興鍛4000 噸擴展型熱模鍛壓力機的創新

文／李江國，梁志群，趙蘭磊，于勇濤，李秀全·江蘇興鍛智能裝備科技有限公司

截止目前，我國大陸生產熱模鍛壓力機的廠家有二三十家，國內絕大部分生產廠家采用了我國于80 年代引進的、屬于70 年代水平的德國EUMUCO 技術平臺，只進行了消化吸收，并沒有進行任何重大技術升級，基本上還停留在40年前的技術水平上，除了驅動、控制元器件和電控系統有整體升級外，主機在很多方面甚至還達不到40年前德國的技術水平，很難適應我國的自動鍛造主機市場。

我國熱模鍛壓力機的問題點

故障具體表現

當前國產設備存在著故障率高、關鍵時候掉鏈子、難挑生產重擔、用戶投資回報率低、對操作工人和維護工人的要求比較高等問題，設備具體故障體現在以下幾點：

⑴離合器故障。

離合器故障率非常高，占據了熱模鍛壓力機總故障的50%左右，是國產熱模鍛壓力機頭號故障源。具體有：

1)摩擦塊壽命非常低：根本原因是摩擦塊強度嚴重不足，導致摩擦塊大概率以碎裂的形式失效(圖1)，正常情況下應該是以磨損的形式失效，而摩擦塊的壽命一般只有50 萬～100 萬次或3 ～6 個月，嚴重時會導致摩擦盤的碎裂(圖2)；

2)進油打滑；

3)散熱不良導致的過熱不能正常脫開，是導致連擊的因素之一；

4)摩擦系數降低導致的打滑；

5)控制閥故障造成連擊；

6)密封圈壽命低；

7)制造精度低，尺寸誤差和形位誤差大，導致摩擦塊偏磨，局部過熱而碳化；

8)離合器活塞導向精度差，使密封圈偏磨嚴重，壽命大幅降低。

⑵制動器故障。

制動角太大，有的機型超過100°，導致停止角波動太大，難以適應自動化鍛造的需求。

⑶封高調節故障。

1)由于鎖緊機構不能完全脫開導致傳動機構容易卡死，進一步導致調節齒輪輪齒和萬向聯軸器折斷；

2)只能在上死點調整封高，制動角波動太大后導致封高無法調整。

⑷壓力機振動/晃動大。

國產熱模鍛壓力機常見的偏心軸結構見圖3，偏心質量過大導致壓力機在啟動的瞬間晃動幅度較大。

⑸下頂出機構（圖4）氣缸（復位缸和高保缸）線速度高、故障率高。

氣缸的線速度一般不允許超過0.5 米/秒，否則會導致氣缸內壓力超過1MPa，使密封圈的壽命大打折扣。高保氣缸和復位氣缸的線速度一般會超過這個值，容易出現故障。在需要加大頂出行程時，問題更加突出。

我公司新開發的4000 噸擴展型熱模鍛壓力機下頂出行程超過180mm，氣缸的線速度超過3.5 米/秒，如果不采用新的方案，氣缸就會頻繁出現故障甚至頻繁報廢。

⑹組合機身大螺母松脫。

國產設備廠處境堪憂

⑴本來熱模鍛壓力機的發展與汽車工業的發展成正比，歐、美、日、俄熱模鍛壓力機的普及率非常高，然而，我國汽車工業在過去十多年的爆發式增長過程中，熱模鍛壓力機保有量的增長非常緩慢，電動螺旋壓力機卻異軍突起，最近十年有上千臺的電動螺旋壓力機進入市場，擠占了本應屬于熱模鍛壓力機的市場份額。

