锻压机床是工业基础装备的重要组成部分之一,在航空航天、汽车制造、交通运输、冶金化工等等重要工业部门得到广泛应用。任何一个工业发达国家,其锻压机床的技术水平和拥有量,是其工业发达水平的重要标志。迄今为止,我国锻压机床经半个多世纪的发展,通过国家经济建设“七五”、“八五”、“九五”、“十五”规划的实施,已经从只能生产单机(诸如各种普通、**压力机、液压机、锤)发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线,大重型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种锻压机床。
改革开放以来,在引进国际先进技术和合作生产的基础上,极大地提高了锻压机床的设计开发能力和制造水平。近年来,随着我国以汽车为**的制造业的飞速发展,大大刺激了锻压生产的进步,新型的锻压装备不仅能确保通用产品的性能、质量和可靠性,国产大型精密高效的成套设备、自动化生产线、FMC、FMS等高新技术、高附加值的锻压生产装备正在装备着我国的制造业,与国外公司竞争市场。
一、 板材加工装备
在汽车、航空航天、电子和家用电器领域,需要大量的金属板壳零件。特别是汽车行业的生产要求生产规模化、车型个性化和覆盖件大型一体化。进入21世纪,我国汽车制造业飞速发展,面对这一形势,我国的板材加工工艺及设备有了长足发展。
(一)重型机械压力机及覆盖件生产线、大型多工位压力机
汽车覆盖件是标志汽车质量的**重要钣金零件,它的生产,目前主要有两种方法:
①由多台大重型机械压力机配以自动化机械手,组成自动化柔性冲压生产线。
②应用大型多工位压力机生产。
(1)单机连线自动化冲压生产线
为了满足自动化冲压生产线的需要,国内**压力机生产企业在上世纪末期,就大力进行了高性能单机连线压力机的研制生产,其中以济南二机床集团公司、大马机械制造(安徽)有限公司、上海锻压机床厂、齐齐哈尔第二机床厂、等为代表,先后研制了J47-1250/2000型闭式四点双动拉伸压力机、JS3P-630型闭式四点压力机、PE4-HH-600-2TS四点单动压力机、PD4-HH-800/600-2TS四点双动压力机、30000k N闭式双点汽车大梁压力机、成系列多连杆传动单动压力机及其他规格的大型双动拉伸压力机。这些机器在结构上采用了先进的多连杆传动系统,驱动内外滑块的多杆机构经计算机优化设计,使四组杆系的运行达到**佳同步,内滑块在一次行程中有较高的空程和回程速度,工作行程低而均匀。这一特点能有效提高制件精度和模具寿命,降低废品率。由它们组成的自动化冲压生产线具有大吨位、大行程、大台面,有大吨位气垫、机械手自动上下料系统、全自动换模系统、功能完善的触摸屏监控系统,生产高速度、高精度。
上述单机连线已先后装备了**汽车制造厂、重庆长安汽车厂等汽车制造业的多条自动化冲压生产线,并正在向更多的汽车厂扩展。
(2)大型多工位压力机
在覆盖件冲压领域,大型多工位压力机是**先进、**高效的冲压设备,是高自动化、高柔性化的典型代表。通常由拆垛机、大型压力机、三座标工件传送系统和码垛工位等组成。生产节拍可达16 min-1~25min-1 ,是手工送料流水线的4~5倍,是单机连线自动化生产线的2~3倍。是当今世界汽车制造业应**的**先进的冲压设备,世界上目前已能生产95000kN吨级的大型多工位压力机。据罗百辉介绍,这类机床过去是工业发达国家独有,上世纪末到本世纪初我国也已开发研制,并取得成功。济南二机床集团公司于1999年与德国万加顿公司合作制造了两台20000kN大型机械多工位压力机,2005年初又与世界**大汽车零部件供应商——美国德纳(DANA)公司签订了供货合同,为其制造一台50000kN重型多工位压力机。该机采用电控同步、电子伺服三坐标送料、多连杆、全自动换模、模具保护及现场总线控制等多项国际先进技术,具有远程诊断、远程控制和网络通信等多种自动化功能,适用于汽车制造中的薄板件的拉深、弯曲、冲裁和成形等冷冲压工艺。它是我国迄今为止出口的吨位**大、技术含量**高、自动化程度**高的锻压装备成套设备。
