智能鍛壓機械發展展望（二）

閔 鵬

（徐州浩通新材料科技股份有限公司，江蘇 徐州 221004）

（接上期）

2 擠壓機

擠壓機有立式擠壓機、臥式擠壓機；有單動擠壓機和雙動擠壓機，有正向擠壓機，也有反向擠壓機；有黑色金屬擠壓也有有色金屬擠壓機。其根據工藝不同，適用于不同產品。我國擠壓機有重型機械研究院、燕山大學、清華大學等企業和高校。燕山大學趙長材教授2010年研制CNG氣瓶拉拔生產線。該生產線包括40MN擠壓液壓機（圖24）、6.3MN拉伸液壓機、全套模具、物料運輸系統、機器人、加熱爐、高壓水除磷系統、4.5MN頂底機、406氣瓶熱旋壓機、鋸切下料系統等組成。重型機械研究院從事擠壓機研究有幾十年歷史，研制的安裝在河北宏潤重工的500MN立式擠壓機（圖25），重型機械研究院研制的125MN臥式擠壓機（圖26）。

中國在建和已經建成立式擠壓和臥式擠壓機噸位及數量為世界第一，但等溫擠壓和寬幅擠壓落后于世界；模具設計理論、方法和結構等方面落后；擠壓工藝落后、工藝研究少有突破；主機結構單一；自動化程度低；模具機構創新和精密加工方面差距較大；擠壓設備的數量、規格和類型分布欠合理；重型、超重型臥式黑色金屬擠壓機發展滯后，特別是在大數據、物聯網、自動化、智能化程度方面更是欠缺。急需進行擠壓壓力機大型化、智能化、超高壓、液壓泵直控技術、大型伺服泵閥的研制，跟上中國制造2025步伐。

3 板材成形設備

3.1 折彎機

早期的折彎機結構簡單，采用飛輪傳動結構和離合器制動器控制系統，結構基本與機械壓力機相同。機械折彎機在相當長時間內處于主流位置，直到上世紀30年代出現液壓折彎機，帶來了折彎機在結構上的一次突破，既是對傳統機械折彎機的一次挑戰，也成為折彎機史上的一場革命。50年代法國考利（Krupp）公司的扭矩同步帶機械擋塊的液壓折彎機和法國普羅梅坎（Promecam）公司下傳動液壓折彎機的問世，開創了液壓折彎機發展的新局面。從此，折彎機得以迅速發展，60年代中期研制出數控折彎機，采用了電液伺服系統實現雙缸同步，同步精度達到0.01mm。70年代中期又開發出了CNC折彎機。1979年奧地利諾瓦（Nova）公司制造過一臺壓力為10000kN,長度為7.3m的機械折彎機，總重量達113t。以后再也沒有見到生產大規格折彎機的報道。國外知名折彎機有德國的GWF公司、EHT公司、由那沙特（Jonescheit）、費舍爾（Fischer）、魏因布來納（Weinbrnner）、維格公司、比利時的LVD公司、HACO公司、法國的考利公司、瑞士的黑默爾 (Haemmerle)公司、意大利的薩瓦尼尼公司、荷蘭的達利（Darley）公司、薩弗蘭公司、日本的天田（Amada）公司（以下簡稱日本天田）、東洋公司等。日本天田在60年代引進普羅梅坎公司技術，后來收購了該公司。至今，國外液壓折彎機已占折彎機總數的95%，有些公司百分百地生產液壓折彎機[9]。

我國研制折彎機的公司主要有湖北三環鍛壓設備有限公司（以下簡稱三環鍛壓）、天水鍛壓機床（集團）有限公司（以下簡稱天水鍛壓）、無錫金球機械有限公司（以下簡稱無錫金球）、江蘇金方圓集團有限公司（以下簡稱金方圓）、江蘇揚力集團、濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司等。三環鍛壓是國內生產折彎機最早的廠家之一，具有六十多年折彎機生產歷史，引進比利時折彎機技術，生產數控液壓折彎機，其2-PPEB雙臺聯動電液伺服數控折彎機（公稱力1600kN～80000kN）如圖 27所示。天水鍛壓也是我國生產折彎機最早的廠家之一，具有50多年折彎機生產歷史，生產各種規格折彎機，其生產的2-WE67K系列雙機聯動折彎機（公稱力3000kN～5000kN）如圖28所示。國內折彎機通過引進、吸收、改進，在全球折彎機領域具有一定競爭力，但折彎機模具、自動化與專用機器人操作、柔性化等方面還需下功夫。

