現代自由鍛造裝備技術研究現狀與發展趨勢

許海健

[摘? ? 要]鍛件工業技術是我國裝備工業的重要基石，而鍛壓加工裝備技術則是提升鍛件品質與制造效能，降低生產成本。文章以我國當前自由鍛造油壓機的應用現狀及本體結構設計研究為主要研究方向，探究了鍛造液壓機的幾種結構方式和鍛造液壓機的傳動方式，文章闡述通過研究自由鍛造油壓機的結構設計和優化，對現代自由鍛造裝備技術的發展趨勢進行了期待研究。

[關鍵詞]自由鍛造液壓機;鍛造操作機;發展趨勢

[中圖分類號]TG315 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–02

Research Status and Development Trend of Modern Free Forging Equipment Technology

Xu Hai-jian

[Abstract]Forging industry technology is an important cornerstone of China's equipment industry， and forging equipment technology is to improve forging quality and manufacturing efficiency and reduce production cost. Taking the current application status and body structure design of free forging hydraulic press in China as the main research direction， this paper explores several structural modes of forging hydraulic press and the transmission mode of forging hydraulic press. This paper expounds the development trend of modern free forging equipment technology by studying the structural design and optimization of free forging hydraulic press.

[Keywords]free forging hydraulic press;forging operator; development trend

鍛壓是熱加工領域的基礎工序，絕大多數金屬材料都能夠采用鍛壓來提高其內在品質和綜合的機械性能。隨著我國經濟全球化腳步的日益推進，金屬鍛造加工產業作為我國機器制造產業中的重要基礎產業，也獲得了快速發展。國內對鍛造裝備的需要量將迅速上升。近年來，現代化的產品設計基礎理論、先進機械生產工藝技術以及先進傳感器測量技術等一些相應的技術呈現出良好的發展態勢，在這樣的背景下，使得自由金屬鍛造裝置的機械液壓方面一直在不斷地創新和完善，就當前階段的總體情況來看已經趨于成熟，其優勢主要表現為高效節能，具有較強的精確性與可靠性。此外，其在高度自動化方面的特點表現也較為突出。

1 自由鍛造油壓機相關概述

1.1 自由鍛造液壓機應用現狀

20世紀50年代開始，由于液壓傳動技術與互聯網信息技術的逐步融合，使得電液控制技術在全球范圍內獲得了蓬勃發展，而在國際上，縮短了非生產時間;為適應鍛造生產的智能化與高效率的需要，在鍛造流程中引入了快速鍛造液壓機和操作機的合作?，F代的快速鍛造液壓機包含的特點：①具備高速、鍛造壓力高、鍛造頻率高的特性。極大降低了輔助鍛造的時間成本;②具備控制過程精度高、動態控制單元精度高的優點;③能夠實現聯動控制，使操作機與鍛造液壓機結合在一起，同時實現手動控制和聯動控制的工作模式。并且在應用鍛造工藝期間，實現快速鍛造的有效配合，便能夠更好地滿足自動化以及高效產出的具體需求。目前，我國已具備重型自由鍛造油壓機組的供貨能力和技術。這些先進的裝機能力體現了我國大型鍛造機油機國際先進水平。

1.2 本體結構設計研究

自由鍛造液壓機主機框架是機組的主要受力部件，在框架設計上一定要保證其的強度以及剛性足夠，對其的制造安裝方便快捷，并且還需要在重量方面做好充分地考慮，在能夠保證壓機的可靠性以及控制精度足夠的情況下盡可能地減少其制造所需花費的成本。傳統所采用的設計方法通常都是利用簡單公式或是采用與同類產品進行類比的方式，而現階段對有限元法和可靠性設計理論等現代化設計理論的應用較為廣泛，以此更好地開展壓機框架結構設計工作。目前，大中型鍛造壓油機均采用整體框架下拉式結構，利用固定橫梁和快鍛液壓機工作缸的合理機架結構來制定整體設計和制造。使得壓機框架剛度高，延長了使用壽命等。

2 鍛造液壓機的基本結構方式

（1）單臂型的鍛造液壓機，此種鍛造液壓機結構形式主要應用在體積較小的鍛造液壓機當中，它的結構形狀表現為C字形。機架主要應用的是整鑄結構等，在實際工作的過程中三個方向不會受到尺寸方面因素的限制，雖然作業上相對簡單，但整個機架的剛度卻明顯不足。為確保機架構件具有足夠的強度與剛性，機架構件也相對要求做得更加厚重。

雙柱下拉式框架鍛造液壓機，用于中小型液壓機，在20世紀90年代是我國常見的鍛造液壓機，其特點主要表現在低重心，結構較為穩定并且能夠良好運行，在對角設置相應的立柱，隨意選擇方向便能夠進行砧座移動裝置的設置，工作人員在開展作業的過程中，其工作視角是較為寬闊的，并且能夠搭配多種輔助工具，有著很廣闊的工作空間。但同時其也具備相應的缺點，比如其工作量較大，在高偏載方面有著較為嚴格的要求，機架所發生的變形大，運動質量以及慣性方面都較大。

（3）三梁四柱上傳動預應力組合框架，此結構一直以來都是鍛造液壓機的重點型號之一，其的構造較為簡潔，對其所開展的生產、運用以及維修工作都較為方便快捷。在結構方面比較容易獲取相應的總壓力，從而更好地進行壓力的分級管理，同時還有較大的工作空間。因此，能夠鍛造較大工件和更長或更小的零部件。

