锻造下料设备的现状及发展趋势

2013-08-02李大明沈阳市求实精密剪切机厂

锻造与冲压 2013年13期

文／李大明·沈阳市求实精密剪切机厂

锻造下料设备的现状及发展趋势

文／李大明·沈阳市求实精密剪切机厂

李大明，厂长，主持了上百条精密棒料剪切生产线的调试工作，并参与了多条S-Q45系列精密棒料剪切生产线和S-Q45-125C超精密棒料剪切生产线的设计和试制工作，出色完成了我国第一条精密棒料剪切生产线的安装、调试和试生产任务。

当前，面临国际经济疲软，国内需求降温，汽车及汽车零部件价格逐年回落，职工工资、油、气、水、电费用不断攀升的情况，以汽车为主要服务对象的锻造行业，利润空间受到了压缩。过去，通过增加产量可实现薄利多销，而现在受“降温”影响，这一方式已很难奏效。维持现状又消化不了涨价因素，形势十分严峻。锻件生产企业在多重压力下，为了更好地持续发展下去，正在寻找一条适合自身发展的科技创新和产品结构调整之路。

锻造下料设备的现状

现有锻造下料设备的构成

锻造下料设备有千百种，规格型号很多，归纳起来可分为有屑加工下料设备和无屑加工下料设备两大类。

有屑加工下料设备有高速带锯床、高速圆锯机、超高压水射流切割机、圆锯机、管子切割机床、砂轮切割机和往复式锯床等。

无屑加工下料设备有棒料剪断机、型钢剪断机、联合冲剪机、摩擦压力机、曲柄压力机、冷镦机、多工位压力机、精密棒料剪切生产线和超精密棒料剪切生产线等。

“十五”以来锻造下料设备结构的重大调整

有屑加工下料设备中，切口损耗大、生产效率低、耗能高的圆锯机和往复式锯床在“十二五”期间逐渐退出市场，已被切口损耗小、生产效率高、耗能低的高速圆锯机和高速带锯床所取代。

无屑加工下料设备中，剪切精度低、节材节能效果差的棒料剪断机在“十二五”期间也逐渐被剪切精度高、节材节能效果好、应用范围广的精密棒料剪切生产线和超精密棒料剪切生产线所取代。

“十二五”期间，锻造下料设备正朝着精密、高效、节材、节能的方向逐步进行产品结构调整。

“十五”以来精密下料技术的重大突破

⑴众所周知，材料越软，剪切难度越大，即使采用精密剪切，也容易出现“眼睛”或者“耳朵”(所谓“眼睛”是二次剪切形成的缺陷；所谓“耳朵”是因为刀片间隙过大所造成的缺陷）。08钢是钢材中最软的材料，也是最难剪切的一种材料。过去，我们只能依靠带锯床下料，一家合资公司的法国顾问提出：“带锯床下料，一个锯口损失1.3mm，按日产3万件来计算的话，仅锯口损失每天就高达39000mm，切口损失太大，效率低，成本高，在法国都采用精密棒料剪切生产线下料，中国若提供不了这类节材、节能的剪切设备，可以从欧洲进口。”当时，我们虽然拥有了精密剪切技术，但是要达到08钢的精密剪切要求仍有很大差距。后来，经反复试验，我们终于攻克了这一难关，使08钢锻件顺利进入了欧洲市场，同时也带动一批08钢锻件的制造企业及时进行了产品结构调整，取得了可观的经济效益。随后又相继攻克了Q235A、20Cr、HPb59-1黄铜等材料的精密下料难题，使软料下料设备的结构调整取得了重大进展。

⑵较硬材料的下料设备结构调整方面也取得了重大突破。长期以来，一些锻造企业用普通棒料剪断机在剪切直径较大的40Cr、42CrMo等抗拉强度和硬度较高的材料时，为防止坯料开裂，常常采用预热剪切。预热温度在400℃以下、每小时预热2500kg的话，则一天耗电将高达1200度。“十二五”期间有近50家锻造下料设备生产企业采用了约束剪切以此来取代之前的预热剪切。约束剪切是在室温条件下剪切，断面倾斜度≤1.5°，不但剪切精度较以往的预热剪切提高了1～3倍，而且剪切时料不弯曲，残余应力和应变都很小。除特硬材料外，常用的锻造材料均不需预热，节约了大量能源。