3.2 剪板機

自從1859年英國福納（Furnnal）公司制造出世界上第一臺機械剪板機以來，剪板機已走過了150多年的歷史。1902年美國制造出剪板機，不久德國也制造出剪板機。不過，最初生產的剪板機無一例外都是曲軸傳動的機械式剪板機。盡管現在的機械式剪板機看起來與當時生產的相比可以說是大相徑庭，但其基本原理并沒有很大差別。1946年英國羅德斯（Rhodes）公司設計出世界上第一臺液壓傳動剪板機，是剪板機發展史上的一個飛躍。在上世紀50年代，剪板機由于受當時液壓元件技術和控制系統功能的限制，在相當長一段時間，液壓剪板機的發展比較緩慢，機械剪板機仍然占據主導地位。到了上世紀60年代，液壓剪板機發展迅速，已經與機械剪板機并駕齊驅，平分秋色。70年代后進一步發展，占據了主導地位，液壓剪板機出現逐步取代機械剪板機的趨勢。辛辛那提（Cincinnati）公司制造第一臺數控剪板機。80年代以來，各種形式的剪切中心不斷出現，板材剪切過程的完全自動化和柔性化已經成為成熟的技術[9]。除了一些手動和小型剪板機仍然采用機械傳動外，液壓剪板機占有絕對優勢，說其一統天下，也并非言過其實。

150年來，剪板機的機構和技術以及控制方式都有了顯著進步。隨著電子技術、計算機技術、控制技術、機器人的輔機技術的發展，作為板材加工機械中的主要機種之一的剪板機，在極為廣泛的領域得到使用。世界上制造剪板機的廠家有數百家，中國也有幾十家。世界比較著名的剪板機廠家有比利時LVD、哈克，荷蘭的達利，日本的天田，法國的考利，英國的埃德瓦茲·皮爾森（Edwards Pearson）公司，德國的GWF公司、萊因哈特公司、BBM公司、費舍爾公司等。德國GWF公司開發的世界最大的剪切中心示意圖如圖29所示。國外剪板機已完全自動化和柔性化，與之配套的上料、送料、出料、分選和堆垛生產線已經成熟，只要與大數據、物聯網工業4.0結合，就完全具備工業4.0要求。

我國研制剪板機的公司有三環鍛壓、天水鍛壓、無錫金球、廣東力豐、金方圓集團、揚力集團等。三環鍛壓是國內生產剪板機最早的廠家之一，具有六十多年折彎機生產歷史，引進比利時剪板機技術，生產數控液壓剪板機，其生產的HGS系列液壓剪板機，普通鋼30mm/不銹鋼20mm，如圖30所示。天水鍛壓也是我國生產剪板機最早的廠家之一，具有50多年折彎機生產歷史，生產各種規格剪板機，其生產的RD-QC11K-16×12000最大剪切厚度16mm，最大剪切長度12000mm，為國內首臺多工位柔性剪切生產線（圖31）。國內剪板機通過引進、吸收、改進，在世界折彎機領域也具有一定競爭力，雖然個別企業在柔性化方面取得一定成績，但與折彎機一樣，剪板機模具、自動化與機器人操作、柔性化，特別是智能化方面還需下大功夫。

3.3 卷板機

卷板機采用機械傳動已有幾十年的歷史，因其結構簡單，性能可靠，造價低廉，至今在中、小型卷板機中被廣泛應用。80年代，前蘇聯、美國、英國、德國、日本等西方發達國家開始研制數控全自動卷板機。國外卷板機同折彎機一樣，設備即生產線技術已經成熟，只要與大數據、物聯網工業4.0結合，就完全具備工業4.0的要求。

