出了C35160型機(jī)械式全自動(dòng)干粉壓機(jī)，其后該公司還和日本玉川機(jī)械(株)技術(shù)合作制造S系列機(jī)械式壓機(jī)和T-HS系列高速壓機(jī)。

3) 南京東部精密機(jī)械有限公司于1997年開(kāi)始也是通過(guò)消化吸收再創(chuàng)造研發(fā)成功C35系列機(jī)械式全自動(dòng)干粉壓機(jī)。

4) 波匯眾粉末機(jī)械制造有限公司于1999年開(kāi)始研發(fā)FY系列機(jī)械式干粉壓機(jī)。

發(fā)展至今全國(guó)已有大約40多家機(jī)械式干粉壓機(jī)專業(yè)制造廠家，其中大部分集中在江、浙一帶。年銷售額在5 000萬(wàn)元以上的有寧波匯眾粉末機(jī)械制造有限公司、海寧天通吉成機(jī)器技術(shù)有限公司、南京東部精密機(jī)械有限公司等。

目前，國(guó)內(nèi)機(jī)械式粉末成形壓機(jī)總的市場(chǎng)規(guī)模大約有3～4億元，這其中國(guó)產(chǎn)占80%左右，其余為進(jìn)口。

1.2 產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)進(jìn)步

制約粉末冶金工業(yè)發(fā)展的兩個(gè)主要因素是粉末材料和粉末冶金的專用設(shè)備。近年來(lái)，由于高精度、高強(qiáng)度、復(fù)雜形狀零件產(chǎn)量在粉末冶金零件中所占比重增加，并將逐漸占主導(dǎo)地位，對(duì)粉末冶金壓力機(jī)的壓制精度和性能提出了更高的要求。粉末冶金壓力機(jī)應(yīng)具備更多的功能，完成更復(fù)雜的動(dòng)作。

先前由于國(guó)內(nèi)機(jī)械式粉末成形壓機(jī)制造水平距國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家有相當(dāng)大的差距，企業(yè)開(kāi)始時(shí)走了引進(jìn)—消化吸收—再創(chuàng)造之路，經(jīng)過(guò)十幾年的不懈努力，發(fā)展至今已建立了比較完整的產(chǎn)品門(mén)類及系列。

1) 已有機(jī)械式干粉成型壓機(jī)、整型壓機(jī)、快速壓機(jī)、旋轉(zhuǎn)壓機(jī)、數(shù)控壓機(jī)、HVC高速壓機(jī)等產(chǎn)品門(mén)類，壓制噸位系列從1t到800t。壓機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式有偏心滑塊式(類似于德國(guó)DORST型)，曲柄連桿式(類似于日本YOSHIZUKA型)，偏心肘桿式(類似于日本TAMAGAWA型)等。基本上國(guó)外生產(chǎn)的壓機(jī)國(guó)內(nèi)都 有同類替代機(jī)型。

2) 整體已達(dá)到國(guó)外20世紀(jì)90年代及本世紀(jì)初制造能力及水平，這其中HVC高速、高密度壓制技術(shù)，壓機(jī)專用多關(guān)節(jié)機(jī)器人技術(shù)，雙向脫模技術(shù)，伺服仿形技術(shù)，精整壓機(jī)的影像定位及測(cè)量控制技術(shù)，浮動(dòng)精整技術(shù)，壓機(jī)專用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)及嵌入式PC+運(yùn)動(dòng)浮點(diǎn)控制技術(shù)等均達(dá)到或接近目前國(guó)際上機(jī)械式粉末成形壓機(jī)及整形壓機(jī)行業(yè)的前沿技術(shù)及水平，上述技術(shù)目前已成功地運(yùn)用于粉末制品壓制中。

