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1、锻压设备特点及现状1、前言世界锻压工业的柔性自动化发展不断加快。冲压设备广泛应用于汽车、航空、 电子、家电等工业领域，其中，作为衡量一个国家工业水平的标志之一的汽车工 业，被当今世界主要工业发达国家和新兴工业国家列为国民经济支柱产业，其发 展主导了锻压技术及装备的发展，锻压技术的发展和进步基本围绕汽车工业的发 展而进行。激烈的市场竞争促使汽车更新换代的速度明显加快，产品的市场寿命 周期进一步缩短；与此同时，汽车变型品种日益增多，现代汽车工业生产日益呈 现生产规模化、车型个性化，车型批量小、车型变化快、多车型共线生产、车身 覆盖件大型化一体化的特征。传统的加工单一品种的刚性生产线显然已不适应这
2、种特征和市场形势发展的要求，其升级换代产品具有高柔性和高效率的自动化锻 压设备，成为世界冲压技术及装备发展的主要潮流。2、工艺锻压是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之 产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。按成形方式锻 压可分为锻造和冲压两大类；按变形温度锻压可分为热锻压、冷锻压、温锻压和 等温锻压等。锻压的生产过程包括成形前的锻坯下料、锻坯加热和预处理；成形后工件的 热处理、清理、校正和检验。自由锻基本工序分为拔长、徹粗、冲孔、弯曲等。 锻压的分类如图。自由锻 模锻：热模锻（高速锤锻造）、冷模锻T造一I一徹粗：热徹、冷徹一 挤压：热挤压、冷挤压锻
3、压拉拔：热拉、冷拉.旋转锻造：成形轧制、辗锻、辗扩、径向锻造、摆动辗压高能成形率超塑成型冲裁：剪切L冲压成形：弯曲、拉深、胀形、旋压、矫正3、锻造设备锻造装出料机是用于将锻造钢锭或坯料装入加热炉中，并能将加热好的钢锭 或坯料从加热炉中取出，送给锻造压机或锻造操作机的设备。它是锻造过程中一 个重要的设备，在我国的发展近二十年的历史了。图1：轨道式装料机羽应幷示例皿道式装出料机应式锻造厂装出料的首选设备。但轨道式装出料机也有它的局限性，主要表 现在它需要在锻造厂房内铺设轨道，对锻造厂房内的生产布局要求较高。1气源 2.闸阀 3.工作缸 4.锤头 5.支承缸6,10.单向阀 7.冋程缸 &錘身 9液
4、控单向阀 电磁换向阀 13.电机 14.主油奈图1 液压模锻锤匸作原理简图常用的锻压机械有锻锤、液 压机和机械压力机。与蒸空模锻 锤相比，液压模锻锤质量轻、占 地面积小、振动小、噪声低、可 实现自动化控制，是一种高效节 能的新型机电一体化锻压设备。 目前液压模锻锤生产工序包括 了镦粗、劈料、拔长、滚挤、弯 曲、预锻、终锻等锻造工序；生 产的锻件类型有轴类件（汽车蹄 片轴、凸轮轴、变速杆等）、叉类 件（传动叉、汽车连杆和传动轴 等）、盘类件（拖拉机齿轮等）、法 兰类件（汽车法兰、万向接头法兰 等）、非对称件（汽车转向臂、转 向节轴等）、薄筋类件（联合收割 机上的单联、双联、三联护刃器 等）、链条
5、类件等；可加工15钢、 20CrMnTi、45 钢、40Cr 和不锈 钢等材质的锻件。3.1国外锻压技术及设备美国、德国、日本的汽车工业如此发达，得益于其锻压技术及装备的领先地 位。当前的世界锻压技术及装备向以下几个方面发展：31！锻压设备自动化(1) 冷冲压根据不同种类的加工环境和条件，国外逐步发展了两大类汽车车身自动化冲 压生产线。(a) 单机联线自动化配置为5-6台压力机，配备拆垛、上下料机械手，穿梭翻转装备和码垛装置， 全线总长约60米，安全性高，冲压质量好。由于工件传送距离长，工件的上下 料换向和双动拉伸必须用工件翻转装备。这种单机联线自动化冲压技术的生产节 拍最高为6-9次/分，设
6、备维修工件量大。(b) 大型多工位压力机八十年代中期，国外冲压技术发展到大型三坐标多工位压力机自动化连续冲 压，由拆垛机，大型压力机，三坐标工件传送系统和码垛工位组成，生产节拍可 达16-25次/分。其主要特点是：生产效率高，是手工送料流水线的4-5倍，是单 机联线自动生产线的2-3倍；全自动化、智能化，整个多工位压力机系统只需2-3 人进行监控，当模具更换时，只需输入要换模具的编号，其余工作自动完成，整 个换模时间只需5分钟，换模的同时对多工位压力机运行特征作智能化调整；特 别是配有电子三坐标送料多工位的压力机，可以根据模具随意调节运动路径和时 间，不仅能冲压大型覆盖件，而且能冲压小型零件。