(二)数控板冲、剪、折机床及柔性加工生产线
我国的数控冲(剪、折)机床始于1982年,这20多年来,经过起步、成熟、快速发展和日臻完善的四个阶段,由**早的机械驱动、三轴控制、模位在30以内、辅助功能少,发展到四轴控制、辅助功能增多、模位数增大并带两个自转模位,进一步发展为液压驱动四、五轴控制,现在已出现网络式数控转塔冲床。生产企业由**早的济南铸造锻压机械研究所发展到多家公司,有代表性和实力的有济南捷迈数控工程公司、大马机械制造(安徽)有限公司、齐齐哈尔二机床集团公司、江苏亚威公司、江苏扬力集团公司、湖北三环集团公司和江苏金方圆公司等等。
(1)数控冲床
目前,许多用户都趋向使用数控复合冲剪机(可组成数控冲剪复合柔性加工线),但数控冲床单机的市场仍旧很大。今天的数控冲床的先进特点有:采用高性能伺服液压驱动的**液压系统;步冲次数高(步距0.5mm时,频率600~1000 min-1),冲压稳定性好;采用智能夹钳减小冲裁死区;采用毛刷型工作台确保板材表面质量;工作台移动速度高(轴向80m/min,合成120m/min);设有2~4个自动分度工位(大直径模设置其上,减小转塔换模惯性);采用开放式数控系统,用户界面友好,可扩展性高,并配有高效自动编程软件。
国内具有这类先进水平的冲床有:江苏扬力制造的EP20型200kN数控冲床,该机由伺服电机直接驱动,公称力200kN,可加工板材尺寸:(长×宽×厚)1250mm×2500mm×6.35mm,24工位(2个自动分度工位),冲孔**大直径88.9mm,频率600min-1,板材移动速度106 min-1。机器与机械传动和液压驱动的数控冲床比较,既降低了能耗,又减少了漏油和污染。其他还有江苏亚威HIQ-3048型300kN数控冲床,安徽大马的STRIPPIT-HD1500H/30型300kN数控冲床,江苏金方圆的VT-300型300kN、台湾台励福VISE1250型200kN等等。
(2)数控冲剪复合机及柔性加工线
数控冲剪复合机是由数控冲和数控角剪集合而成,板料冲孔、成形和剪切可在其上一次完成,**适合后序有弯折工序的板件加工。多工序共用一套数控系统、液压系统和送料机械手,与数控冲和角剪机单机连线比较,不仅可降低设备投资,节省占地面积,减少故障率。还可作为主机组成冲剪复合柔性加工线。
国产先进的数控冲剪复合柔性加工线有:济南捷迈数控公司制造的CI型柔性加工线,它由PS31250型数控冲剪复合机、板材立体仓库、吸盘式送料机、码垛分选装置及控制系统组成。复合机公称力(冲/剪)300/280kN,加工板材尺寸1250×5000mm,机器五轴控制。整线生产率钢板8张/h。江苏金方圆公司制造的APSS型柔性加工线,该线由一台冲剪复合机、定位台和自动上料机械手组成 。公称力300kN、加工板材尺寸1250×2500mm。上述两线均达到国际先进水平。
(3)数控折弯机
数控板料折弯机普遍选用BOSCH/HOERBIGER等公司的数字闭路液压系统和DELEM、CYBELEC等公司的**数控系统;成熟的工艺软件、自动编程功能及彩屏显示,可实现多种折弯工件的工艺存储及轮番生产;采用动态压力补偿系统、侧梁变形补偿系统、厚度及反弹在线检测及修正系统、温度补偿系统,提高了工作台与滑块的相对位置的精确性;采用数控轴数4、6、8轴后定位机构,保证了板料的精确送进;滑块空程速度100mm/s,工作速度10mm/s;重复定位精度±0.01mm左右。
