智能锻压机械发展展望（二）

闵 鹏

（徐州浩通新材料科技股份有限公司，江苏 徐州 221004）

（接上期）

2 挤压机

挤压机有立式挤压机、卧式挤压机；有单动挤压机和双动挤压机，有正向挤压机，也有反向挤压机；有黑色金属挤压也有有色金属挤压机。其根据工艺不同，适用于不同产品。我国挤压机有重型机械研究院、燕山大学、清华大学等企业和高校。燕山大学赵长材教授2010年研制CNG气瓶拉拔生产线。该生产线包括40MN挤压液压机（图24）、6.3MN拉伸液压机、全套模具、物料运输系统、机器人、加热炉、高压水除磷系统、4.5MN顶底机、406气瓶热旋压机、锯切下料系统等组成。重型机械研究院从事挤压机研究有几十年历史，研制的安装在河北宏润重工的500MN立式挤压机（图25），重型机械研究院研制的125MN卧式挤压机（图26）。

中国在建和已经建成立式挤压和卧式挤压机吨位及数量为世界第一，但等温挤压和宽幅挤压落后于世界；模具设计理论、方法和结构等方面落后；挤压工艺落后、工艺研究少有突破；主机结构单一；自动化程度低；模具机构创新和精密加工方面差距较大；挤压设备的数量、规格和类型分布欠合理；重型、超重型卧式黑色金属挤压机发展滞后，特别是在大数据、物联网、自动化、智能化程度方面更是欠缺。急需进行挤压压力机大型化、智能化、超高压、液压泵直控技术、大型伺服泵阀的研制，跟上中国制造2025步伐。

3 板材成形设备

3.1 折弯机

早期的折弯机结构简单，采用飞轮传动结构和离合器制动器控制系统，结构基本与机械压力机相同。机械折弯机在相当长时间内处于主流位置，直到上世纪30年代出现液压折弯机，带来了折弯机在结构上的一次突破，既是对传统机械折弯机的一次挑战，也成为折弯机史上的一场革命。50年代法国考利（Krupp）公司的扭矩同步带机械挡块的液压折弯机和法国普罗梅坎（Promecam）公司下传动液压折弯机的问世，开创了液压折弯机发展的新局面。从此，折弯机得以迅速发展，60年代中期研制出数控折弯机，采用了电液伺服系统实现双缸同步，同步精度达到0.01mm。70年代中期又开发出了CNC折弯机。1979年奥地利诺瓦（Nova）公司制造过一台压力为10000kN,长度为7.3m的机械折弯机，总重量达113t。以后再也没有见到生产大规格折弯机的报道。国外知名折弯机有德国的GWF公司、EHT公司、由那沙特（Jonescheit）、费舍尔（Fischer）、魏因布来纳（Weinbrnner）、维格公司、比利时的LVD公司、HACO公司、法国的考利公司、瑞士的黑默尔 (Haemmerle)公司、意大利的萨瓦尼尼公司、荷兰的达利（Darley）公司、萨弗兰公司、日本的天田（Amada）公司（以下简称日本天田）、东洋公司等。日本天田在60年代引进普罗梅坎公司技术，后来收购了该公司。至今，国外液压折弯机已占折弯机总数的95%，有些公司百分百地生产液压折弯机[9]。

我国研制折弯机的公司主要有湖北三环锻压设备有限公司（以下简称三环锻压）、天水锻压机床（集团）有限公司（以下简称天水锻压）、无锡金球机械有限公司（以下简称无锡金球）、江苏金方圆集团有限公司（以下简称金方圆）、江苏扬力集团、济南铸造锻压机械研究所有限公司等。三环锻压是国内生产折弯机最早的厂家之一，具有六十多年折弯机生产历史，引进比利时折弯机技术，生产数控液压折弯机，其2-PPEB双台联动电液伺服数控折弯机（公称力1600kN～80000kN）如图 27所示。天水锻压也是我国生产折弯机最早的厂家之一，具有50多年折弯机生产历史，生产各种规格折弯机，其生产的2-WE67K系列双机联动折弯机（公称力3000kN～5000kN）如图28所示。国内折弯机通过引进、吸收、改进，在全球折弯机领域具有一定竞争力，但折弯机模具、自动化与专用机器人操作、柔性化等方面还需下功夫。