我國目前生產卷板機企業有長治鍛壓機床廠（以下簡稱長治鍛壓）、泰安華魯鍛壓機床有限公司（以下簡稱華魯鍛壓）、第一重型機器廠等。長治鍛壓具有幾十年的卷板機生產歷史，1984年引進了具有80年代水平的日本富士車輛公司（Fujicar）水平下調式三輥卷板機制造技術。為我國目前生產卷板機技術較為先進的企業。其CDW11TNC-32-13500船用三輥卷板機如圖32所示。華魯鍛壓也是我國主要生產卷板機機企業之一，1968年建廠，生產大型數控卷板機、矯平機、坡口成形機、剪板機、折彎機、開卷矯平剪切生產線、冶金設備等七大系列產品，是多項國家“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項承擔單位，生產的WEF11K-30-18000船用三輥卷板機（圖33），取得專利22項，其中發明專利6項。我國卷板機通過引進、消化吸收、創新，取得了技術上突破，與輔機結合，形成自己特色。但新材料、航空航天、船舶工業發展對卷板機技術提出更高要求，研制大噸位、自動化與機器人操作、柔性化，特別是智能化卷板機方面還需下大功夫。

4 機械壓力機及壓力機生產線、大型多工位壓力機生產線、高速壓力機生產線

4.1 機械壓力機及生產線、伺服壓力機及生產線

上世紀 50年代以前主要是曲軸驅動機械壓力機，上世紀50年代末60年代初，偏心齒輪驅動機械壓力機基本上代替了曲軸驅動；60年代及以前主要精力放在壓力機主機的研發上；70年代以來則主要開發壓力機輔助設備及連線自動化，在壓力機使用工藝上下功夫。同時，西方國家開始研發多連桿壓力機，60年代中期德國舒勒（Schuler，以下簡稱德國舒勒）公司首先推出了多連桿傳動機構和多連桿壓力機，隨后影響了歐、亞和北美；70年代隨著壓力機輔助設備的研發，壓力機生產線開始研制并實際應用，單機沖壓生產線使壓力機行程利用率達到75%；80年代電子控制式輔機進入金屬成型沖壓領域，如采用二維、三維送料裝置，機器人上下料裝置，數字長度控制裝置，以及多工位壓力機單獨控制的電子送料裝置等；80年代中期，德國舒勒、日本日立（Hitachi，以下簡稱日立）等公司推出了超大型的四立柱、三維多工位壓力機，并且研制成功雙動壓力機和液壓模墊的應用，使得首臺雙動壓力機+幾臺單動壓力機組成的生產線開始應用，隨后推出了首臺帶液壓模墊的單動壓力機+幾臺單動壓力機組成的生產線。大型多工位單機柔性加工生產線也投入市場，極大促進了汽車、家電、農機、航天等工業的發展；90年代伺服壓力機的研發，促進了壓力機技術的進一步發展，使鍛壓機械向智能一代邁進了一大步，部分企業的個別產品實現了智能及近似智能鍛壓一代。德國舒勒、日本小松（Komatsu，以下簡稱小松）、天田、會田（Aida，以下簡稱會田）、日立等都推出了各種系列伺服壓力機。迄今為止，世界已能生產60000kN汽車大梁壓力機，30000kN雙動四點拉伸壓力機，60000kN多工位壓力機，32000kN四點多連桿多工位伺服壓力機，整線93000kN多機連線四點多連桿多工位伺服壓力機和機械壓力機生產線。世界壓力機主要生產廠家有德國舒勒、西班牙法格（Fagor）、美國明斯特（Minster，以下簡稱美國明斯特）、維爾森（Verson）、日本小松、天田、會田、日立等。德國舒勒安裝于寧波大眾的81000kN伺服壓力機生產線（圖34），其生產節拍為最大15次/分鐘。其生產線具有近似智能鍛壓一代的特點。