国内有代表性的产品——安徽大马的PPH35/13型350kN数控板料折弯机、江苏扬力的EB3512型数控板料折弯机、上海冲剪机床厂的ME50/2550型机械电子伺服数控板料折弯机、江苏金方圆的PR6C225×3100型2250kN数控板料折弯机和天水锻压机床厂的2000kN~30000kN大型数控板料折弯机等等。
(4)数控框架板料冲压液压机
它是在常规结构液压机基础上,汇聚了触摸(调控)彩色显示屏、二通逻辑插装阀、可编程序控制器、高灵敏度压力传感器、微米级磁栅尺、无级调控比例控制阀等多项先进技术。机器设有调整、无压力下行与半自动工作方式。还配有自驱动移动工作台、液压大打料缸、电液连锁双安全栓、温控液压油冷却系统、程控16点导轨润滑系统、双侧缓冲液压缸和电动同步螺杆调程机构。机器滑块不仅能实施压力成形及冲裁工艺的定压定程,且液压垫可在拉深工艺的行程内设置分段调压。机器具有薄板冲裁落料、弯曲翻边、拉深成形等多种功能。
这类机器的代表有合肥锻压机床公司的RZU500HD框架式快速薄板深拉深液压机、徐州压力机股份公司的20MN彩屏框架式液压机。
(六)其他板材加工机
除上述多种多类的先进板材加工设备外,目前较大量使用的普通设备还有通用中小规格的油压机、通用曲柄压力机、卷板机、剪板机等等。板材加工设备种类繁多,规格跨度也大,要一一介绍,篇幅有限,孰不赘述。
二、大重型锻造装备
在国民经济中冶金、电力、航空航天 、运输等都需要相当数量的大型锻件,大型锻件的制造能力和技术水平,是衡量一个国家经济发展水平和国防实力的重要标志。
当今,我国的大锻件生产已具备了制造600MW火电全套大锻件、700MW水电全套大锻件、600MW~1000MW核电大锻件、千吨级石化压力容器、大型高铬钢轧辊、7万吨级远洋轮成套大锻件以及航空航天、军工用基础件,曲轴、模块、轴承等重型基础件的制造能力。国内可锻**大钢锭260t,**大锻件150t。
我国已建立了以中国一重集团公司、中国二重集团公司、安徽大马机械制造有限公司、沈阳重机厂、太原重机厂、天津重机厂、上海重机厂、洛阳矿山机器厂等为中心的重型机械和大锻件生产格局,除了为国民经济建设、国防建设提供必要的装备外,还能参与国际市场竞争。目前大锻件生产装备一部分还需进口,国产大重型装备水平如下:
①水压机。国产**大300MN模锻水压机,由**重型机械集团公司制造,安装在重庆112厂;**大150MN自由锻水压机也由一重公司设计制造(数控系统进口),2005年已投入使用。模锻主要用于重型曲轴、重型汽车前梁、火车车轴等;自由锻主要用于电站汽轮机主轴、大型船用柴油机主轴及军工产品等。
②模锻曲柄压力机(又叫热模锻压力机)。这类设备在工业发达国家是模锻的主力,约占成形设备的40%~64%,我国仅占14.5%,主要用于重型汽车曲轴、前梁等锻件的生产。当前国内制造的**大吨位热模锻压力机为KT-12500型楔式模锻压力机,公称力125MN,滑块行程500mm,行程次数30min-1,**大封闭高度1800m,工作台尺寸2240mm×3100mm,滑块下表面尺寸2190mm×2450mm。这台压力机由二重制造,安装在**汽车制造厂。
③大吨位螺旋压力机。在模锻设备中摩擦压力机因结构简单、价格低廉迄今应用仍十分广泛,但因能量消耗大,其大吨位的发展受到现制,我国目前**大吨位的摩擦压力机是由青岛锻压机械公司生产的31.5MN摩擦压力机。螺旋压力机的品种在世界上已拥有液压螺旋压力机、电动螺旋压力机、离合器式螺旋压力机,新近又出现了交流伺服驱动电动螺旋压力机、楔型电动螺旋压力机、多击式电动螺旋压力机等。其中离合器式螺旋压力机因效率高、打击能量大、生产率高、控制精度高,已成为大吨位螺旋压力机的发展方向,离合器式螺旋压力机国内设计吨位已达63MN(德国米勒万家顿公司可生产320MN离合器式螺旋压力机)。