南京東部精密機(jī)械有限公司是目前國(guó)內(nèi)壓機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)方面走在前列的廠家，至今已研發(fā)出了8大系列30多個(gè)品種，包括偏心滑塊型、曲柄連桿型、偏心肘桿型機(jī)械式成形壓機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)型、沖床改造的簡(jiǎn)易型機(jī)械式整形壓機(jī)，幾乎涵蓋了市面上所有種類。在國(guó)內(nèi)率先制造出了壓制噸位達(dá)到8000kN的EPM-800C型數(shù)控機(jī)械式干粉壓機(jī)，該機(jī)配置可成形上三下五多層臺(tái)階產(chǎn)品的模架，有5個(gè)數(shù)控軸，能實(shí)現(xiàn)伺服送料及多軸關(guān)節(jié)式機(jī)器人取坯、稱重、分揀、碼垛等自動(dòng)生產(chǎn)線壓制。圖 1為PM-800C型數(shù)控機(jī)械式干粉壓機(jī)，該機(jī)已投入市場(chǎng)。

圖 1 EPM-800C型數(shù)控機(jī)械式干粉壓機(jī)

該公司與瑞典的合資企業(yè)希頓—東部精密機(jī)械有限公司研發(fā)出了當(dāng)今世界最先進(jìn)的HVC高速壓機(jī)。它所運(yùn)用的高速壓制技術(shù)是一項(xiàng)低成本、高效率成形高密度(7.4g/cm3～7.8g/cm3)粉末冶金零件的新技術(shù)。HVC壓機(jī)錘頭速度高達(dá)2～30m/s，粉末在0.02s之內(nèi)通過(guò)高能量沖擊進(jìn)行壓制，壓制時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波。通過(guò)附加間隔0.3s的多重沖擊能達(dá)到更高的密度。錘頭的質(zhì)量和它在沖擊瞬間的速度決定了壓制能量的大小和材料致密的程度，其密度甚至達(dá)到了最高理論密度7.8g/cm3。圖 2為HVC的基本原理示意圖。

圖 2 HVC基本原理示意圖[1]

在成形大零件(質(zhì)量高達(dá)5kg) 方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，適于大批量工業(yè)生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，在不遠(yuǎn)的將來(lái)其實(shí)用性將不斷取得突破，圖 3為HVC高速壓機(jī)壓制成形的齒輪。

寧波匯眾粉末機(jī)械制造有限公司和海寧天通吉成機(jī)器技術(shù)有限公司是目前國(guó)內(nèi)銷售額最高的兩家壓機(jī)制造廠家。他們通過(guò)引進(jìn)—消化吸收—再創(chuàng)造之路，分別將曲柄連桿式(類似于日本YOSHIZUKA型)，偏心肘桿式(類似于日本TAMAGAWA型)壓機(jī)做到了在品質(zhì)上與進(jìn)口機(jī)不相上下的程度，同時(shí)利用地域優(yōu)勢(shì)，為用戶做好售前售后服務(wù)，進(jìn)行個(gè)性化改造及優(yōu)化，形成了大批量生產(chǎn)能力。

他們的產(chǎn)品已完全能夠替代同類進(jìn)口壓機(jī)。

對(duì)某些特殊的粉末壓制件的成形，如氣門(mén)導(dǎo)管。揚(yáng)州鍛壓集團(tuán)有限公司的FSP系列數(shù)控高效精密粉末成形壓機(jī)能夠做到一模六出成形，并且保持六件很好的一致性。揚(yáng)州鼎隆機(jī)械有限公司制造的氣門(mén)導(dǎo)管專用壓機(jī)，其獨(dú)特的壓制技術(shù)、模架結(jié)構(gòu)以及送粉方式使得壓制出的氣門(mén)導(dǎo)管的密度差能夠做到0.15～0.2g/cm3范圍內(nèi)，高出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一倍以上。

在整形壓機(jī)方面，南京東部精密機(jī)械有限公司研發(fā)的EPS系列精整機(jī)，運(yùn)用影像定位及控制系統(tǒng)，配合機(jī)械手自動(dòng)送料，可完成定位要求甚高的零件整形要求。由于其利用影像定位代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械定位方式，實(shí)現(xiàn)了定位柔性化，極大地降低了成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了快捷化。圖 4所示為影像定位及控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由奧地利獨(dú)資的蘇州—米巴精密零部件(中國(guó))有限公司用于BMW、AUDI等高檔小型乘用車的粉末冶金制品整形。

圖4 影像定位及控制系統(tǒng)

3) 計(jì)算機(jī)控制的粉末冶金制品壓力機(jī)