我國壓力機生產廠家眾多，有原機械部16家鍛壓企業濟二、徐州集團、揚州鍛壓、榮成鍛壓機床廠、高密高鍛機床有限公司、西安西鍛機械有限公司等，也有新型企業揚力集團、濟南邁特力科技集團有限公司、中安重工自動化設備有限公司（以下簡稱中安重工）、榮成華東鍛壓機床有限公司、浙江易鍛精密機械有限公司、寧波精達成形裝備股份有限公司等。其中濟二1937年建廠，具有六七十年鍛壓機械生產歷史，為我國鍛壓機械龍頭企業。目前生產單、雙、四點機械壓力機和多連桿壓力機及生產線。具備與世界先進鍛壓企業競爭能力，其產品出口美國，先后為福特汽車配備2000t、5000t重型單機多連桿多工位生產線，為福特第九條重型單機多工位多連桿壓力機生產線合同正在執行中，成為通用、福特、奔馳、鈴木、本田、日產等國際汽車巨頭的全球供應商，被國外客戶譽為“世界三大沖壓裝備制造商”之一，已具有生產工業4.0、中國2025智能鍛壓機械能力。其安裝在福特汽車底特律工廠的大型高速沖壓生產線如圖35所示。中安重工為客戶生產的ML-2500-6200-2500型25000kN閉式四點多工位沖壓生產線如圖36所示。我國最早研究伺服壓力機的院校有西安交通大學趙升噸教授、廣東工業大學孫友松教授、華中科技大學張宜生教授；徐鍛集團、濟二、天鍛等也研制大型閉式四點伺服壓力機生產線，并交付用戶。濟二為上海通用武漢分公司生產的50000kN大型全伺服沖壓生產線如圖37所示，最高生產節拍達到每分鐘18次，效率提高20%。我國機械壓力機及生產線、伺服壓力機及生產線個別企業個別產品具備工業4.0和中國制造2025能力，但大部分企業及產品不具備其能力，需要在產品升級換代、大數據、物聯網、壓力機輔機、功能元器件、模具等方面下功夫。

4.2 高速壓力機

高速壓力機有100多年的發展歷史，美國亨利拉特公司（Henry Wright）于1910年制造了世界上最早的四柱底傳動高速壓力機，當時稱為Dieing Machine,曲軸裝在工作臺下面；日本能率、會田也分別在1947年、1949年和1950年成功研制底傳動高速壓力機。20世紀50年代，聯邦德國、美國、瑞士的幾家鍛壓企業為適應大批量矽鋼片和薄型零件生產，研發了早期的上傳動高速壓力機；1953年德國舒勒公司生產出首臺1250kN閉式雙點上傳動高速壓力機。上世紀60年代，瑞士布魯德爾（Bruderer）公司研制出柱式導向的上傳動高速壓力機。1974年美國明斯特公司研制出超高速“蜂鳥（Hummingbrid）”HB2-60壓力機。1975年開發的HB2-30高速壓力機，行程次數達到2000次/min。隨后，德國、日本也研制出了超高速壓力機。20世紀80年代,高速壓力機出現了較大變化，日本能率制作所小型超高速壓力機行程次數達到3000次/min，日本電產京利（Nidec kyori） 的 MACH-100超高速壓力機在100kN、8mm行程時，行程次數達到4000次/min。同時，在提高下死點動態精度上推出了一批新型、高速、高精度高速壓力機。如日本三菱公司生產的HP系列超精密壓力機，使滑塊在下死點的位置精度控制在5μm以內；在300～1000/min運行時，壓力機振幅低于50μm。日本電產京利的FDA-F系列壓力機在離合器、制動器控制回路中具有飛輪速度自動補償功能，在行程次數1200次/min范圍內高速運行時，滑塊第一個行程和第二個行程的下死點偏差僅有10μm。還推出了一系列中、大型高速壓力機。意大利的Blaconi公司推出的2DMHS系列6300kN、滑塊行程35mm時，行程次數達到320次/min。美國明斯特公司PM4-600，在公稱力5400kN、滑塊行程30mm時，行程次數達到350次/min。20世紀末，隨著全球家電、汽車工業的高速發展，帶動了高速壓力機的進一步發展。日本會田公司推出了雙邊的MSP系列高速壓力機，采用單排四點結構，精度更高。日本山田多比（Yamada Dobby）在其EPISODE系列高速壓力機部分機型采用單排三點結構，其ESP-200行高速壓力機，在公稱力2000kN、滑塊行程30mm時，最高行程次數450次/min。ESP-220為單排四點結構，在公稱力2200kN、滑塊行程30mm時，最高行程次數420次/min。這些產品滿足了高精度電機定轉子的沖壓要求。此外日本株式會社ISIS于2004年開發的單排三點結構高速壓力機PLRNOX80-16,最高行程次數為500次/min。主要用于電子內零件的高速沖壓[10]。日本株式會社ISIS三點結構閉式高速壓力機如圖38所示。日本會田公司推出MSP系列單排三點、四點結構閉式高速壓力機（圖39）。國外高速壓力機不但行程次數高，精度也高，產品可靠性好，技術水平已發展到極致。其與工業4.0結合，完全具備智能一代鍛壓機械特征。

