我國曲軸生產裝備的現狀

文/夏占雪·第一拖拉機股份有限公司工藝材料研究所

阮艷靜，劉亞麗·第一拖拉機股份有限公司鍛造廠

我國曲軸生產裝備的現狀

文/夏占雪·第一拖拉機股份有限公司工藝材料研究所

阮艷靜，劉亞麗·第一拖拉機股份有限公司鍛造廠

裝備現狀

目前，我國生產曲軸所用的設備有熱模鍛壓力機、電動螺旋壓力機、模鍛錘、摩擦壓力機和模鍛液壓機等，其中熱模鍛設備占的比例較大，主要用于生產轎車曲軸以及重量在150kg以內的中重型商用車曲軸；電動螺旋壓力機在最近幾年得到了快速增長，主要生產重量在70kg到200kg的商用車曲軸；模鍛錘設備由于滿足不了曲軸技術的需要，正在逐漸退出曲軸市場，但是，重量在200kg以上的重型曲軸，目前仍然依靠模鍛錘生產；少數企業受資金的制約，采用多臺摩擦壓力機或模鍛液壓機聯合生產曲軸的模式。

熱模鍛壓力機

1931年美國國民機器公司設計制造的熱模鍛壓力機，其剛度和部件的基本組成類似于平鍛機，采用具有象鼻導向的滑塊，離合器安置在傳動軸上。但是，熱模鍛壓力機的速度比同樣公稱壓力的平鍛機快1～2倍，從而根本上減少了加熱鍛件或毛坯與模具的接觸時間和鍛件表面層的冷卻時間，為保證模鍛復雜形狀鍛件的精度建立了先決條件。

到了20世紀40年代，這種設備結構得到了進一步完善，通過把離合器移到偏心軸上，在飛輪上設置保險摩擦離合器，提高了各個部件的工作特性和設備生產的適應性。隨后的二十多年里，這種設備得到了廣泛的推廣使用。從60年代起，為了提高鍛件的精度、生產效率和壓力機工作的可靠性，克服傳統熱模鍛壓力機的缺點，開始從結構著手尋求新的解決途徑，從而使熱鍛模壓力機進入了多樣化的發展階段。隨著技術的發展，英國的馬賽公司及美國的國民機器公司生產的SP系列熱模鍛壓力機，德國的奧姆科公司與俄羅斯的TMP公司先后開發出了更先進的MP系列的熱模鍛壓力機，德國的奧姆科公司在MP系列壓機的基礎上又成功開發了KP系列的熱模鍛壓力機。

到了20世紀80年代，熱模鍛壓力機的制造技術趨于成熟，并開始大批量的應用于全球各地的鍛造企業。熱模鍛壓力機上模鍛曲軸主要具有鍛件加工余量小，尺寸公差嚴，模鍛斜度小，鍛件精度高，質量穩定等特點，非常適合自動化生產線。熱模鍛壓力機的多模膛鍛造也非常適用于曲軸產品的自動化生產，生產效率高，工人勞動強度低，對周圍環境的污染較小，是生產曲軸產品最理想的鍛壓設備。

我國在20世紀80年代從德國奧姆科公司引進了全套熱模鍛壓力機制造工藝，并于90年代初期建造了2條12500t鍛壓機生產線，分別安裝在長春一汽和十堰二汽，主要用來生產發動機的曲軸產品。2000年以后，國內企業開始陸續引進大量的熱模鍛壓力機生產線，主要集中在6300～12500t之間（圖1）。

圖1 熱模鍛壓力機

電動螺旋壓力機生產線

電動螺旋壓力機（圖2）近兩年在我國曲軸鍛造行業得到了快速發展，這種設備的主要特點為，行程不固定，不會出現悶車，可以實現多次打擊，能量輸出可控、允許超負荷運行，設備整體結構簡單，維修方便，鍛件精度高，得到了很多國內鍛造企業的青睞。據不完全統計，近幾年我國共引進了10條萬噸以上的電動螺旋壓力機生產線，幾乎和同時期熱模鍛壓力機的設備數量相當，按照現有的發展速度，今后大有代替熱模鍛壓力機的趨勢。電動螺旋壓力機的快速發展依賴于以下5點優勢。

⑴這種設備完全可以滿足曲軸自動化生產的需要，且比同噸位的熱模鍛壓力機的價格低。

⑵熱模鍛壓力機的維護要求高，對維修人員要求也高，而國內大部分曲軸生產廠家缺少高素質的設備維修人員。

⑶設備的電氣化、自動化程度比熱模鍛壓力機高，操作簡單。

⑷制造周期短，便于安裝運輸，設備適應性強，比較適合國內市場小批量、多品種的需要。

⑸國內企業對德國技術的信任與推崇。

圖2 電動螺旋壓力機

模鍛錘生產線

目前，國內共有十多條專業生產曲軸的模鍛錘生產線，大都是20世紀70年代建設完成的，主要集中在一些大型國有企業，以人工操作為主，生產效率不高，勞動強度大，污染嚴重，能源消耗大、生產成本高。從曲軸生產所需要的設備噸位分析，我國熱模鍛壓力機和電動螺旋壓力機生產曲軸的最大重量為200kg，對于一些更大重量的曲軸，一般仍需要采用模鍛錘完成。但是目前一些企業走入一個誤區，認為鍛錘是一種將要淘汰的設備，尤其是這幾年對大型設備的投資全部轉向電動螺旋壓力機和熱模鍛壓力機，模鍛錘的發展趨于停滯，大噸位液壓鍛錘特別是程控液壓對擊錘沒有得到發展。因此，對于一些大型模鍛曲軸，國內已經出現了生產瓶頸。一些企業只能通過多火鍛造的方式生產這類曲軸，但無法實現批量生產。國外這類曲軸的生產采用的是世界上最先進的大噸位無砧座對擊錘，通過程序控制實現自動化生產。今后，希望我國大型曲軸生產企業能夠加大這一類設備的投資力度。

