现代自由锻造装备技术研究现状与发展趋势

许海健

[摘    要]锻件工业技术是我国装备工业的重要基石，而锻压加工装备技术则是提升锻件品质与制造效能，降低生产成本。文章以我国当前自由锻造油压机的应用现状及本体结构设计研究为主要研究方向，探究了锻造液压机的几种结构方式和锻造液压机的传动方式，文章阐述通过研究自由锻造油压机的结构设计和优化，对现代自由锻造装备技术的发展趋势进行了期待研究。

[关键词]自由锻造液压机;锻造操作机;发展趋势

[中图分类号]TG315 [文献标志码]A [文章编号]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

锻压是热加工领域的基础工序，绝大多数金属材料都能够采用锻压来提高其内在品质和综合的机械性能。随着我国经济全球化脚步的日益推进，金属锻造加工产业作为我国机器制造产业中的重要基础产业，也获得了快速发展。国内对锻造装备的需要量将迅速上升。近年来，现代化的产品设计基础理论、先进机械生产工艺技术以及先进传感器测量技术等一些相应的技术呈现出良好的發展态势，在这样的背景下，使得自由金属锻造装置的机械液压方面一直在不断地创新和完善，就当前阶段的总体情况来看已经趋于成熟，其优势主要表现为高效节能，具有较强的精确性与可靠性。此外，其在高度自动化方面的特点表现也较为突出。

1 自由锻造油压机相关概述

1.1 自由锻造液压机应用现状

20世纪50年代开始，由于液压传动技术与互联网信息技术的逐步融合，使得电液控制技术在全球范围内获得了蓬勃发展，而在国际上，缩短了非生产时间;为适应锻造生产的智能化与高效率的需要，在锻造流程中引入了快速锻造液压机和操作机的合作。现代的快速锻造液压机包含的特点：①具备高速、锻造压力高、锻造频率高的特性。极大降低了辅助锻造的时间成本;②具备控制过程精度高、动态控制单元精度高的优点;③能够实现联动控制，使操作机与锻造液压机结合在一起，同时实现手动控制和联动控制的工作模式。并且在应用锻造工艺期间，实现快速锻造的有效配合，便能够更好地满足自动化以及高效产出的具体需求。目前，我国已具备重型自由锻造油压机组的供货能力和技术。这些先进的装机能力体现了我国大型锻造机油机国际先进水平。

1.2 本体结构设计研究

自由锻造液压机主机框架是机组的主要受力部件，在框架设计上一定要保证其的强度以及刚性足够，对其的制造安装方便快捷，并且还需要在重量方面做好充分地考虑，在能够保证压机的可靠性以及控制精度足够的情况下尽可能地减少其制造所需花费的成本。传统所采用的设计方法通常都是利用简单公式或是采用与同类产品进行类比的方式，而现阶段对有限元法和可靠性设计理论等现代化设计理论的应用较为广泛，以此更好地开展压机框架结构设计工作。目前，大中型锻造压油机均采用整体框架下拉式结构，利用固定横梁和快锻液压机工作缸的合理机架结构来制定整体设计和制造。使得压机框架刚度高，延长了使用寿命等。

2 锻造液压机的基本结构方式

（1）单臂型的锻造液压机，此种锻造液压机结构形式主要应用在体积较小的锻造液压机当中，它的结构形状表现为C字形。机架主要应用的是整铸结构等，在实际工作的过程中三个方向不会受到尺寸方面因素的限制，虽然作业上相对简单，但整个机架的刚度却明显不足。为确保机架构件具有足够的强度与刚性，机架构件也相对要求做得更加厚重。

双柱下拉式框架锻造液压机，用于中小型液压机，在20世纪90年代是我国常见的锻造液压机，其特点主要表现在低重心，结构较为稳定并且能够良好运行，在对角设置相应的立柱，随意选择方向便能够进行砧座移动装置的设置，工作人员在开展作业的过程中，其工作视角是较为宽阔的，并且能够搭配多种辅助工具，有着很广阔的工作空间。但同时其也具备相应的缺点，比如其工作量较大，在高偏载方面有着较为严格的要求，机架所发生的变形大，运动质量以及惯性方面都较大。

（3）三梁四柱上传动预应力组合框架，此结构一直以来都是锻造液压机的重点型号之一，其的构造较为简洁，对其所开展的生产、运用以及维修工作都较为方便快捷。在结构方面比较容易获取相应的总压力，从而更好地进行压力的分级管理，同时还有较大的工作空间。因此，能够锻造较大工件和更长或更小的零部件。

（4）双柱上传动预应力组合框架，它所具备的优势除了表现在拥有良好的双柱下拉式以及四柱上传动预应力结构之外，其在精度以及抗偏载能力方面的优势同样表现较为突出。但是双柱上传动式造价略高于四柱上传动式。