3.2 剪板机

自从1859年英国福纳（Furnnal）公司制造出世界上第一台机械剪板机以来，剪板机已走过了150多年的历史。1902年美国制造出剪板机，不久德国也制造出剪板机。不过，最初生产的剪板机无一例外都是曲轴传动的机械式剪板机。尽管现在的机械式剪板机看起来与当时生产的相比可以说是大相径庭，但其基本原理并没有很大差别。1946年英国罗德斯（Rhodes）公司设计出世界上第一台液压传动剪板机，是剪板机发展史上的一个飞跃。在上世纪50年代，剪板机由于受当时液压元件技术和控制系统功能的限制，在相当长一段时间，液压剪板机的发展比较缓慢，机械剪板机仍然占据主导地位。到了上世纪60年代，液压剪板机发展迅速，已经与机械剪板机并驾齐驱，平分秋色。70年代后进一步发展，占据了主导地位，液压剪板机出现逐步取代机械剪板机的趋势。辛辛那提（Cincinnati）公司制造第一台数控剪板机。80年代以来，各种形式的剪切中心不断出现，板材剪切过程的完全自动化和柔性化已经成为成熟的技术[9]。除了一些手动和小型剪板机仍然采用机械传动外，液压剪板机占有绝对优势，说其一统天下，也并非言过其实。

150年来，剪板机的机构和技术以及控制方式都有了显著进步。随着电子技术、计算机技术、控制技术、机器人的辅机技术的发展，作为板材加工机械中的主要机种之一的剪板机，在极为广泛的领域得到使用。世界上制造剪板机的厂家有数百家，中国也有几十家。世界比较著名的剪板机厂家有比利时LVD、哈克，荷兰的达利，日本的天田，法国的考利，英国的埃德瓦兹·皮尔森（Edwards Pearson）公司，德国的GWF公司、莱因哈特公司、BBM公司、费舍尔公司等。德国GWF公司开发的世界最大的剪切中心示意图如图29所示。国外剪板机已完全自动化和柔性化，与之配套的上料、送料、出料、分选和堆垛生产线已经成熟，只要与大数据、物联网工业4.0结合，就完全具备工业4.0要求。

我国研制剪板机的公司有三环锻压、天水锻压、无锡金球、广东力丰、金方圆集团、扬力集团等。三环锻压是国内生产剪板机最早的厂家之一，具有六十多年折弯机生产历史，引进比利时剪板机技术，生产数控液压剪板机，其生产的HGS系列液压剪板机，普通钢30mm/不锈钢20mm，如图30所示。天水锻压也是我国生产剪板机最早的厂家之一，具有50多年折弯机生产历史，生产各种规格剪板机，其生产的RD-QC11K-16×12000最大剪切厚度16mm，最大剪切长度12000mm，为国内首台多工位柔性剪切生产线（图31）。国内剪板机通过引进、吸收、改进，在世界折弯机领域也具有一定竞争力，虽然个别企业在柔性化方面取得一定成绩，但与折弯机一样，剪板机模具、自动化与机器人操作、柔性化，特别是智能化方面还需下大功夫。

3.3 卷板机

卷板机采用机械传动已有几十年的历史，因其结构简单，性能可靠，造价低廉，至今在中、小型卷板机中被广泛应用。80年代，前苏联、美国、英国、德国、日本等西方发达国家开始研制数控全自动卷板机。国外卷板机同折弯机一样，设备即生产线技术已经成熟，只要与大数据、物联网工业4.0结合，就完全具备工业4.0的要求。

