我國(guó)曲軸生產(chǎn)裝備的現(xiàn)狀

文/夏占雪·第一拖拉機(jī)股份有限公司工藝材料研究所

阮艷靜，劉亞麗·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠

我國(guó)曲軸生產(chǎn)裝備的現(xiàn)狀

文/夏占雪·第一拖拉機(jī)股份有限公司工藝材料研究所

阮艷靜，劉亞麗·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠

裝備現(xiàn)狀

目前，我國(guó)生產(chǎn)曲軸所用的設(shè)備有熱模鍛壓力機(jī)、電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、模鍛錘、摩擦壓力機(jī)和模鍛液壓機(jī)等，其中熱模鍛設(shè)備占的比例較大，主要用于生產(chǎn)轎車曲軸以及重量在150kg以內(nèi)的中重型商用車曲軸；電動(dòng)螺旋壓力機(jī)在最近幾年得到了快速增長(zhǎng)，主要生產(chǎn)重量在70kg到200kg的商用車曲軸；模鍛錘設(shè)備由于滿足不了曲軸技術(shù)的需要，正在逐漸退出曲軸市場(chǎng)，但是，重量在200kg以上的重型曲軸，目前仍然依靠模鍛錘生產(chǎn)；少數(shù)企業(yè)受資金的制約，采用多臺(tái)摩擦壓力機(jī)或模鍛液壓機(jī)聯(lián)合生產(chǎn)曲軸的模式。

熱模鍛壓力機(jī)

1931年美國(guó)國(guó)民機(jī)器公司設(shè)計(jì)制造的熱模鍛壓力機(jī)，其剛度和部件的基本組成類似于平鍛機(jī)，采用具有象鼻導(dǎo)向的滑塊，離合器安置在傳動(dòng)軸上。但是，熱模鍛壓力機(jī)的速度比同樣公稱壓力的平鍛機(jī)快1～2倍，從而根本上減少了加熱鍛件或毛坯與模具的接觸時(shí)間和鍛件表面層的冷卻時(shí)間，為保證模鍛復(fù)雜形狀鍛件的精度建立了先決條件。

到了20世紀(jì)40年代，這種設(shè)備結(jié)構(gòu)得到了進(jìn)一步完善，通過(guò)把離合器移到偏心軸上，在飛輪上設(shè)置保險(xiǎn)摩擦離合器，提高了各個(gè)部件的工作特性和設(shè)備生產(chǎn)的適應(yīng)性。隨后的二十多年里，這種設(shè)備得到了廣泛的推廣使用。從60年代起，為了提高鍛件的精度、生產(chǎn)效率和壓力機(jī)工作的可靠性，克服傳統(tǒng)熱模鍛壓力機(jī)的缺點(diǎn)，開(kāi)始從結(jié)構(gòu)著手尋求新的解決途徑，從而使熱鍛模壓力機(jī)進(jìn)入了多樣化的發(fā)展階段。隨著技術(shù)的發(fā)展，英國(guó)的馬賽公司及美國(guó)的國(guó)民機(jī)器公司生產(chǎn)的SP系列熱模鍛壓力機(jī)，德國(guó)的奧姆科公司與俄羅斯的TMP公司先后開(kāi)發(fā)出了更先進(jìn)的MP系列的熱模鍛壓力機(jī)，德國(guó)的奧姆科公司在MP系列壓機(jī)的基礎(chǔ)上又成功開(kāi)發(fā)了KP系列的熱模鍛壓力機(jī)。

到了20世紀(jì)80年代，熱模鍛壓力機(jī)的制造技術(shù)趨于成熟，并開(kāi)始大批量的應(yīng)用于全球各地的鍛造企業(yè)。熱模鍛壓力機(jī)上模鍛曲軸主要具有鍛件加工余量小，尺寸公差嚴(yán)，模鍛斜度小，鍛件精度高，質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，非常適合自動(dòng)化生產(chǎn)線。熱模鍛壓力機(jī)的多模膛鍛造也非常適用于曲軸產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低，對(duì)周圍環(huán)境的污染較小，是生產(chǎn)曲軸產(chǎn)品最理想的鍛壓設(shè)備。

我國(guó)在20世紀(jì)80年代從德國(guó)奧姆科公司引進(jìn)了全套熱模鍛壓力機(jī)制造工藝，并于90年代初期建造了2條12500t鍛壓機(jī)生產(chǎn)線，分別安裝在長(zhǎng)春一汽和十堰二汽，主要用來(lái)生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸產(chǎn)品。2000年以后，國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始陸續(xù)引進(jìn)大量的熱模鍛壓力機(jī)生產(chǎn)線，主要集中在6300～12500t之間（圖1）。

圖1 熱模鍛壓力機(jī)