④大型弯曲校正设备。它们包括大型卷板机、船用闭式卷板机、板料校平机、型材弯曲机等。这类设备广泛用于石油化工、船舶制造、锅炉等行业。大型卷板机有原长治锻压机床集团公司制造的W11XCNC-140×4000型特大型卷板机。机器采用水平下调式结构,**式光编采集控制,可对比上辊升降和下辊水平移动值,两端数据由计算机处理,实现同步精度±0,2mm,触摸屏显示工作辊的位移量。该机已在三峡电站安装使用。近年来,长锻公司又设计制造了一台W11XCNC160-4000卷板机,机器可热卷250mm厚的钢板,成为亚洲地区**大的冷热卷板机。此外,长锻公司还设计制造了世界**大板材校平机,该机可校板材尺寸80mm×4000mm(厚×宽),屈服强度800MPa,校平精度0.5/2000mm。机重1400t。
三、展望
进入21世纪以来,中国锻压机床行业经过多种方式(技术引进、合作生产、合资)运作,与国外先进企业合作打造品牌产品,快速提升了我国锻压机床的整体水平,近年设计制造的许多产品,其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平,在宜人性方面取得了长足进步。但国外**企业在技术创新、产品开发和名牌效应方面的进步更快,因此,国内锻压机床产品与国外名牌的差距无明显缩短。面对这样的形势,笔者认为锻压机床行业今后应从以下几方面去努力。
⑴强化自律性企业整合和产品结构调整。企业要支持督促政府有关部门制定产业规划,通过产业政策引导企业发展,创造并维护良好的市场环境,鼓励公平竞争。在这一政策指导下,行业协会要对市场与技术发展趋势进行调研、分析,协调企业行为,追求行业效益**大化,企业则在这一环境中寻求自我发展,并力求与政府和行业协会形成良性互动。
⑵认真分析与世界先进技术的差距,根据自身条件,制定追赶措施:
①加速锻压机床的数控化和柔性化 我们的锻压机床较之发达国家,数控化程度低(国产机床数控化率不足5%,欧美、日本已超过65%),且数控系统主要依靠进口,因此,在大力提高锻压机床数控化和柔性化的同时,更要加大力度研发中国自己的数控系统,以满足国产机床数控化的需要;
②依托汽车、电子工业,促发高技术锻压装备 工业发达国家的锻压机床无一不是依赖汽车工业的发展而崛起的,目前我国汽车工业如日中天,发展势头强劲,加上新兴的电子工业(电讯、数据处理、自动控制、家电),为锻压机床的发展,提供了广阔的战场,为此,迫切需要发展目前尚落后的高速冲压装备(高速压力机及配套自动化),大型多工位压力机、产品一次成形的多技术复合加工单元(激光切割与数控冲床及自动上下料的复合;开卷校平与激光切割的复合);
③注重发展专机和配套件的生产 随着电力、交通和城市建设的发展各类型材加工提上日程,因此,开发研制型材加工专机(钢结构成套加工、空调通风圆管成套加工等)大有前途;
④以人为本,开发“绿色环保”锻压机床 为了工人的人身安全和无污染环境,锻压机床研制需做到“五绿”——绿色设计、绿色材料、绿色工艺、绿色包装和绿色处理。
⑶转变经营理念,培育世界级品牌。加入WTO以来,国际**锻压机床厂商大举入住中国市场,市场竞争日趋国际化,造成国内锻压机床市场高端失守,低端混战。面对这一局面,政府和企业界必须有一个清醒的认识。企业间要尽力消除内部恶性竞争,一致对外,充分利用我国作为世界**大机床消费市场的优势。从企业创新体制建立、产品优化升级、品牌树立与扩张等入手,着力打造**品牌(2005年已有济南二机床集团公司、湖北三环、江苏亚威和江苏金方圆创立了**锻压机床品牌)和国际品牌,逐步培育出一批中国的国际**锻压机床产品。综上可见,摆在中国锻压人面前的任务十分艰巨,任重道远,但只要我们万众一心,坚持正确方向,经过国人的艰苦奋斗,中国锻压机床**终必将跨入世界强国之列。
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