我国目前生产卷板机企业有长治锻压机床厂（以下简称长治锻压）、泰安华鲁锻压机床有限公司（以下简称华鲁锻压）、第一重型机器厂等。长治锻压具有几十年的卷板机生产历史，1984年引进了具有80年代水平的日本富士车辆公司（Fujicar）水平下调式三辊卷板机制造技术。为我国目前生产卷板机技术较为先进的企业。其CDW11TNC-32-13500船用三辊卷板机如图32所示。华鲁锻压也是我国主要生产卷板机机企业之一，1968年建厂，生产大型数控卷板机、矫平机、坡口成形机、剪板机、折弯机、开卷矫平剪切生产线、冶金设备等七大系列产品，是多项国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项承担单位，生产的WEF11K-30-18000船用三辊卷板机（图33），取得专利22项，其中发明专利6项。我国卷板机通过引进、消化吸收、创新，取得了技术上突破，与辅机结合，形成自己特色。但新材料、航空航天、船舶工业发展对卷板机技术提出更高要求，研制大吨位、自动化与机器人操作、柔性化，特别是智能化卷板机方面还需下大功夫。

4 机械压力机及压力机生产线、大型多工位压力机生产线、高速压力机生产线

4.1 机械压力机及生产线、伺服压力机及生产线

上世纪 50年代以前主要是曲轴驱动机械压力机，上世纪50年代末60年代初，偏心齿轮驱动机械压力机基本上代替了曲轴驱动；60年代及以前主要精力放在压力机主机的研发上；70年代以来则主要开发压力机辅助设备及连线自动化，在压力机使用工艺上下功夫。同时，西方国家开始研发多连杆压力机，60年代中期德国舒勒（Schuler，以下简称德国舒勒）公司首先推出了多连杆传动机构和多连杆压力机，随后影响了欧、亚和北美；70年代随着压力机辅助设备的研发，压力机生产线开始研制并实际应用，单机冲压生产线使压力机行程利用率达到75%；80年代电子控制式辅机进入金属成型冲压领域，如采用二维、三维送料装置，机器人上下料装置，数字长度控制装置，以及多工位压力机单独控制的电子送料装置等；80年代中期，德国舒勒、日本日立（Hitachi，以下简称日立）等公司推出了超大型的四立柱、三维多工位压力机，并且研制成功双动压力机和液压模垫的应用，使得首台双动压力机+几台单动压力机组成的生产线开始应用，随后推出了首台带液压模垫的单动压力机+几台单动压力机组成的生产线。大型多工位单机柔性加工生产线也投入市场，极大促进了汽车、家电、农机、航天等工业的发展；90年代伺服压力机的研发，促进了压力机技术的进一步发展，使锻压机械向智能一代迈进了一大步，部分企业的个别产品实现了智能及近似智能锻压一代。德国舒勒、日本小松（Komatsu，以下简称小松）、天田、会田（Aida，以下简称会田）、日立等都推出了各种系列伺服压力机。迄今为止，世界已能生产60000kN汽车大梁压力机，30000kN双动四点拉伸压力机，60000kN多工位压力机，32000kN四点多连杆多工位伺服压力机，整线93000kN多机连线四点多连杆多工位伺服压力机和机械压力机生产线。世界压力机主要生产厂家有德国舒勒、西班牙法格（Fagor）、美国明斯特（Minster，以下简称美国明斯特）、维尔森（Verson）、日本小松、天田、会田、日立等。德国舒勒安装于宁波大众的81000kN伺服压力机生产线（图34），其生产节拍为最大15次/分钟。其生产线具有近似智能锻压一代的特点。