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初開(kāi)始，數(shù)控技術(shù)在粉末壓機(jī)以及鍛壓設(shè)備上的應(yīng)用發(fā)展很快。數(shù)控系統(tǒng)的控制模式從集中式控制開(kāi)始，然后發(fā)展為分布式控制，相應(yīng)CNC的控制系統(tǒng)模式有：集中式控制模式、STD總線結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分布式控制模式、以ISA總線工控機(jī)為平臺(tái)的分布式控制模式、計(jì)算機(jī)的虛擬分布式控制模式等。所有這些控制系統(tǒng)與所使用的硬件有關(guān)，隨著高性能芯片的發(fā)展，性能價(jià)格比的提高，為性能更高的控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了條件。

計(jì)算機(jī)的虛擬分布式控制模式是當(dāng)前粉末冶金制品壓機(jī)控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。虛擬分布式數(shù)控系統(tǒng)利用高性能計(jì)算機(jī)，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)在分布式數(shù)控系統(tǒng)中用硬件實(shí)現(xiàn)的功能，縮小了硬件規(guī)模，降低了成本，提高了可靠性和可維護(hù)性，從而更易開(kāi)發(fā)、升級(jí)和擴(kuò)充。

典型的粉末冶金制品壓機(jī)的控制系統(tǒng)選用586工控機(jī)，控制面板由8051單片機(jī)管理。系統(tǒng)有位置、速度控制和壓力控制兩個(gè)閉環(huán)控制回路。系統(tǒng)操作方式有調(diào)整、手動(dòng)、單次、自動(dòng)等四種方式。系統(tǒng)軟件由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)與智能控制系統(tǒng)組成。其中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢查和排除，存貯以往操作數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析關(guān)鍵數(shù)據(jù)，計(jì)算存儲(chǔ)顯示其平均值和方差值。監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)有：上缸壓制位置、下缸壓制位置、零件質(zhì)量或系統(tǒng)壓力偏差值；智能控制系統(tǒng)對(duì)液壓系統(tǒng)的電液比例位置控制系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。

專用壓機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，由嵌入式PC機(jī)輔以高質(zhì)量運(yùn)動(dòng)控制卡，在嵌入式操作系統(tǒng)下編制壓機(jī)控制程序、觸摸屏截面等構(gòu)成，具有功能擴(kuò)充方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、升級(jí)容易等特點(diǎn)。

為提高壓機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)精度，采用位置全閉環(huán)控制，在曲軸、肘桿、滑塊和各浮動(dòng)沖上分別裝有測(cè)量曲軸位置、肘桿、滑塊和各浮動(dòng)沖位置的傳感器，使滑塊、各浮動(dòng)沖在整個(gè)壓機(jī)工作全程都具有高的運(yùn)動(dòng)控制精度。此外，在自主研發(fā)的專用數(shù)控系統(tǒng)上，還可以增加力反饋，以保證壓制產(chǎn)品的質(zhì)量。

4) 各企業(yè)已獲得了200多項(xiàng)國(guó)家專利證書(shū)，其中發(fā)明專利占30%左右，并以每年20%的幅度遞增。

5) 編制了國(guó)家、行業(yè)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其中行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)械式干粉壓力機(jī)通用技術(shù)條件》獲得了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。

6) 通過(guò)產(chǎn)、學(xué)、研合作方式，不斷提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、工藝水平。

1.3 替代進(jìn)口并出口返銷

由于技術(shù)水平及產(chǎn)品品質(zhì)的提高，目前普通的機(jī)械式干粉壓機(jī)國(guó)家已基本不進(jìn)口，需求由國(guó)產(chǎn)替代。替代同類型進(jìn)口壓機(jī)產(chǎn)品，為粉末冶金制品行業(yè)提供了高性價(jià)比(主要性能與國(guó)外相當(dāng)，價(jià)格為國(guó)外的1/3～1/4)的壓制成型設(shè)備，使相關(guān)制品的成本降低、品質(zhì)提高，從而大大提高了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

目前，國(guó)產(chǎn)壓機(jī)還已出口到了世界上30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，某些企業(yè)的出口值達(dá)到了總產(chǎn)值的1/3以上。特別是出口到了傳統(tǒng)上壓機(jī)制造強(qiáng)國(guó)如德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)。