摩擦壓力機與模鍛液壓機

選擇摩擦壓力機生產曲軸，可以實現批量生產，但也存在一些問題。摩擦壓力機設備由于其高能耗、低效率、只能單工位生產，模具的使用壽命比熱模鍛壓機低得多，各個工序之間的距離過大，導致生產過程不穩定，產品的一致性差，長遠角度考慮這種設備不適合生產曲軸。模鍛液壓機也存在和摩擦壓力機一樣的問題，部分企業曾經嘗試用模鍛液壓機生產中重型曲軸，但是并沒有取得成功，主要還是沒有認識到曲軸生產過程的關鍵要素，以及缺少對前期裝備、工藝的調研分析。

裝備制造水平

在我國，熱模鍛壓力機的設計制造開始于60年代，主要制造廠為一重、沈重等企業。第二重型機器廠是1978年從德國的Eumuco公司引進技術后，開始制造熱模鍛壓力機，并成為我國熱模鍛壓機的主要生產基地，通過40年的發展，我國已具有了自主設計制造現代熱模鍛壓力機的能力。2000年以后，我國開始進入熱模鍛壓力機自動化線成套技術的發展階段。現階段雖然我們國家有一重、二重、沈重這樣的大型鍛壓裝備制造企業，但問題仍然較多，主要集中在幾個方面。

⑴我們國家缺少專業化的大型鍛壓設備生產廠家來服務于鍛造行業，這么多年，從來沒有一家企業把鍛壓設備的制造放在首位，引進的技術既沒有好好消化吸收，更談不上技術的革新，市場上什么掙錢做什么，哪個行業火就把它當作主業，前幾年鋼鐵行業火的時候，全部資源投向鋼鐵行業的裝備，鍛壓設備的訂單扔到一邊，把客戶的合同當兒戲，在鍛造行業內造成了非常惡劣的影響。

⑵國內企業缺少專業化的制造技術。企業生產的產品品種繁多、制造水平缺乏競爭力，創新性不夠，部分產品甚至到了全國一張圖紙的地步，產品質量不穩定、交付率差等問題尤其嚴重。

⑶高技術研發人員嚴重匱乏，開發的產品不能很好的適應行業的需求與發展，設計理念仍然停留在單機操作的通用功能上，在多工位同步協調生產、設備與工藝相結合以及自動化技術應用等方面仍與國外相差較大。

⑷在輔助設備上也存在一些問題，比如鍛前加熱領域，雖然國內有上百家感應加熱設備廠，但是有能力生產大功率曲軸加熱爐的企業，只有幾家。國內企業仍然在采用低價競爭方式去做市場，而不是努力減少與外資的差距，當然這也和國內前幾年的市場需求有關。當今企業已經不再把價格作為第一要素，節能環保、可靠穩定才是企業的首選。國內近幾年新上的曲軸生產線幾乎全部采用外資公司生產的加熱爐，這個問題非常值得國內同行去思考。

自動化技術

自動化控制技術的應用是近兩年鍛造行業發展的一個熱點，由于傳統生產線主要是以人工操作為主，勞動強度大，效率低，采用自動化技術可以最大限度的減小人工因素的影響，實現無人化操作。過程監控和安全生產監控全部由總線系統控制。有專門的總控室，采用分區域啟動、分區域控制的方法來完成整個生產線的控制，總線控制系統完成整個生產線的自動控制和生產數據的統計記錄，負責整條生產線的自動控制，協調、控制、保障整條鍛造生產線安全、可靠、高效地運行。自動化生產線與傳統生產線比較，可以極大的提高生產效率，提高市場競爭力，是今后曲軸鍛造線的重點發展方向。圖3為自動化曲軸生產線。

圖3 自動化曲軸生產線

國內缺乏具有鍛造行業自動化連線經驗的公司，目前有實力的自動化企業只有2～3家，遠遠滿足不了鍛造行業自動化實施的需要；在自動化的實施過程中，由于這些自動化企業里面缺少懂鍛造工藝的專業技術人員，導致在實施過程中，不能完全達到或者滿足客戶的技術要求，生產節拍、加熱效率，能耗、模具壽命等與客戶的預期差距較大；一些客戶在前期技術調研過程中，只是照搬一些國外的參數，沒有結合企業自身的現狀進行施工，也是導致在自動化生產效果未能達到預期目標的一個主要因素。因此我們國內鍛造自動化技術的應用仍需要一段時間的消化與吸收，等到我們企業的人員素質、技術水平能夠滿足新技術的要求以后，我們的自動化技術水平才會有一個質的飛躍。