我国压力机生产厂家众多，有原机械部16家锻压企业济二、徐州集团、扬州锻压、荣成锻压机床厂、高密高锻机床有限公司、西安西锻机械有限公司等，也有新型企业扬力集团、济南迈特力科技集团有限公司、中安重工自动化设备有限公司（以下简称中安重工）、荣成华东锻压机床有限公司、浙江易锻精密机械有限公司、宁波精达成形装备股份有限公司等。其中济二1937年建厂，具有六七十年锻压机械生产历史，为我国锻压机械龙头企业。目前生产单、双、四点机械压力机和多连杆压力机及生产线。具备与世界先进锻压企业竞争能力，其产品出口美国，先后为福特汽车配备2000t、5000t重型单机多连杆多工位生产线，为福特第九条重型单机多工位多连杆压力机生产线合同正在执行中，成为通用、福特、奔驰、铃木、本田、日产等国际汽车巨头的全球供应商，被国外客户誉为“世界三大冲压装备制造商”之一，已具有生产工业4.0、中国2025智能锻压机械能力。其安装在福特汽车底特律工厂的大型高速冲压生产线如图35所示。中安重工为客户生产的ML-2500-6200-2500型25000kN闭式四点多工位冲压生产线如图36所示。我国最早研究伺服压力机的院校有西安交通大学赵升吨教授、广东工业大学孙友松教授、华中科技大学张宜生教授；徐锻集团、济二、天锻等也研制大型闭式四点伺服压力机生产线，并交付用户。济二为上海通用武汉分公司生产的50000kN大型全伺服冲压生产线如图37所示，最高生产节拍达到每分钟18次，效率提高20%。我国机械压力机及生产线、伺服压力机及生产线个别企业个别产品具备工业4.0和中国制造2025能力，但大部分企业及产品不具备其能力，需要在产品升级换代、大数据、物联网、压力机辅机、功能元器件、模具等方面下功夫。

4.2 高速压力机

高速压力机有100多年的发展历史，美国亨利拉特公司（Henry Wright）于1910年制造了世界上最早的四柱底传动高速压力机，当时称为Dieing Machine,曲轴装在工作台下面；日本能率、会田也分别在1947年、1949年和1950年成功研制底传动高速压力机。20世纪50年代，联邦德国、美国、瑞士的几家锻压企业为适应大批量矽钢片和薄型零件生产，研发了早期的上传动高速压力机；1953年德国舒勒公司生产出首台1250kN闭式双点上传动高速压力机。上世纪60年代，瑞士布鲁德尔（Bruderer）公司研制出柱式导向的上传动高速压力机。1974年美国明斯特公司研制出超高速“蜂鸟（Hummingbrid）”HB2-60压力机。1975年开发的HB2-30高速压力机，行程次数达到2000次/min。随后，德国、日本也研制出了超高速压力机。20世纪80年代,高速压力机出现了较大变化，日本能率制作所小型超高速压力机行程次数达到3000次/min，日本电产京利（Nidec kyori） 的 MACH-100超高速压力机在100kN、8mm行程时，行程次数达到4000次/min。同时，在提高下死点动态精度上推出了一批新型、高速、高精度高速压力机。如日本三菱公司生产的HP系列超精密压力机，使滑块在下死点的位置精度控制在5μm以内；在300～1000/min运行时，压力机振幅低于50μm。日本电产京利的FDA-F系列压力机在离合器、制动器控制回路中具有飞轮速度自动补偿功能，在行程次数1200次/min范围内高速运行时，滑块第一个行程和第二个行程的下死点偏差仅有10μm。还推出了一系列中、大型高速压力机。意大利的Blaconi公司推出的2DMHS系列6300kN、滑块行程35mm时，行程次数达到320次/min。美国明斯特公司PM4-600，在公称力5400kN、滑块行程30mm时，行程次数达到350次/min。20世纪末，随着全球家电、汽车工业的高速发展，带动了高速压力机的进一步发展。日本会田公司推出了双边的MSP系列高速压力机，采用单排四点结构，精度更高。日本山田多比（Yamada Dobby）在其EPISODE系列高速压力机部分机型采用单排三点结构，其ESP-200行高速压力机，在公称力2000kN、滑块行程30mm时，最高行程次数450次/min。ESP-220为单排四点结构，在公称力2200kN、滑块行程30mm时，最高行程次数420次/min。这些产品满足了高精度电机定转子的冲压要求。此外日本株式会社ISIS于2004年开发的单排三点结构高速压力机PLRNOX80-16,最高行程次数为500次/min。主要用于电子内零件的高速冲压[10]。日本株式会社ISIS三点结构闭式高速压力机如图38所示。日本会田公司推出MSP系列单排三点、四点结构闭式高速压力机（图39）。国外高速压力机不但行程次数高，精度也高，产品可靠性好，技术水平已发展到极致。其与工业4.0结合，完全具备智能一代锻压机械特征。