1.4 職業(yè)培訓(xùn)造就人才

伴隨著國(guó)內(nèi)粉末冶金制品行業(yè)的發(fā)展，機(jī)械式干粉壓機(jī)制造企業(yè)也發(fā)展壯大起來(lái)，在龍頭企業(yè)的帶動(dòng)下，多數(shù)廠家建立了自己的研發(fā)部門(mén)和加工基地，并培養(yǎng)、引進(jìn)了專門(mén)人才。同時(shí)，為了更好地為用戶廠服務(wù)，還培訓(xùn)了不少粉末冶金行業(yè)的工程技術(shù)人員和現(xiàn)場(chǎng)操作人員，對(duì)于引領(lǐng)、推動(dòng)企業(yè)從使用液壓機(jī)發(fā)展到機(jī)械壓機(jī)，進(jìn)而加快企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及產(chǎn)品升級(jí)換代起到了重要的作用。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展比較分析

國(guó)外機(jī)械式干粉壓機(jī)制造業(yè)始于20世紀(jì)40年代，最早是由美國(guó)的蓋斯巴爾(Gasbarre)將其制造的沖床改造成曲柄連桿式粉末壓機(jī)。目前主要廠家有德國(guó)的道爾斯特(Dorst)公司，美國(guó)的蓋斯巴爾(Gasbarre)、辛辛那提(Cincinnati)

日本的良冢(Yoshizuka)、玉川(Tamagawa)、上瀧(Kohtaki)，瑞士的奧斯特瓦爾德(Osterwalder)、SMS Meer等。

國(guó)外的壓機(jī)廠家經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代目前幾乎不生產(chǎn)傳統(tǒng)意義上的機(jī)械式粉末成形壓機(jī)，而向產(chǎn)業(yè)鏈的高端發(fā)展，其產(chǎn)品技術(shù)有以下特點(diǎn)：

1) 高精度壓制成型：精度可達(dá)微米(μm)級(jí)，代表廠家道爾斯特(Dorst)公司；

2) 數(shù)控機(jī)械液壓混合式成型壓機(jī)及整形壓機(jī)：通過(guò)CNC控制+液壓力+雙肘桿機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是減少傳動(dòng)鏈，使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高，并利用較小的液壓力驅(qū)動(dòng)機(jī)械雙肘桿增力機(jī)構(gòu)，同時(shí)不降低速度，代表廠家-日本上瀧精機(jī)(Kohtaki)；

3) CNC+機(jī)械傳動(dòng)+伺服仿形技術(shù)：機(jī)械主體傳動(dòng)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制伺服模架，利用高精度位移傳感器和電液比例控制技術(shù)，能壓制高精度，多臺(tái)階制品，代表廠家-德國(guó)SMS Meer；

4) 大噸位壓制成型：最大壓制噸位達(dá)16500kN，不但壓制噸位大，且精度高并且保持性好，代表廠家-美國(guó)的辛辛那提(Cincinnati)、日本的良冢(Yoshizuka)；

5) 高速、高密度壓制成型技術(shù)：利用高速錘頭沖擊壓制(30m/s),可壓制密度達(dá)到7.6 g/cm3以上，代表廠家-瑞典希頓公司。

綜合起來(lái)，國(guó)外先進(jìn)壓機(jī)在技術(shù)上具有的共同特征：

a) 壓制及精整精度高，其壓機(jī)及模架本身的幾何精度均很高，模架多數(shù)經(jīng)過(guò)冷凍處理，精度保持性好，不易變形。

b) 技術(shù)規(guī)格及參數(shù)合理、先進(jìn)，工藝適應(yīng)性廣，基本能夠滿足制品廠家要求。

c) 品質(zhì)上乘，尺寸及形位公差一致性好，通常其CPK值都能達(dá)到1.67。

d) 壓機(jī)工作穩(wěn)定，耐用度高，故障率低，大修理周期均超過(guò)20年，這與材料及熱處理水平均有密切關(guān)系。

e) 技術(shù)先進(jìn)：CNC閉環(huán)控制技術(shù)、電液比例伺服控制技術(shù)、專用機(jī)器人生產(chǎn)線運(yùn)用技術(shù)、數(shù)控機(jī)械液壓復(fù)合一體機(jī)技術(shù)、多層模架多臺(tái)階成型技術(shù)等均達(dá)到很高水平。該領(lǐng)域國(guó)際上處于領(lǐng)先的是歐洲的四家公司，按字母順序?yàn)镈orst，Komage，Osterwalder，SMS Meer。這些壓機(jī)大多數(shù)是以開(kāi)式預(yù)應(yīng)力四柱拉桿框架為基礎(chǔ)。