我國（不含臺灣地區）高速壓力機起步較晚，始于濟南鑄鍛所“六五”期間承擔的原機械部“60t閉式高速精密壓力機”項目，1982年由濟鑄鍛所和北京低壓電器廠共同研制我國第一臺高速壓力機J75G-60（公稱力600kN，沖壓次數400次/min）,隨后研制出了公稱力300kN，沖壓次數為600次/min高速壓力機。20世紀80年代中期，齊齊哈爾第二機床廠從德國引進SA系列中800kN、1250kN、2000kN三個規格的高速壓力機，用于中小型電機定轉子級進模沖壓加工；原上海第二鍛壓機床廠從德國豪立克-羅斯（Haulick+Boos）公司引進RVD32-540和RVD63-800兩個規格的高速壓力機，并在此基礎上開發了1000kN、1250kN、2000kN 三個規格，后期推出了全新的J75G-800型高速壓力機，公稱力800kN，最高滑塊行程次數900次/min。徐鍛集團自主研發了J75G-100閉式雙點高速壓力機，在滑塊行程30mm時，最高行程次數300次/min，在此基礎上，開發了JF75G-200閉式雙點高速壓力機，最高行程次數200次/min，同時推出了J21G系列高速壓力機（公稱力250～600kN）,滑塊行程 30mm，最高行程次數 300次/min；2003年推出了VH系列開式高速壓力機，并對原閉式雙點高速壓力機進行技術改造，于2006年完成國內首臺套3000kN閉式雙點高速壓力機研制，形成了公稱力800～3000kN、行程次數150～450次/min的閉式雙點高速壓力機（圖40）。2004年研制的SH-25型開式超高速壓力機，滑塊行程20mm時，行程次數1200次/min，并進行系列化研發，形成160～500kN開式超高速壓力機。隨后揚鍛集團、寧波精達成形裝備有限公司、揚力集團、寧波米斯克精密機械有限公司（以下簡稱寧波米克斯）、山東金箭精密機器有限公司、中山市勝龍鍛壓機械有限公司等陸續開發出開式高速、閉式雙點高速壓力機。其中揚鍛集團開發出了800-3000kN的J76閉式雙點高速壓力機，三排單點機構閉式高速壓力機，其YSH300型3000kN閉式雙點高速壓力機，滑塊行程30mm時，最高行程次數600次/min，隨后開發出了5500kN（公稱力，1.6mm）閉式雙點高速壓力機，在滑塊行程40mm時，最高行程次數230次/min。寧波米斯克開發了Super系列多連桿高速壓力機（300～600kN），其 Super-30型 300kN高速壓力機，滑塊行程25mm時，最高行程次數1050次/min。在開式高速壓力機領域，除徐鍛集團外，揚鍛集團、揚力集團和寧波米斯克、廈門鍛壓機床廠等企業也陸續開發了開式高速壓力機系列產品。我國西安交大趙升噸教授、廣東大學孫友松教授等都進行高速壓力機有關技術的研究，并推出了相關產品。

為促進中國高速壓力機的發展，工信部“高檔數控機床與基礎制造”科技重大專項實施辦公室先后與2009年3月、2010年2月及2011年4月出臺了“高檔數控機床與基礎制造裝備”科技重大專項，在2009年公布的第二批11個項目中，項目三中的課題14為“研制高速精密閉式雙點壓力機”；2010年公布的項目六（共性技術）中的課題26為“高速沖壓設備可靠性設計與性能試驗技術”；2011年公布的項目六（大型數控成形沖壓設備）中的課題28為3000kN寬臺面超精密高速壓力機（實施期限2012～2014）。