我国（不含台湾地区）高速压力机起步较晚，始于济南铸锻所“六五”期间承担的原机械部“60t闭式高速精密压力机”项目，1982年由济铸锻所和北京低压电器厂共同研制我国第一台高速压力机J75G-60（公称力600kN，冲压次数400次/min）,随后研制出了公称力300kN，冲压次数为600次/min高速压力机。20世纪80年代中期，齐齐哈尔第二机床厂从德国引进SA系列中800kN、1250kN、2000kN三个规格的高速压力机，用于中小型电机定转子级进模冲压加工；原上海第二锻压机床厂从德国豪立克-罗斯（Haulick+Boos）公司引进RVD32-540和RVD63-800两个规格的高速压力机，并在此基础上开发了1000kN、1250kN、2000kN 三个规格，后期推出了全新的J75G-800型高速压力机，公称力800kN，最高滑块行程次数900次/min。徐锻集团自主研发了J75G-100闭式双点高速压力机，在滑块行程30mm时，最高行程次数300次/min，在此基础上，开发了JF75G-200闭式双点高速压力机，最高行程次数200次/min，同时推出了J21G系列高速压力机（公称力250～600kN）,滑块行程 30mm，最高行程次数 300次/min；2003年推出了VH系列开式高速压力机，并对原闭式双点高速压力机进行技术改造，于2006年完成国内首台套3000kN闭式双点高速压力机研制，形成了公称力800～3000kN、行程次数150～450次/min的闭式双点高速压力机（图40）。2004年研制的SH-25型开式超高速压力机，滑块行程20mm时，行程次数1200次/min，并进行系列化研发，形成160～500kN开式超高速压力机。随后扬锻集团、宁波精达成形装备有限公司、扬力集团、宁波米斯克精密机械有限公司（以下简称宁波米克斯）、山东金箭精密机器有限公司、中山市胜龙锻压机械有限公司等陆续开发出开式高速、闭式双点高速压力机。其中扬锻集团开发出了800-3000kN的J76闭式双点高速压力机，三排单点机构闭式高速压力机，其YSH300型3000kN闭式双点高速压力机，滑块行程30mm时，最高行程次数600次/min，随后开发出了5500kN（公称力，1.6mm）闭式双点高速压力机，在滑块行程40mm时，最高行程次数230次/min。宁波米斯克开发了Super系列多连杆高速压力机（300～600kN），其 Super-30型 300kN高速压力机，滑块行程25mm时，最高行程次数1050次/min。在开式高速压力机领域，除徐锻集团外，扬锻集团、扬力集团和宁波米斯克、厦门锻压机床厂等企业也陆续开发了开式高速压力机系列产品。我国西安交大赵升吨教授、广东大学孙友松教授等都进行高速压力机有关技术的研究，并推出了相关产品。

为促进中国高速压力机的发展，工信部“高档数控机床与基础制造”科技重大专项实施办公室先后与2009年3月、2010年2月及2011年4月出台了“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项，在2009年公布的第二批11个项目中，项目三中的课题14为“研制高速精密闭式双点压力机”；2010年公布的项目六（共性技术）中的课题26为“高速冲压设备可靠性设计与性能试验技术”；2011年公布的项目六（大型数控成形冲压设备）中的课题28为3000kN宽台面超精密高速压力机（实施期限2012～2014）。