2.1 CNC機(jī)械-液壓混合式壓機(jī)

由于伺服液壓位置控制軸與適當(dāng)位置編碼器能使壓機(jī)的軸向精度達(dá)到了機(jī)械系統(tǒng)無(wú)法企及的程度，同時(shí)因?yàn)榛旌鲜綁簷C(jī)既有機(jī)械式壓機(jī)的高生產(chǎn)率，又隨著多層板伺服液壓模架的進(jìn)展該壓機(jī)能夠成形幾何形狀復(fù)雜的零件。圖 5為SMS Meer混合式與液壓式壓機(jī)的比較。圖中右側(cè)所示是機(jī)械式上沖頭驅(qū)動(dòng)的壓機(jī)，而包括模具在內(nèi)的所有其他功能都是用液壓驅(qū)動(dòng)的。Osterwalder公司制造的混合式壓機(jī)上部的主壓頭驅(qū)動(dòng)和下部的驅(qū)動(dòng)裝置，后者用于拉下陰模和若陰模板與壓機(jī)框架連接的話，用于下模沖組件脫出壓坯。所有其他模具用模板都是由流行的閉環(huán)控制的伺服液壓模架提供的。處于壓制位置時(shí)，各個(gè)模沖都是支撐在可調(diào)的機(jī)械擋塊上或者用液壓支撐著。為支撐整個(gè)壓機(jī)質(zhì)量，機(jī)械擋塊要有足夠高的強(qiáng)度。

圖5 全液壓CNC壓機(jī)與混合式壓機(jī)的示意圖比較，二者都使用多層板模架 (SMS Meer)

圖6為Osterwalder公司的壓機(jī)與模架。

混合式壓機(jī)之所以適用于成形幾何形狀復(fù)雜的零件，這要?dú)w功于近年來(lái)多層板伺服液壓模架的進(jìn)展，所有液壓功能都為編程提供了高度的自由度。在大多數(shù)情況下上壓頭的行程是模具的所有其他動(dòng)作的參照基準(zhǔn)，在壓制時(shí)，模具的一切動(dòng)作都應(yīng)該和上壓頭同步于成比例。

圖6 新一代壓機(jī)的典型壓機(jī)框架與相應(yīng)的模架 (Osterwalder)

鑒于混合式壓機(jī)功能優(yōu)越，這種設(shè)計(jì)原理在歐洲得到了普遍認(rèn)同。現(xiàn)在歐洲主要的粉末壓機(jī)制造廠商都可提供系列的混合式壓機(jī)。經(jīng)過(guò)若干改進(jìn)后，在噸位較小的粉末壓機(jī)市場(chǎng)中，占主導(dǎo)地位是，采用機(jī)械主壓頭驅(qū)動(dòng)和利用伺服液壓驅(qū)動(dòng)模沖與裝粉靴的粉末壓機(jī)。

圖 7所示為多層板伺服液壓模架在壓制過(guò)程中的位置。

圖7 多層板伺服液壓模架在壓制過(guò)程中的位置 (Osterwalder)

表 1所示現(xiàn)有壓機(jī)的型號(hào)與其一些特性概況。所有壓機(jī)都附帶有像保護(hù)模具的安全墊上模沖壓緊荷載，連續(xù)監(jiān)控力及調(diào)節(jié)零件高度之類的上模沖功能。

表1 多層板混合式壓機(jī)

2.2 液壓式壓機(jī)

目前硬質(zhì)合金刀片壓制已改用全液壓式CNC壓機(jī)，這種壓機(jī)的軸向精度現(xiàn)已達(dá)到迄今無(wú)法想象的程度，成型的刀片的全部幾何形狀已不再需要研磨加工。

