鍛壓機床輕量化研究現狀和發展趨勢分析

呂德曦

（廣東鍛壓機床廠有限公司）

摘要：鍛壓機床對金屬塑性變形加以應用，進一步實現對零件的成形加工。鍛壓機床屬于機床中的一種，又以驅動動力形式的不同分為兩類：其一，機械壓力機床；其二，液壓壓力機床；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用廣泛。本課題在分析鍛壓機床輕量化研究現狀進行分析的基礎上，進一步探究了鍛壓機床輕量化的發展趨勢，希望以此為鍛壓機床輕量化工作的優化及完善提供一些具有價值的參考建議。

關鍵詞：鍛壓機床；輕量化；研究現狀；發展趨勢

鍛壓機床在成形加工工藝生產工作中應用廣泛，比如在板材沖壓、彎曲以及鍛造等作業中便得到廣泛的應用。但是，必須重視的是，鍛壓機床的鋼材消耗量很大，這與現代節能降耗、綠色生產理念相違背[1]。因此，國內外均開始越來越重視鍛壓機床輕量化生產作業的實現。不少學者在鍛壓機床輕量化研究過程中，提到需采取優化的設計方法，并加強對鍛壓機床的故障診斷，以期提高鍛壓機床運行的可靠性及安全性。總之，從鍛壓機床應用效益的提升角度考慮，本課題針對“鍛壓機床輕量化研究現狀和發展趨勢”進行分析與探究具備一定的價值意義。

一、鍛壓機床輕量化研究現狀分析

鍛壓機床輕量化是鍛壓機床發展的一個必要過程，無論是國外還是國內，均非常重視鍛壓機床輕量化的實現。下面便從國外、國內兩大角度對鍛壓機床輕量化進行研究，具體研究現狀如下：

（一）鍛壓機床輕量化國外研究現狀

從西方一些發達國家來看，這些國家的鍛壓機床制造商為了使制造成本得到有效節省，會對機床結構的優化設計非常重視，同時也非常重視機床輕量化的實現。例如：德國的舒勒公司便具備國際上先進的鍛壓機床設計制造技術，所生產出現的產品特點突出，優勢明顯，在功能上非常全面，在重量上偏輕，在可靠性上非常高，在控制精準度上非常高。與國內同類產品比較，機床床身質量降低超過10%，同時在可靠度上提升大約2倍[2]。

值得注意的是，國外研究者特別重視鍛壓機床輕量化的研究。有學者對鍛煉機床的快速響應設計特點進行了研究，進一步針對鍛煉機床的特點和制造的敏捷性、虛擬性以及柔性三者之間的聯系性進行了探究，最后得出結論：在快速設計得到有效優化及完善的基礎上，制造企業的發展將能夠得到有效促進。與此同時，還提出了以知識工程環境為基礎的集中產品快速開發體系結構，通過研究認為：基于設計環節，對制造及裝配充分重視，能夠使產品的開發時間得到有效節約。此外，還有學者表示，在整體設計過程當中，空間系統快速設計非常關鍵，在設計過程中，明確具體的任務需求，同時給出功率、載荷以及質量等關鍵參數，快速設計系統便可以結合相應的流程快速地進行設計計算，結合考慮到整個生命周期的條件下，能夠使鍛煉機床的設計得到優化，從而實現輕量化。

（二）鍛壓機床輕量化國內研究現狀

由于鍛壓機床輕量化是鍛壓機床的必然發展趨勢，因此學者以及相關技術人員也充分重視鍛壓機床輕量化的實現。從現狀來看，我國技術人員為了使鍛壓機床床身部件在局部上得到有效優化及完善，對相關優化軟件進行了開發；但同時必須認識到的是，其設計還處于靜態設計環節，在機床系統動態加工考慮上，顯得不夠充分，對于機床可靠性方面潛在的問題未能進行有效地解決，這樣便會使機床的使用壽命難以得到保障，從而使機床的維護成本加大[3]。因此，對于我國鍛壓機床制造企業來說，有必要注重鍛壓機床的剛度、強度以及動態性能等方面的優化，融合先進的技術，使國內鍛壓機床制造水平趕上西方發達國家的步伐，從而使鍛壓機床輕量化制造得到有效實現。