引线框架及高精度插接件所需高档高速精密压力机的研制，目前只有宁波米斯克、徐锻集团、扬锻集团、宁波精达成形装备有限公司等。

我国高速精密压力机经过30多年的引进、消化、吸收、创新，加上国家重大专项的扶持。已经取得了长足的进步与发展，在整体上处于中上水平，与先进工业国家相比，还存在一定差距。特别是超高速精密压力机和超微精密高速压力机的研究差距更大。下死点精度、行程次数、压力机可靠性方面追求永无止境。

5 板材无模多点成形压力机

多点成形的构思最早是20世纪60年代由日本人提出，随后各发达国家都对其开展了相关的研究与开发工作。日本早在数十年前就开始板料柔性加工方法的研究工作，最早提出的构想是用相对位置可以错动的“钢丝束集”代替模具进行板材成形。日本造船协会曾经组织多家造船公司的技术力量试制了多点压力机，但因未解决成形曲面的光滑度、成形回弹量的大小与曲面形状关系等问题，最后因无法承担这种压力机的高昂费用，未能实用化。日本三菱重工株式会社也研制了一种比较简单的成形设备，但因其整体设计不周，该压力机只适用于变形量很小的船体外板的弯曲加工，而且成形效率与以前的成形法相比提高不大。另外，日本东京工业大学也进行了多点式压力机及成形方法的研究工作，但未取得重大进展。美国麻省理工大学（MT）也进行了多年类似的研究，他们称之为 RTFF（Reconfigurable Tooling for Flexible Fabrication，柔性制造的可变形面工具），在柔性成形、形状控制、形状测量及变形模拟与仿真等方面开展了研究工作，1999年与美国航空部门合作，投资1400多万美元，制造了模具型面可变的拉弯成形装置（见图41）。该装置共有2688个冲头，一次成形面积为4ft×6ft,但装置只能构造单个成形凸模，较适用于单向曲率零件的拉弯成形，很难应用于双向曲率都较大的曲面成形零件，因而应用范围有限。

吉林大学李明哲教授在日本日立公司从事博士后研究期间，对无模成形的基本理论与实用技术进行了系统研究。在基本理论研究时，将这种无模成形方法命名为“多点成形法”，并提出了成形原理不同的四种有代表性的多点成形的基本方法（即多点模具成形、半多点模具成形、多点压机成形、半多点压机成形方法），并首先提出了实现无回弹成形的反复成形法，发明了有效防止压痕及起皱的网状结构弹性垫；在实用方面，他主持开发研制出世界上第一台达到实用化程度的无模多点板料成形设备。该机能用于加工复杂三维曲面形状（如扭曲面等）的零件，工作效率比传统的线状加热等方法提高了数十倍。李明哲教授回国后组建了无模成形技术开发中心，带领一批年轻研究人员在多点成形设备、多点成形理论与实用化技术等方面开展了更为全面、系统的研究工作。首次提出了用多点分段成形技术实现大尺寸、大变形量、高精度成形的概念和方法，大大地扩展了多点成形的应用领域。取得一系列具有自主知识产权、达国际先进水平的多点成形技术成果。该中心目前已经在无模多点成形领域处于国际先进水平。并成功为鸟巢、动车组流线型车头、卫星壁板件、船体钛合金、韩国首尔东大门覆盖件提供多点成形压力机。其 SM-150型 20000kN快速调形多点成形压力机（图42），鸟巢建筑工程中钢板变扭件成形（图43）。其最新研制的大型数控柔性拉伸成形装备示意图（图44）。无模多点成形目前最大吨位为30000kN逐点调形式多点成形压力机。

我国多点成形处于世界先进水平。随着航空航天、船舶、高铁、地铁、化学、各种新型建筑工程的发展和需求，板料成形件的需求越来越大，要求越来越高，多点成形技术须向大型化、精密化、高效化、柔性化方向发展，并且向智能化发展，实现无模、高效、连线及柔性成形，即向智能一代多点成形压力机发展。

（未完待续）