現(xiàn)代液壓式壓機(jī)能夠成形的零件壓坯精度最高，形狀復(fù)雜以及沒(méi)有裂紋，已為整個(gè)市場(chǎng)采納。以前，所有大噸位液壓式壓機(jī)的運(yùn)行速度慢，這在生產(chǎn)率方面，是一個(gè)主要缺欠。近年來(lái)，壓機(jī)制造廠商成功地解決了這個(gè)問(wèn)題，為了使整個(gè)系統(tǒng)的彈性柔性最小，將所有閥都密集地緊挨著必須控制的油缸進(jìn)行安裝。現(xiàn)在，在許多情況下，其高速已可與混合式壓機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)，這種高速通過(guò)對(duì)于上壓頭和模具采用低壓、快速動(dòng)作油缸與蓄壓器實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，粉末壓制成形時(shí)的所有行程都是利用蓄壓器完成的。對(duì)每個(gè)油缸所需液壓動(dòng)力的先期計(jì)算是減小液壓式壓機(jī)能耗的另外一種方法，液壓式壓機(jī)的能耗現(xiàn)已接近可與之比擬的混合式壓機(jī)。這種顯著進(jìn)展可能是由于采用較快、功率較大的微信息處理機(jī)和利用高靈敏度伺服比例閥技術(shù)取得的。圖8所示為KOMAGE公司制造的頂出式壓機(jī)。

圖8 頂出式壓機(jī)的從動(dòng)模架和頂部與下部有巨大油缸體的主動(dòng)模架的比較，頂出式壓機(jī)中裝的所有柱塞都是操控壓機(jī)框架中模架模板的。

表2匯集了CNC液壓式壓機(jī)與其能力的一些數(shù)據(jù)。

表2 液壓式壓機(jī)

關(guān)于伺服液壓上模沖的行程，已不再需要單獨(dú)的上模沖壓緊載荷，這是由于用液壓支撐在壓制位置，每個(gè)模沖都能單獨(dú)補(bǔ)償所有的彈性撓曲。圖9所示為Dorst公司液壓式壓機(jī)及多層模板。

圖9 組合式多模板模架，浮動(dòng)芯桿由壓機(jī)控制 (Dorst)

國(guó)內(nèi)制造的機(jī)械式粉末成形壓機(jī)、整形壓機(jī)雖經(jīng)過(guò)十幾年的較快發(fā)展，具備了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模及集群效益，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平、工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量已能夠滿足業(yè)內(nèi)對(duì)同檔次產(chǎn)品的需求，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率。但我們?cè)诩夹g(shù)上與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定的差距，主要反映在：CNC控制水平，精度等級(jí)，壓機(jī)的穩(wěn)定性，耐用度，以及受限于國(guó)內(nèi)整體制造業(yè)水平所產(chǎn)生的材質(zhì)、熱處理的落差。另外，裝配水平，細(xì)節(jié)處理，表面涂裝等在今后相當(dāng)一段時(shí)間里仍舊會(huì)存在。

3 國(guó)內(nèi)機(jī)械式粉末成形壓機(jī)的展望與對(duì)策

回顧國(guó)內(nèi)機(jī)械式粉末成形壓機(jī)、整形壓機(jī)的發(fā)展歷程，取得了比較顯著的成就，僅僅用十幾年時(shí)間跨越了國(guó)外半個(gè)多世紀(jì)取得的進(jìn)展，產(chǎn)品已大大縮短了與世界同類先進(jìn)產(chǎn)品的距離，部分還取得了突破和超越。但憑心而論，在產(chǎn)品的先進(jìn)性、實(shí)用性、耐用性等方面還有一定的差距。這要求我們必須正視自己面臨的挑戰(zhàn)，堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，堅(jiān)持服務(wù)于制品生產(chǎn)制造企業(yè)，樹(shù)立以市場(chǎng)為導(dǎo)向，以用戶需求為最高宗旨的企業(yè)理念，通過(guò)不懈努力，盡快趕上或超過(guò)國(guó)際先進(jìn)水平。