（4）雙柱上傳動預應力組合框架，它所具備的優勢除了表現在擁有良好的雙柱下拉式以及四柱上傳動預應力結構之外，其在精度以及抗偏載能力方面的優勢同樣表現較為突出。但是雙柱上傳動式造價略高于四柱上傳動式。

綜上所述，金屬鍛造與液壓機的構造形態差異，也直接性決定著其能夠應用的范圍。單臂型結構更加適合應用在小型的鍛造壓機上，這樣在實際開展鍛打小鍛件的過程中操作會更加方便快捷;雙柱下拉式結構較更加適宜應用在中小型的鍛造壓力機上，對于中大型的鍛造壓機來說，其更加適合應用雙柱上傳動預應力組合框架結構，它含有較多的工作行程以及寬闊的作業空間，同時設置了移動臺，能夠共同開展三組或者四組砧具的安裝，對其可以采用大鋼錠的鐓粗、拔長、精整等一些相應的工藝。從技術發展的角度上來說，如果金屬鍛造液壓機的結構表現為雙柱上傳動型框架，那么會由于其能夠在橫豎二條方向上共同進行移動工作臺以及橫移砧的布置，所以工作人員在開展工作的過程中其的工作視角會是非常廣的，并且其的作業空間也較大，因此其在后續的應用一定會非常廣泛。

3 鍛造液壓機的傳動方式

當前介質的傳動方法為自由鍛造液壓機傳動方法當中非常重要的一項內容，又稱為自由鍛造水壓機。通過分電器和蓄勢器實現大功率自動化水泵，對鍛造的液壓機進行控制;另一種方法為液壓油作介質的傳動方法，俗稱自由鍛造油壓機，對大功率油泵以及二通插裝閥等合理有效利用便能實現對鍛造的液壓機的有效驅動以及控制。下面是對兩種傳動方法的鍛造液壓機所展開的相應的對比，分析兩種方式之間所存在的不同之處。

3.1 鍛造油壓機的傳動控制方式優于鍛造水壓機

對于鍛造油壓機來說，在其中應用了大流量高壓油泵、二通插裝閥以及其他一些相應的裝置，從總體情況來看已經趨于完善。合理有效地應用現代化先進的控制技術，可以方便進行鍛造液壓機的管理，從而達到了鍛造加工生產智能化。由于我國的鍛造水壓操作較為方便快捷，元件通常都為自制件，最終使得先進控制技術的效果難以得到充分地發揮。

3.2 鍛造油壓機比鍛造水壓機節能

通過對所獲取的相關數據進行相應的梳理和分析，傳動控制系統的總體效率僅可以做到30%～40%，控制系統的總體效率能夠達到70%左右。如果實際當中應用了正弦油泵來開展驅動工作，以此來有效提高傳動系統的整體工作效率，在80%以上，體現了快速性和轉換頻率高的特性。精準度高，實現了控制以及聯合兩種操作的有效配合。

3.3 鍛造油壓機控制系統成本更低

就總體情況來看，如果實際當中的工作速率是一樣的，在這樣的情況下，設計油泵直接傳動的油壓機電液系統所性需要消耗的成本要遠遠低于水壓機泵蓄勢站，前者為后者的1/2，極大地降低了操作成本和時間成本。

3.4 鍛造水壓機使用安全隱患更小

因為水介質自身具備相應的物理特性，液壓油的燃點值相對來說并不高，因此鍛造油壓機存在一些相應的問題需要給予解決。在當前階段開展鍛造油壓機設計的過程當中，已考慮到了人身及設備安全的保護的功能，能夠實現對鍛造油壓機工作現場各方面安全管理的工作的有效開展。

4 自由鍛造油壓機發展趨勢

近年來，由于人民對環境保護意識的提高以及排污成本的提高，國家已經啟動并致力于乙二醇及液壓控制系統等基本元件與控制技術的研發，盡管研發對象還僅限于某些特殊應用目標的技術要求，而且品種規格也還相當限制，但發展勢頭卻已經相當強大。目前，已經研發出了部分器件的性能可以達到或者超越同類的油壓器件，由于上述基本元器件的成熟使用，為研究發展真實含義上的由獨立乙二醇體系操控的獨立鍛造油壓機，提供了新科技條件。

但是由于乙二醇液壓系統之間的物理化學特性的差異，使得乙二醇機的優點明顯存在不足：液壓油在抗氣蝕、腐蝕、密封和潤滑方面，性能比乙二醇好得多，但也有易燃和污染問題，特別是液壓傳動系統泄漏對油壓機是致命的，必須設置車間的消防設施，防止液壓油泄漏發生火災。因此，采用乙二醇作為自由鍛造液壓機傳動介質的替代產品，更能適應高效鍛造設備、經濟性和材料保護的特點，待科學進步，解決乙二醇配套的相關問題后，乙二醇作為傳動介質，將是未來自由鍛造液壓鉆機的主要發展方向。

5 結束語

近年來，自由鍛造壓機設備呈現出了良好的發展態勢，無論是在數量方面還是鍛造技術方面都得到了很大的提升，特別對于大型自由鍛造裝置來說，氣的建設數量與其他國家相比都是絕對領先的。在這樣的背景下，自由鍛造加工能力水平也獲得了有效地提升，雖然說我國當前階段已經成為世界自由鍛造強國。但是仍然需要加強新理論與新技術的有效結合，更好地應用在新機械設備的研制過程當中，以此來研發更具現代化的先進鍛壓機械設備，這對于促進我國制造業的更進一步發展來說具有非常積極的意義。

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