引線框架及高精度插接件所需高檔高速精密壓力機的研制，目前只有寧波米斯克、徐鍛集團、揚鍛集團、寧波精達成形裝備有限公司等。

我國高速精密壓力機經過30多年的引進、消化、吸收、創新，加上國家重大專項的扶持。已經取得了長足的進步與發展，在整體上處于中上水平，與先進工業國家相比，還存在一定差距。特別是超高速精密壓力機和超微精密高速壓力機的研究差距更大。下死點精度、行程次數、壓力機可靠性方面追求永無止境。

5 板材無模多點成形壓力機

多點成形的構思最早是20世紀60年代由日本人提出，隨后各發達國家都對其開展了相關的研究與開發工作。日本早在數十年前就開始板料柔性加工方法的研究工作，最早提出的構想是用相對位置可以錯動的“鋼絲束集”代替模具進行板材成形。日本造船協會曾經組織多家造船公司的技術力量試制了多點壓力機，但因未解決成形曲面的光滑度、成形回彈量的大小與曲面形狀關系等問題，最后因無法承擔這種壓力機的高昂費用，未能實用化。日本三菱重工株式會社也研制了一種比較簡單的成形設備，但因其整體設計不周，該壓力機只適用于變形量很小的船體外板的彎曲加工，而且成形效率與以前的成形法相比提高不大。另外，日本東京工業大學也進行了多點式壓力機及成形方法的研究工作，但未取得重大進展。美國麻省理工大學（MT）也進行了多年類似的研究，他們稱之為 RTFF（Reconfigurable Tooling for Flexible Fabrication，柔性制造的可變形面工具），在柔性成形、形狀控制、形狀測量及變形模擬與仿真等方面開展了研究工作，1999年與美國航空部門合作，投資1400多萬美元，制造了模具型面可變的拉彎成形裝置（見圖41）。該裝置共有2688個沖頭，一次成形面積為4ft×6ft,但裝置只能構造單個成形凸模，較適用于單向曲率零件的拉彎成形，很難應用于雙向曲率都較大的曲面成形零件，因而應用范圍有限。

吉林大學李明哲教授在日本日立公司從事博士后研究期間，對無模成形的基本理論與實用技術進行了系統研究。在基本理論研究時，將這種無模成形方法命名為“多點成形法”，并提出了成形原理不同的四種有代表性的多點成形的基本方法（即多點模具成形、半多點模具成形、多點壓機成形、半多點壓機成形方法），并首先提出了實現無回彈成形的反復成形法，發明了有效防止壓痕及起皺的網狀結構彈性墊；在實用方面，他主持開發研制出世界上第一臺達到實用化程度的無模多點板料成形設備。該機能用于加工復雜三維曲面形狀（如扭曲面等）的零件，工作效率比傳統的線狀加熱等方法提高了數十倍。李明哲教授回國后組建了無模成形技術開發中心，帶領一批年輕研究人員在多點成形設備、多點成形理論與實用化技術等方面開展了更為全面、系統的研究工作。首次提出了用多點分段成形技術實現大尺寸、大變形量、高精度成形的概念和方法，大大地擴展了多點成形的應用領域。取得一系列具有自主知識產權、達國際先進水平的多點成形技術成果。該中心目前已經在無模多點成形領域處于國際先進水平。并成功為鳥巢、動車組流線型車頭、衛星壁板件、船體鈦合金、韓國首爾東大門覆蓋件提供多點成形壓力機。其 SM-150型 20000kN快速調形多點成形壓力機（圖42），鳥巢建筑工程中鋼板變扭件成形（圖43）。其最新研制的大型數控柔性拉伸成形裝備示意圖（圖44）。無模多點成形目前最大噸位為30000kN逐點調形式多點成形壓力機。

我國多點成形處于世界先進水平。隨著航空航天、船舶、高鐵、地鐵、化學、各種新型建筑工程的發展和需求，板料成形件的需求越來越大，要求越來越高，多點成形技術須向大型化、精密化、高效化、柔性化方向發展，并且向智能化發展，實現無模、高效、連線及柔性成形，即向智能一代多點成形壓力機發展。

（未完待續）