電動(dòng)螺旋壓力機(jī)生產(chǎn)線

電動(dòng)螺旋壓力機(jī)（圖2）近兩年在我國(guó)曲軸鍛造行業(yè)得到了快速發(fā)展，這種設(shè)備的主要特點(diǎn)為，行程不固定，不會(huì)出現(xiàn)悶車，可以實(shí)現(xiàn)多次打擊，能量輸出可控、允許超負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，鍛件精度高，得到了很多國(guó)內(nèi)鍛造企業(yè)的青睞。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近幾年我國(guó)共引進(jìn)了10條萬(wàn)噸以上的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)生產(chǎn)線，幾乎和同時(shí)期熱模鍛壓力機(jī)的設(shè)備數(shù)量相當(dāng)，按照現(xiàn)有的發(fā)展速度，今后大有代替熱模鍛壓力機(jī)的趨勢(shì)。電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的快速發(fā)展依賴于以下5點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

⑴這種設(shè)備完全可以滿足曲軸自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，且比同噸位的熱模鍛壓力機(jī)的價(jià)格低。

⑵熱模鍛壓力機(jī)的維護(hù)要求高，對(duì)維修人員要求也高，而國(guó)內(nèi)大部分曲軸生產(chǎn)廠家缺少高素質(zhì)的設(shè)備維修人員。

⑶設(shè)備的電氣化、自動(dòng)化程度比熱模鍛壓力機(jī)高，操作簡(jiǎn)單。

⑷制造周期短，便于安裝運(yùn)輸，設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，比較適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)小批量、多品種的需要。

⑸國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)德國(guó)技術(shù)的信任與推崇。

圖2 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)

模鍛錘生產(chǎn)線

目前，國(guó)內(nèi)共有十多條專業(yè)生產(chǎn)曲軸的模鍛錘生產(chǎn)線，大都是20世紀(jì)70年代建設(shè)完成的，主要集中在一些大型國(guó)有企業(yè)，以人工操作為主，生產(chǎn)效率不高，勞動(dòng)強(qiáng)度大，污染嚴(yán)重，能源消耗大、生產(chǎn)成本高。從曲軸生產(chǎn)所需要的設(shè)備噸位分析，我國(guó)熱模鍛壓力機(jī)和電動(dòng)螺旋壓力機(jī)生產(chǎn)曲軸的最大重量為200kg，對(duì)于一些更大重量的曲軸，一般仍需要采用模鍛錘完成。但是目前一些企業(yè)走入一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為鍛錘是一種將要淘汰的設(shè)備，尤其是這幾年對(duì)大型設(shè)備的投資全部轉(zhuǎn)向電動(dòng)螺旋壓力機(jī)和熱模鍛壓力機(jī)，模鍛錘的發(fā)展趨于停滯，大噸位液壓鍛錘特別是程控液壓對(duì)擊錘沒(méi)有得到發(fā)展。因此，對(duì)于一些大型模鍛曲軸，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了生產(chǎn)瓶頸。一些企業(yè)只能通過(guò)多火鍛造的方式生產(chǎn)這類曲軸，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。國(guó)外這類曲軸的生產(chǎn)采用的是世界上最先進(jìn)的大噸位無(wú)砧座對(duì)擊錘，通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。今后，希望我國(guó)大型曲軸生產(chǎn)企業(yè)能夠加大這一類設(shè)備的投資力度。

摩擦壓力機(jī)與模鍛液壓機(jī)

選擇摩擦壓力機(jī)生產(chǎn)曲軸，可以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，但也存在一些問(wèn)題。摩擦壓力機(jī)設(shè)備由于其高能耗、低效率、只能單工位生產(chǎn)，模具的使用壽命比熱模鍛壓機(jī)低得多，各個(gè)工序之間的距離過(guò)大，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程不穩(wěn)定，產(chǎn)品的一致性差，長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮這種設(shè)備不適合生產(chǎn)曲軸。模鍛液壓機(jī)也存在和摩擦壓力機(jī)一樣的問(wèn)題，部分企業(yè)曾經(jīng)嘗試用模鍛液壓機(jī)生產(chǎn)中重型曲軸，但是并沒(méi)有取得成功，主要還是沒(méi)有認(rèn)識(shí)到曲軸生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵要素，以及缺少對(duì)前期裝備、工藝的調(diào)研分析。

裝備制造水平

在我國(guó)，熱模鍛壓力機(jī)的設(shè)計(jì)制造開(kāi)始于60年代，主要制造廠為一重、沈重等企業(yè)。第二重型機(jī)器廠是1978年從德國(guó)的Eumuco公司引進(jìn)技術(shù)后，開(kāi)始制造熱模鍛壓力機(jī)，并成為我國(guó)熱模鍛壓機(jī)的主要生產(chǎn)基地，通過(guò)40年的發(fā)展，我國(guó)已具有了自主設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代熱模鍛壓力機(jī)的能力。2000年以后，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)入熱模鍛壓力機(jī)自動(dòng)化線成套技術(shù)的發(fā)展階段。現(xiàn)階段雖然我們國(guó)家有一重、二重、沈重這樣的大型鍛壓裝備制造企業(yè)，但問(wèn)題仍然較多，主要集中在幾個(gè)方面。