综上所述，金属锻造与液压机的构造形态差异，也直接性决定着其能够应用的范围。单臂型结构更加适合应用在小型的锻造压机上，这样在实际开展锻打小锻件的过程中操作会更加方便快捷;双柱下拉式结构较更加适宜应用在中小型的锻造压力机上，对于中大型的锻造压机来说，其更加适合应用双柱上传动预应力组合框架结构，它含有较多的工作行程以及宽阔的作业空间，同时设置了移动台，能够共同开展三组或者四组砧具的安装，对其可以采用大钢锭的镦粗、拔长、精整等一些相应的工艺。从技术发展的角度上来说，如果金属锻造液压机的结构表现为双柱上传动型框架，那么会由于其能够在横竖二条方向上共同进行移动工作台以及横移砧的布置，所以工作人员在开展工作的过程中其的工作视角会是非常广的，并且其的作业空间也较大，因此其在后续的应用一定会非常广泛。

3 锻造液压机的传动方式

当前介质的传动方法为自由锻造液压机传动方法当中非常重要的一项内容，又称为自由锻造水压机。通过分电器和蓄势器实现大功率自动化水泵，对锻造的液压机进行控制;另一种方法为液压油作介质的传动方法，俗称自由锻造油压机，对大功率油泵以及二通插装阀等合理有效利用便能实现对锻造的液压机的有效驱动以及控制。下面是对两种传动方法的锻造液压机所展开的相应的对比，分析两种方式之间所存在的不同之处。

3.1 锻造油压机的传动控制方式优于锻造水压机

对于锻造油压机来说，在其中应用了大流量高压油泵、二通插装阀以及其他一些相应的装置，从总体情况来看已经趋于完善。合理有效地应用现代化先进的控制技术，可以方便进行锻造液压机的管理，從而达到了锻造加工生产智能化。由于我国的锻造水压操作较为方便快捷，元件通常都为自制件，最终使得先进控制技术的效果难以得到充分地发挥。

3.2 锻造油压机比锻造水压机节能

通过对所获取的相关数据进行相应的梳理和分析，传动控制系统的总体效率仅可以做到30%～40%，控制系统的总体效率能够达到70%左右。如果实际当中应用了正弦油泵来开展驱动工作，以此来有效提高传动系统的整体工作效率，在80%以上，体现了快速性和转换频率高的特性。精准度高，实现了控制以及联合两种操作的有效配合。

3.3 锻造油压机控制系统成本更低

就总体情况来看，如果实际当中的工作速率是一样的，在这样的情况下，设计油泵直接传动的油压机电液系统所性需要消耗的成本要远远低于水压机泵蓄势站，前者为后者的1/2，极大地降低了操作成本和时间成本。

3.4 锻造水压机使用安全隐患更小

因为水介质自身具备相应的物理特性，液压油的燃点值相对来说并不高，因此锻造油压机存在一些相应的问题需要给予解决。在当前阶段开展锻造油压机设计的过程当中，已考虑到了人身及设备安全的保护的功能，能够实现对锻造油压机工作现场各方面安全管理的工作的有效开展。

4 自由锻造油压机发展趋势

近年来，由于人民对环境保护意识的提高以及排污成本的提高，国家已经启动并致力于乙二醇及液压控制系统等基本元件与控制技术的研发，尽管研发对象还仅限于某些特殊应用目标的技术要求，而且品种规格也还相当限制，但发展势头却已经相当强大。目前，已经研发出了部分器件的性能可以达到或者超越同类的油压器件，由于上述基本元器件的成熟使用，为研究发展真实含义上的由独立乙二醇体系操控的独立锻造油压机，提供了新科技条件。

但是由于乙二醇液压系统之间的物理化学特性的差异，使得乙二醇机的优点明显存在不足：液压油在抗气蚀、腐蚀、密封和润滑方面，性能比乙二醇好得多，但也有易燃和污染问题，特别是液压传动系统泄漏对油压机是致命的，必须设置车间的消防设施，防止液压油泄漏发生火灾。因此，采用乙二醇作为自由锻造液压机传动介质的替代产品，更能适应高效锻造设备、经济性和材料保护的特点，待科学进步，解决乙二醇配套的相关问题后，乙二醇作为传动介质，将是未来自由锻造液压钻机的主要发展方向。

5 结束语

近年来，自由锻造压机设备呈现出了良好的发展态势，无论是在数量方面还是锻造技术方面都得到了很大的提升，特别对于大型自由锻造装置来说，气的建设数量与其他国家相比都是绝对领先的。在这样的背景下，自由锻造加工能力水平也获得了有效地提升，虽然说我国当前阶段已经成为世界自由锻造强国。但是仍然需要加强新理论与新技术的有效结合，更好地应用在新机械设备的研制过程当中，以此来研发更具现代化的先进锻压机械设备，这对于促进我国制造业的更进一步发展来说具有非常积极的意义。

参考文献

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