⑶“十二五”期间填补了以汽车弹簧和机车弹簧为代表的细长弹簧钢的精密剪切空白。弹簧钢又细又长，最长可达3200mm，过去依靠进口设备下料，下料的难点在于要准确送料、接料、挡料和落料，而且要达到高精度和高生产节拍，“十二五”期间我们开发了适用于各种弹簧钢下料的精密棒料剪切生产线。

⑷为适应我国锻造行业发展的需要，“十二五”期间我们还研制出了断面倾斜度≤1°、重量误差≤±0.25%的S-Q45C超精密棒料剪切生产线，同时还涌现出了人机界面技术、下料重量补偿技术、送料辊子开停技术等一大批新兴技术，使锻造下料设备的档次和规格品种都有了大幅度的提升。

⑸“十二五”期间我国生产的精密棒料剪切生产线开始走出国门，走向世界。国际上的精密剪切市场，过去一直被少数的工业发达国家所垄断，而“十二五”期间国内需要的各类精密棒料剪切生产线，基本上都能够做到自给自足，而且还可以批量出口到韩国、巴西等工业较发达的国家。中国的精密剪切技术，已被越来越多的国家所认可。

由上述可见，“十二五”期间我国的锻造下料设备在产品结构调整、新品种的开发、新技术的应用等方面都取得了重大进展，但同时我们也应看到，其中也仍然存在着很多问题需要我们解决。

当前存在的问题

“十二五”期间我国的锻件产量已超过1000万吨，居世界第一，然而锻造下料设备领域的发展还很不平衡。有屑加工下料设备的发展情况较好，现在企业一般都已采用节材、节能效果好的高速带锯床和高速圆锯机下料；无屑加工下料设备的发展比较滞后，现在仍有相当一部分企业还在用之前的老设备在下料，下料手段没有跟上国民经济的发展步伐，下料面貌没有发生重大变化。与工业发达国家相比，当前我国的锻造下料设备在以下几方面还存在着较大的差距。

精密剪切下料设备占有量

国内的锻造下料设备仍以下料精度低、节材节能效果差的棒料剪断机和曲柄压力机为主，精密剪切下料设备拥有量只占锻造下料设备总量的6%左右，而工业发达国家的锻造下料设备早在20世纪八九十年代就已完成了产品结构调整，下料精度低、节材节能效果差的棒料剪断机已退出市场，现在多数采用剪切精度高、节材节能效果好的精密棒料剪切生产线和超精密棒料剪切生产线下料。

各国的精密棒料剪切设备如图1～4所示。

剪切质量

以剪切45热轧钢(L/D＝2）为例，各国不同剪切设备的剪切精度对照见表1。

图1 中国S-Q45系列精密棒料剪切生产线

图2 德国Caddy系列精密棒料剪切生产线

图3 日本LBS400N型精密棒料剪切生产线

从表1可以看出，国内剪切设备与工业发达国家相比，在反映剪切质量的4项指标中，差距最大的是断面倾斜度，Q45A系列精密棒料剪断机与工业发达国家的差距比较大，Q45C系列超精密棒料剪断机虽然差距缩小了，但与工业发达国家相比还是稍逊一筹，而Q42系列棒料剪断机与工业发达国家之间的差距就更大了。

图4 意大利CADDY系列精密棒料剪断机

断面倾斜度关系着坯料两断面是否垂直轴线，断面倾斜度过大，说明坯料在剪切时受到弯曲应力，不但应变大，而且残余应力也很大，在剪切较大直径、较高硬度的材料时，往往会产生裂纹和时效开裂。