⑴我們國(guó)家缺少專業(yè)化的大型鍛壓設(shè)備生產(chǎn)廠家來(lái)服務(wù)于鍛造行業(yè)，這么多年，從來(lái)沒(méi)有一家企業(yè)把鍛壓設(shè)備的制造放在首位，引進(jìn)的技術(shù)既沒(méi)有好好消化吸收，更談不上技術(shù)的革新，市場(chǎng)上什么掙錢做什么，哪個(gè)行業(yè)火就把它當(dāng)作主業(yè)，前幾年鋼鐵行業(yè)火的時(shí)候，全部資源投向鋼鐵行業(yè)的裝備，鍛壓設(shè)備的訂單扔到一邊，把客戶的合同當(dāng)兒戲，在鍛造行業(yè)內(nèi)造成了非常惡劣的影響。

⑵國(guó)內(nèi)企業(yè)缺少專業(yè)化的制造技術(shù)。企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種繁多、制造水平缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，創(chuàng)新性不夠，部分產(chǎn)品甚至到了全國(guó)一張圖紙的地步，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、交付率差等問(wèn)題尤其嚴(yán)重。

⑶高技術(shù)研發(fā)人員嚴(yán)重匱乏，開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品不能很好的適應(yīng)行業(yè)的需求與發(fā)展，設(shè)計(jì)理念仍然停留在單機(jī)操作的通用功能上，在多工位同步協(xié)調(diào)生產(chǎn)、設(shè)備與工藝相結(jié)合以及自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用等方面仍與國(guó)外相差較大。

⑷在輔助設(shè)備上也存在一些問(wèn)題，比如鍛前加熱領(lǐng)域，雖然國(guó)內(nèi)有上百家感應(yīng)加熱設(shè)備廠，但是有能力生產(chǎn)大功率曲軸加熱爐的企業(yè)，只有幾家。國(guó)內(nèi)企業(yè)仍然在采用低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)方式去做市場(chǎng)，而不是努力減少與外資的差距，當(dāng)然這也和國(guó)內(nèi)前幾年的市場(chǎng)需求有關(guān)。當(dāng)今企業(yè)已經(jīng)不再把價(jià)格作為第一要素，節(jié)能環(huán)保、可靠穩(wěn)定才是企業(yè)的首選。國(guó)內(nèi)近幾年新上的曲軸生產(chǎn)線幾乎全部采用外資公司生產(chǎn)的加熱爐，這個(gè)問(wèn)題非常值得國(guó)內(nèi)同行去思考。

自動(dòng)化技術(shù)

自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用是近兩年鍛造行業(yè)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，由于傳統(tǒng)生產(chǎn)線主要是以人工操作為主，勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，采用自動(dòng)化技術(shù)可以最大限度的減小人工因素的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。過(guò)程監(jiān)控和安全生產(chǎn)監(jiān)控全部由總線系統(tǒng)控制。有專門的總控室，采用分區(qū)域啟動(dòng)、分區(qū)域控制的方法來(lái)完成整個(gè)生產(chǎn)線的控制，總線控制系統(tǒng)完成整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)控制和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)記錄，負(fù)責(zé)整條生產(chǎn)線的自動(dòng)控制，協(xié)調(diào)、控制、保障整條鍛造生產(chǎn)線安全、可靠、高效地運(yùn)行。自動(dòng)化生產(chǎn)線與傳統(tǒng)生產(chǎn)線比較，可以極大的提高生產(chǎn)效率，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是今后曲軸鍛造線的重點(diǎn)發(fā)展方向。圖3為自動(dòng)化曲軸生產(chǎn)線。

圖3 自動(dòng)化曲軸生產(chǎn)線

國(guó)內(nèi)缺乏具有鍛造行業(yè)自動(dòng)化連線經(jīng)驗(yàn)的公司，目前有實(shí)力的自動(dòng)化企業(yè)只有2～3家，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了鍛造行業(yè)自動(dòng)化實(shí)施的需要；在自動(dòng)化的實(shí)施過(guò)程中，由于這些自動(dòng)化企業(yè)里面缺少懂鍛造工藝的專業(yè)技術(shù)人員，導(dǎo)致在實(shí)施過(guò)程中，不能完全達(dá)到或者滿足客戶的技術(shù)要求，生產(chǎn)節(jié)拍、加熱效率，能耗、模具壽命等與客戶的預(yù)期差距較大；一些客戶在前期技術(shù)調(diào)研過(guò)程中，只是照搬一些國(guó)外的參數(shù)，沒(méi)有結(jié)合企業(yè)自身的現(xiàn)狀進(jìn)行施工，也是導(dǎo)致在自動(dòng)化生產(chǎn)效果未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的一個(gè)主要因素。因此我們國(guó)內(nèi)鍛造自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用仍需要一段時(shí)間的消化與吸收，等到我們企業(yè)的人員素質(zhì)、技術(shù)水平能夠滿足新技術(shù)的要求以后，我們的自動(dòng)化技術(shù)水平才會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。