1) 瞄準(zhǔn)當(dāng)今國(guó)際上最前沿的粉末成形壓制技術(shù)及理念，研制出適合國(guó)情的先進(jìn)制備，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距并形成趕超能力。如上述四家歐洲公司開(kāi)發(fā)的用于CNC機(jī)械液壓混合式以及CNC液壓式壓機(jī)及其可控沖頭模架，能根據(jù)位置或壓力對(duì)多達(dá)9個(gè)沖頭進(jìn)行快速的、準(zhǔn)確的閉環(huán)控制，從而解決由于變形塊回彈導(dǎo)致的壓裂縫等一系列問(wèn)題。

2) 加強(qiáng)CNC控制和具有動(dòng)力源的模架研制和開(kāi)發(fā)，能壓制更加復(fù)雜的零件，開(kāi)發(fā)新的壓制方法和工藝過(guò)程。

3) 進(jìn)一步深入研制和開(kāi)發(fā)溫壓系統(tǒng)。日本的豐田公司(Toyota)采用2000MPa的超高壓+模壁潤(rùn)滑技術(shù)，壓制出密度達(dá)到7.84g/cm3的鐵基粉末冶金機(jī)械零件。德國(guó)的Fraunhofer應(yīng)用材料研究所開(kāi)發(fā)出了以溫壓技術(shù)為基礎(chǔ)并結(jié)合金屬注射成形工藝的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性，可成形形狀非常復(fù)雜如垂直于壓制方向的凹槽、孔以及螺紋孔等。美國(guó)的EL2TEMP、MICRO2MET溫壓系統(tǒng)及其技術(shù)運(yùn)用。

4) 鼓勵(lì)達(dá)到一定規(guī)模的企業(yè)，加快技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品的升級(jí)換代，重心向產(chǎn)業(yè)鏈的上游轉(zhuǎn)移，研發(fā)高端、高附加值產(chǎn)品，帶動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。特別現(xiàn)在許多粉末冶金制品企業(yè)紛紛建立粉末冶金汽車機(jī)械零件生產(chǎn)線，由于其要求比較高，指定要進(jìn)口壓機(jī)。這一塊的市場(chǎng)很大，必須爭(zhēng)取。

5) 加強(qiáng)行業(yè)自律行為，克服因無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)、惡意競(jìng)爭(zhēng)、自殺性競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的偷工減料，以次充好，品質(zhì)下降行為。惡性競(jìng)爭(zhēng)也使得企業(yè)無(wú)法獲得合理的利潤(rùn)，在開(kāi)發(fā)上有心無(wú)力，減少了企業(yè)發(fā)展的后勁。

6) 在研發(fā)上加大投入，擁有自己的核心技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)，建立自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制，防止侵權(quán)行為。

7) 制定完整的國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)、規(guī)范行業(yè)行為。(目前只有一項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，健全后約有40多項(xiàng))建立機(jī)械式粉末成形壓機(jī)、整形壓機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化分委員會(huì)，提高行業(yè)影響力和話語(yǔ)權(quán)。

8) 利用本企業(yè)的人力成本優(yōu)勢(shì)，為用戶定制特定產(chǎn)品，如高裝粉、大行程壓機(jī)，各種機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械手、排坯機(jī)、碼垛機(jī)等，提高市場(chǎng)占有率。

9) 利用本企業(yè)的地域優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)售后服務(wù)的及時(shí)性，經(jīng)濟(jì)性，通過(guò)減少用戶的維修成本，(特別是“三包”期后的維修)打動(dòng)用戶，贏得市場(chǎng)。

10) 利用多種方式宣傳粉末冶金成型壓制設(shè)備行業(yè)及產(chǎn)品，克服因產(chǎn)業(yè)相對(duì)封閉與社會(huì)產(chǎn)生的距離感。爭(zhēng)取國(guó)家及各級(jí)政府部門(mén)的關(guān)注和重視，爭(zhēng)取在產(chǎn)業(yè)政策、稅收減免，項(xiàng)目扶持，融資減息等方面予以相應(yīng)地扶持。

11) 依托粉末冶金專業(yè)院所，開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作，提升產(chǎn)品檔次，加快技術(shù)進(jìn)步。同時(shí)注意人才的培養(yǎng)及梯隊(duì)建設(shè)。

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