断面倾斜度大，也会给后续工序带来隐患：在中频加热时，会使料被拱起而造成中频炉短路事故；在锻造时，会因轴线与端面不垂直而导致错位，影响锻件质量。

断面倾斜度大的下料设备不可能应用在精锻领域里，也谈不上节材、节能效果，所以这项指标必须引起高度重视。

表1 各国不同剪切设备的剪切精度

生产效率

生产效率是指每分钟剪切的件数，对锻件生产企业来说就是经济效益，所以这项指标一直受到锻造行业的高度重视。特别是进入21世纪以后，一些工业发达国家的这项指标发展很快。

以日本万阳株式会社为例：上世纪末，LBS100N棒料剪断机剪切φ44mm的S45C棒料，每分钟剪25件；而本世纪初，DLB100U棒料剪断机剪切φ31mm的S45C棒料，每分钟剪81件。

从这里可以看到：在不到10年的时间里，生产效率由25件/min提高到81件/min，提高了2倍多；但同时也应注意到，生产能力却由φ44mm下降到φ31mm，对应的剪切力由超过70t下降到了34t，下降了一半多。所以锻造企业在选择下料设备时，生产效率和生产能力应综合自动化、可靠性、故障率、安全、环保等指标以及企业的实际等来进行考虑。

锻造下料设备的发展趋势

锻压行业“十二五”发展规划指出：“未来锻压行业的发展方向必然是节材、节能、低成本、注重环境保护、降低污染排放，以低消耗为载体，追求技术经济效益和社会效益最大化。”

锻压行业“十二五”发展规划也给锻造下料设备提出了发展方向：“精密剪切属无屑加工，没有锯口损耗，除特硬材料外，精密剪切可在室温下进行，没有加热损耗，因此，在吸收工业发达国家先进技术的基础上，结合我国国情，自主研发具有我国特色的精密剪切设备是锻造下料设备的发展方向。”

工业发达国家，以日本万阳株式会社为代表，对锻造下料设备的发展方向也提出：“现在是精密剪切下料的时代。”精密剪切，已成为国内外锻造下料行业的理想选择。

锻造下料行业未来的发展方向主要有以下几点：

⑴以精密剪切取代自由剪切，使下料精度最大程度上满足锻造行业的发展需求。以剪切45热轧钢(L/D＝2）为例，剪切精度将进一步提高：断面倾斜度将提高到1°～1.5°，重量误差将提高到±0.25%，圆度将提高到0.96。

⑵以少、无切屑加工取代有屑加工，尽量减少原材料的消耗。高速带锯床和高速圆锯机是少切屑加工设备，带锯条厚为0.9～1.05mm，切口损耗只有圆锯的1/5～1/4，生产率是圆锯的1.5～2倍。对切断面圆度要求特别高，直径较大，单件、小批量生产，或者难度较大的场合，采用高速带锯床和高速圆锯机下料，也是一种节材、节能的举措。但绝大多数锻件的下料，应选择精密剪切，精密剪切属无切屑加工，没有锯口损耗，以日产万件计算，与高速带锯床下料相比，每天可节约锯口损失高达13000mm优质钢材。

⑶以高速精密剪切取代中速精密剪切。冷锻、冷挤压和闭式锻造技术的发展，对锻造下料技术提出了更新、更高的要求，精密剪切有向高速精密剪切发展的趋势。在其他参数合理的情况下，适当地提高剪切速度，可以提高断面剪切质量。目前，德、日等工业发达国家的高速精密剪切机已投入生产应用，我国也已起步，正在实践考验中。

⑷以室温剪切取代预热剪切。棒料剪断机下料，受弯曲影响，应力应变大，为防止坯料开裂，多采用预热剪切。精密剪切机下料，坯料不弯曲，残余应力和应变都很小，除特硬材料需要预热外，绝大多数常用锻造材料均不需预热。预热需要消耗大量的能源，按预热温度在400℃以下、每小时预热2500kg棒料来计算，1h耗电150度，一天耗电高达1200度左右，而精密剪切机大多数的时候是在室温条件下下料，节能效果十分明显。