7、当冲压小型零件时，送料距 减短，节拍提高，通过合理的模具布置，可一次冲压2-3零件，具有充分的自由 度，柔性极强。电子多工位送料压力机的优点是生产率高，工件处理最优化，工件转换迅速, 维修量低，诊断性能好，成本低，与现有压力机的适应性强，售后服务远程通讯 好。美国的多工位压力机基本都采用了电子伺服三坐标送料。八十年代中期以后， 美国通用汽车公司牵头，大规模地用多工位压力机改造原有的单机冲压线。据美 国精密锻压协会统计，美国三大汽车公司680多条冲压线中，有70%为多工位压 力机；日本在美国的35条冲压线中，有24台多工位压力机，占69%；日本国内 的250条冲压线中，有80多台多工位压力机，占
8、32%；而且，美国已经出现了 一些只用多工位压力机的汽车冲压厂，一些新投资改造的汽车厂和新建汽车厂的 这种发展趋势更为明显。大型多工位压力机集机械、电子、控制和检测技术为一体，全自动，智能化， 操作安全，冲压件综合成本低，劳动生产率高，制件质量高，满足了汽车工业大 批量生产的需要。并且，压力机自身的技术和性能，在近十多年的实践中得到不 断完善和发展，女如拉伸工位采用变速多连杆机构，数控液压拉伸垫代替双动压 机、现场总线控制技术等。以一台多工位压力机系统代替一条由5-6台压机组成 的冲压线，按同规模冲压生产量比较，设备投资可减少20%-40%，能量消耗减 少50%-70%，冲压件综合成本可节约4
9、0-50%，而且节省了大量生产面积和设备 投资，降低了工人数量。可进行柔性冲压生产的大型多工位压力机，代表了当今 国际锻压技术的最高水平，是目前世界上大型覆盖件冲压设备的最高级发展阶 段，也是车身覆盖件冲压成型生产的发展方向。(2) 锻造国外的锻造自动化也取得了长足发展。现代化的大型自由锻造车间的锻造液 压机、操作机、锻造吊车实现了联动控制，全部机械化，并配有锻件尺寸自动测 量装置，锻造压机与操作机数控联动，锻造加热炉自动控制。中小型自由锻实现 了压机与操作联动微要控制、计算机自动编程的自动程序锻造。热模锻方面，大型汽车零件模锻件大部分采用以多工位热模锻压机为主休的 综合自动线，美国、德国、日
10、本基本采用热模锻压力机取代原有的模锻锤，中小 型模锻件采用多工位高速自动热镦机，最高速度达到4000-12000件/小时。 德 国穆勒万加顿公司开发研制了直接驱动的螺旋压力机，并组成全自动锻造线， 最大吨位达到25000吨，主要用于中、重零件的模锻和精密锻造。 提高生产率 是永恒的追求目标，各锻压厂家均致力于锻压机械的高速化研究，各锻压厂家均 致力于锻压机械的高速化研究，在数控回转头压力机上，主要采用伺服控制的液 压主驱动系统来提高压机的行程次数。在数控压机上配备伺服电机驱动的三坐标上下料装置，可使冲压中心实现高 效板材加工。将几种工艺或几个工序复合在一台机床上完成，是当前各类机床大 幅压缩生
11、产辅助时间，提高生产率的重要技术途径，在锻压机械上也得到了成功 应用，效果十分显著。如：德国、美国、日本已相继开发出激光一步冲复合机， 将模具冲切与激光切割有机地结合起来，工件一次上料即可完成冲孔、冲切、翻 边、浅拉伸、切割等多道工序，最大限度地节省了辅助时间，特别适合孔型多而 复杂的面板类工件的加工及多品种小批量板料加工。312充分运用IT技术发展模具设计、制造模具与压力机是决定冲压质量、精度和生产效率的两个关键因素，用户对压 力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。外形车 身和发动机是汽车两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，技术 密集，体现当代模具技术