我國有學者對鍛煉機床床身結構優化設計方法進行了研究，提出了圍繞車床床身結構進行優化設計的思想，進一步對三個階段的數學模型進行了構建，對結構優化設計理念及方法加以應用，使床身結構的技術性能及經濟性得到有效提升。此外，我國還有學者分析了10MN水壓機液壓缸系統的故障樹，以可靠性要求為依據，對舊水壓機系統采取了相應的改進措施，使系統的可靠性得到有效提高。總之，從現狀來看，國內在鍛壓機床輕量化研究工作方面，還有待進一步推進，從而為鍛壓機床輕量化價值效益的實現奠定堅實的基礎。

二、鍛壓機床輕量化發展趨勢探究

在上述分析過程中，認識到現狀下國內外對鍛壓機床輕量化作出了大量的研究，但是在設計方面還有待優化。從鍛壓機床輕量化的發展趨勢來看，首先其內容勢必朝向三大方面發展：其一，輕量化設計內容注重機床結構件及運動部件的優化；其二，輕量化設計注重整機結構的優化；其三，注重整機可靠性的提升。結合這三大方面的發展內容，本人認為鍛壓機床輕量化發展的主要趨勢如下：

（一）輕量化設計發展趨勢

從典型的鍛壓機床來看，主要的構成成分包括：上梁、下梁、動梁以及動力驅動部件等，其床身質量為整機質量的50%到60%之間，萬噸液壓機床的質量>600噸[4]。對于鍛壓機床來說，在鋼材消耗量上非常高。從傳統設計角度來看，床身的結構參數大部分來自于設計工作人員的經驗以及相關產品的比較，采取的設計計算能夠起到校核的作用，但是也存在控制精度偏低以及運動部件易受到磨損等問題。因此，在未來發展過程中，便需要注重現代設計理論的應用，針對基礎結構件進行輕量化設計，與此同時對機床的運動部件進行輕量化設計，在確保鍛壓機床剛度、強度以及動態性能優良的前提條件下，使床身質量減輕，同時使運動部件的質量減輕，這樣便能夠使制造的成本得到有效節約，進一步使運行能耗得到有效降低。

（二）整機結構輕量化發展趨勢

在傳統的鍛壓機床設計過程中，應用的是靜態設計方法，此類方法在系統動態特性方面的考慮表現的缺失，從而導致制造的產品在動態品質上偏差，存在振動、噪聲等頻繁發生的問題，這樣便使得運動部件的控制精度受到很大程度的影響。因此，在未來發展過程中，整體結構輕量化勢必朝向動態設計方向發展，比如：通過動態性能仿真，以系統動態特性為依據，利用智能優化算法，使鍛壓機床整體輕量化得到有效實現，這樣便能夠解決傳統鍛壓機床在動態方面的噪聲、振動問題得到有效解決。

（三）整機可靠性發展趨勢

在鍛壓機床輕量化設計過程中，必須考慮到整體的可靠性，因此整機可靠性是鍛壓機床未來發展的一大必然趨勢[5]。采取整機可靠性實驗分析，對鍛壓機床的整體壽命進行研究，然后對典型鍛壓機床故障樹模型進行構建，并對失效產生的原因進行分析，進一步利用新型的材料以及新型的結構，便能夠使容易失效的零部件的可靠性得到有效提高，進而使剛強度偏大零部件的尺寸得到有效降低。總之，整體可靠性的實現需依靠鍛壓機床故障樹模型以及相關新型結構材料的應用，需對此充分重視。

三、結語

通過本課題的探究，認識到現狀下鍛壓件輕量化設計問題引起了國內外學者的重視，同時也認識到了我國在鍛壓機床輕量化設計潛在的一些問題。因此，有必要在洞悉問題的基礎上，促進鍛壓機床輕量化的設計及發展，結合西方發達國家的經驗，整合技術，注重新型材料、結構的應用，從而使鍛壓機床輕量化設計水平得到有效提高，進一步提高鍛壓機床在實際應用過程中的經濟效益及社會效益。

參考文獻：

[1]何彬.疲勞壽命約束下冷鐓機床身的拓撲優化[J].機床與液壓，2014，22：50-52.

[2]何彬.鍛壓機床床身結構拓撲與尺寸的協同優化綜述[J].湖北理工學院學報，2015，05：6-9.

[3]申遠，金一，褚彪，駱念武，竺長安.基于遺傳算法的鍛壓機床多目標優化設計方法[J].中國機械工程，2012，03：291-294.

[4]張沖.鍛壓機床用改性鋁合金的組織與性能研究[J].熱加工工藝，2016，23：1001.

[5]石建偉，時春生，王玉山.鍛壓機床生產企業機械設備發展趨勢及其安全管理[J].安徽科技，2014，06：15-16.endprint