⑵外國品牌的熱模鍛壓力機（自動線）占據了50%左右的大陸市場（如果按合同額計，則超過80%），這是其他任何傳統制造業細分市場都沒有的現象。

⑶所有廠家的技術水平沒有明顯差異，只是在制造裝備方面和配套件方面有一定區別。

⑷競爭加劇，每個廠家的產量都不高（平均每年2～3臺，有的廠家幾年才生產1 臺），生產非常分散，技術難以成熟。

⑸研發投入沒有積極性，不可能升級換代。

興鍛熱模鍛壓力機的創新

為改善國內市場熱模鍛壓力機短缺的現象，興鍛研發了4000 噸擴展型熱模鍛壓力機（圖5），具有如下創新：

總體技術特點：五新+四超

興鍛開發的熱模鍛壓力機技術上主要概括為五新+四超。

⑴標準型（五新）：新型離合器、新型制動器、新型封高調節機構、新型下頂出機構、新型偏心軸動載平衡技術。

⑵擴展型（非標準型，四超）：滑塊超長行程、超寬臺面、下頂出超長行程、下頂出超大噸位，主要針對5 工位、立式熱擠、鋁（鎂）合金成形等特種新型成形工藝定制生產。

其他改進包括：飛輪（大齒輪）軸承自動潤滑、下頂出可拆模塊、稀油潤滑、離合器采用雙聯電磁閥、十軸伺服步進梁機械手。

標準型五新創新

⑴新型離合器的創新點。（已經申請專利ZL 2018 2 0569619.8）

1)雙排摩擦塊降低比壓（圖6），防止摩擦塊碎裂；

2)散熱筋、槽（圖7），降低離合器溫度，提高生產效率；

3)排油（通道），避免潤滑油進入摩擦區；

4)排屑（通道），防止磨屑在摩擦對偶之間累積影響摩擦性能；

5)偏心軸動載平衡技術（平衡塊見圖8），降低壓力機晃動的幅度；

6)增強導向，降低離合器密封圈的磨損。

⑵新型制動器。

興鍛新開發的熱模鍛壓力機，其制動器的制動角設計值范圍為25°～30°，停止角波動范圍≤±5°，需要時可達1°～3°。

⑶新型封高調節機構。

興鍛熱模鍛壓力機有兩種封高調節機構可供用戶選擇，第一種是盤式電機/伺服電機（帶制動）+雙渦輪蝸桿+液壓鎖緊機構，屬于標準配置；第二種是伺服液壓調整機構，屬于選配裝置，該機構可以在非鍛造區任意位置和時刻對封高進行調整，同時具有解除悶車功能。

⑷新型下頂出機構。

1)通過扇形齒輪機構降低高保缸的線速度；

2)采用氮氣彈簧做復位缸，將需用線速度提高至1.6 米/秒。

⑸新型偏心軸及其動載平衡技術。

1)離合器摩擦盤增設平衡塊；

2)偏心軸中間鏤空（圖9），減小偏心質量及其轉動慣量。

⑹飛輪/大齒輪軸承自動潤滑。

大部分國產熱模鍛壓力機采用手工潤滑的方式，但由于操作維護工人的疏忽大意或者更替導致的軸承燒壞是非常普遍的，幾乎每臺壓力機在其生命周期內都至少會出現一次，每次停機一般會影響生產2 ～4 個月；而將其改為自動潤滑后，可以把該處的故障降至最低。

⑺離合器采用雙聯電磁閥可以最大限度避免連擊。

⑻十軸步進梁機械手（圖10）。

擴展型四超創新

⑴超寬臺面：超過普通機型30%。

⑵滑塊超長行程：超過普通機型50%。

⑶下頂出（機械）超長行程：可達180 毫米，普通熱模鍛壓力機在這么長行程時一般采用液壓頂出。液壓下頂出對于高效自動化生產來講是一個瓶頸。

⑷下頂出（機械）超大頂出力：可達200 噸，普通熱模鍛壓力機一般采用液壓頂出。

總結

目前，由4000 噸擴展型熱模鍛壓力機為主體組建的40000kN 新型熱模鍛壓力機智能自動化生產線已經安裝完畢并通過檢驗。興鍛自主研發制造新型熱模鍛壓力機應用五大新型技術，屬國內首臺套新型寬臺面40000kN 熱模鍛壓力機，徹底改善目前市場中設備缺陷現象，同時也顛覆了行業內對國產熱模鍛壓力機的固有觀念，在國內熱模鍛壓行業引起了熱烈反響，體現了我公司技術不斷創新并引領行業趨勢發展、推動智能化鍛壓事業的匠人精神和企業責任。