12、水平，是车身制造技术的重要组成部分。车身模具设计 和制造约占汽车开发周期三分之二的时间，成为汽车换型的主要制约因素。目前 世界上汽车的改型换代一般约需48个月，而美国仅需30个月，主要得益于在模 具业中应用了 CAD/CAE/CAM技术和三维实体汽车覆盖件模具结构设计软件。 另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体，实现异地设计和异地制造。 虚拟制造等IT技术的应用，将推动模具工业的发展。313缩短金属成型模具的试模时间主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在生产型机械压力 机上的模具试验时间可减少80%，具有巨大的节省潜力。这种试模机械压力机的 发展趋势是采用多连杆拉伸压力机
13、，它配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状 态记忆功能。3.1.4车身制造中的级进冲模发展迅速在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接 件作业，都是众所周知的冲压技术。近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开 始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件，加工 的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪 切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用， 其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶 梯模相比，节约30%。但是，级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输 的带材
14、边缘材料表面硬化的限制主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能 完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优先考虑在多工位压力机上加工。4、我国锻压工业的现状及发展对策冷冲压方面，目前我国主要汽车生产厂，约有90%的冲压线采用一台双动拉 伸压力机（或多杆单动拉伸压力机）和4-6台单动压力机组成冲压流水线，手工 上下料完成大型覆盖件的冲压生产，生产效率低，生产节拍最高只有3-5次/分； 人身安全和工件环境差；在手工上下料和传送工件过程中，易造成工件划伤等缺 陷，冲压制件质量差；整条冲压线长60米左右，约需20-24名操作工人，占地 面积大，人工成本高，冲压件制造成本比国外高2-3倍，是我国汽车工业严
15、重缺 乏市场竞争力的重要因素之一。我国有90%的冲压线采用人工上下料，另有10% 的冲压线实现了单机联线自动化，生产节拍最高为6-8次/分，而代表当今冲压 技术国际水平的大型多工位压力机，在我国汽车工业中的应用仍是空白。这也是 我国冲压行业与西方发达国家的主要差距所在，在很大程度上制约了我国汽车工 业的发展。热锻方面，大型自由锻造的设备能力过剩，设备布局分散，利用率极低，机 械化、自动化程度低，锻件加工余量大，工人劳动条件差，劳动强度大。国内自 行设计制造了三条800T双机联动快锻机组，但自动化程度不高；国内冶金行业 引进少量的快锻机组和精锻生产线；汽车大型模锻件的自动化方面，只有一汽、 二汽
16、等少数大公司从国外引进热模锻压力机自动线，绝大部分仍采用蒸空模锻锤 和压力机模锻相结合的格局，自动化程度低；中小件的模锻，仍然是模锻锤占多 数，基本上是手工操作，锤上模锻机械手实际应用很少，高速自动热锻机主要依 赖进口。随着我国工业技术水平的发展，特别是以轿车为代表的汽车工业快速发展， 带动汽车零件的产量和质量不断提高。但必须清醒地认识到，中国与国际先进水 平仍有很大差距，而且随着加入WTO，国际大汽车公司必然严重冲击中国汽车 工业，国内同行之间的竞争也将日趋激烈。中国汽车工业的发展，离不开装备工 业的大力支撑，锻压设备制造业必须满足汽车工业大批量生产的要求，向自动化、 高效率方向发展。大型自由锻造向数控化、高精度化、专业化发展；用精锻和冷 温挤压逐步代替中小自由锻件。汽车车身覆盖件冲压向单机联线自动化特别是大 型多工位压力机方向发展。根据
