液壓機設備的發展是伴隨工業技術的發展同步進行的，它的歷史也是比較漫長和悠久的。從它的發展過程中我們也可以看出鍛造設備的發展趨勢就是從最初的原始化、簡單化，發展到具有先進高新技術加入的高效化、快速化、成套化、數控化和聯動化。
首先談一下鍛錘的發展過程及發展趨勢。鍛錘是一種最古老而又萬能的鍛壓設備，在鍛造工業中一直發揮著重要作用，是機械制造業中量大面廣，不可缺少的一種鍛壓設備。雖然隨著其它一些鍛壓設備如液壓機和機械壓力機等的出現和發展，在一定程度上取代了一部分鍛錘的工作。但是直到現在，鍛錘，尤其是模鍛錘，在各國鍛造工業中仍占主導地位，絕大多數模鍛件都是在錘上生產的。
下面按照時間的先后和發展階段來介紹鍛錘：
(一)、機械錘：
機械錘是一種比較古老的鍛錘，隨著它的發展，按照結構形式分為夾桿錘、皮帶錘、彈簧錘及鋼絲繩錘。
這種錘的優點就是結構簡單，投資少。它的缺點就是打擊頻次低，能量利用率小，生產效率低，鍛件精度差。在我國某些落后地區仍有大量機械錘在使用中，另外在世界某些發展中國家如印度等國家，模鍛錘仍以皮帶錘為主。
(二)、蒸-空鍛錘
蒸-空鍛錘是上世紀20年代應運而生的。它有兩種形式：一種是以工業鍋爐為動力站，以蒸氣為工作介質的鍛錘；另一種是以空氣壓縮機為動力站，以壓縮空氣為工作介質的鍛錘。它的優點是：a.結構簡單，操作方便；b.造價低，維修方便。
缺點是：a.能量利用率極低，只是1%――2%之間；b.鍛造精度低，由于是梳形導軌形式，錘頭導向差，打出的鍛件精度低。
目前，蒸-空鍛錘出路應在于采用先進的電液錘技術進行改造，具體內容是采用現代電液錘技術做的電液傳動裝置取代原有鍛錘的汽缸及動力站，保留原有機架、砧座。改造過的能量利用率可提高90%以上。目前國內的蒸-空鍛錘基本都已改造完畢，但國際市場上如俄羅斯、印度等國家對這方面的需求還很大。
(三)、空氣錘
空氣錘工作介質也是空氣，但它的壓縮空氣是由設備本身的傳動機構帶動壓縮活塞，將壓縮空氣傳遞到工作活塞(錘桿)上進行動作的。眾所周知，空氣錘是目前鍛造行業使用最廣泛的設備之一，主要用于自由鍛造，鐓粗、拔長、沖孔、熱剪、鍛焊、彎曲、扭轉和胎模鍛造等工序，同時還應用于大型模鍛件的制坯工序。空氣錘與其它類型錘相比：投入成本低、無污染，具有使用靈活，操作方便，控制性能可靠等優點，普通得到了廣大用戶的認可。
安鍛公司目前是世界上生產空氣錘規格最齊全的公司。空氣錘的國家標準是安鍛公司起草制定的。安鍛公司最小規格的空氣錘為9kg，目前是世界上最小的空氣錘，最大2000kg空氣錘也是國際上最大的空氣錘。
(四)、電液錘
我國的電液錘技術是在首先把液壓傳動原理用于傳統蒸空鍛錘進行動力頭技術改造的基礎上，逐步發展起來的，在“換頭”改造過程中由于我國技術人員對液壓系統上快速放油閥及相關控制閥技術的不斷創新和改進，使得這項技術不僅能應用于模鍛錘，而且也能應用于自由鍛錘上，因此發展速度很快。近幾十年來，隨著現代液壓技術和電控技術的高速發展，高效節能的電液錘已經逐步成為鍛錘中的主力軍。
液氣式電液錘的基本原理是：工作缸上腔是封閉的高壓氮氣，下腔是液壓油，中間靠錘桿活塞隔開，系統對下腔單獨控制，下腔進油，錘頭提升，高壓氮氣受到壓縮，儲存能量，下腔排油，高壓氮氣驅動活塞帶動錘頭打擊，簡稱“氣壓驅動，液壓蓄能”。電液動力頭，它的主體是一個箱體，作為工作時短期容油的油箱（不工作時，油箱內的油液經回油管進入置于地面的液壓站的油箱內），有八條螺栓通過緩沖墊、預壓彈簧固定在原汽缸的位置，該油箱又稱連缸梁，在其中間裝有主缸，主缸頂部裝有緩沖缸，內有緩沖活塞，活塞上部充有一定壓力的氮氣，其壓力與蓄能器上部的氣壓相同。主缸下部有兩個孔分別與快速放液閥和保險閥連通。液壓站來油通過管路進入箱體右上側安裝的主操縱閥和蓄能器中，蓄能器下部的油腔直接和主操縱閥相通，上部通過管路接氣瓶組。主缸內裝有錘桿活塞，活塞將下部的油液和上部的氮氣分開，活塞上部充有一定壓力的氮氣，并與副氣罐連通。錘桿下部和錘頭剛性連接，靠楔鐵壓緊，操作部分基本不變。液壓系統采用泵——蓄能器——卸荷閥組成的組合傳動恒壓液源，既保證了系統的穩定性和可靠性又大大降低了裝機容量。電液錘的基本動作是提錘和打擊兩種。
提錘時，只需操縱主閥使油泵蓄能器內的高壓油和主缸活塞下腔相通即可。錘桿活塞在高壓油的作用下，迅速完成錘頭的回程。
打擊時，操縱主閥使活塞下腔和油箱相通，快放閥打開，活塞下部的油通過大孔徑通道流回液壓站油箱，同時活塞上部在氣體壓力和錘頭系統重力作用下，使錘頭加速向下運動，直到形成打擊為止。
能量大小的獲得，可用手柄控制打擊行程實現，操縱部分可完成提錘、打擊、回程、慢升、慢降和急停收錘、懸錘等多種動作。
安陽鍛壓機械工業有限公司在推進實施電液錘產業化過程中，憑借自身的技術力量，緊密聯系用戶工藝和要求，勇于攻關，解決了一系列技術難題。電液錘的國家標準是安鍛公司負責起草制定的。安鍛公司對電液錘進行了多項創新設計，創造出具有“安鍛特色”的電液錘產品，介紹如下：
1、設計了“X”形導軌結構：
老結構的蒸—空鍛錘的梳形導軌存在力臂短、過定位、無溫度補償功能的缺點。為了不使錘頭因升溫膨脹使導軌間隙減小而導致卡死，只好加大導軌的冷態間隙。打擊時錘桿受附加彎矩，易斷裂，用于多模腔鍛造時導軌磨損嚴重。
為了克服這個弱點，我們對電液錘主機進行了創新設計，采用“X”形導軌結構。由于X型導軌有較長的力臂，錘頭的熱膨脹方向與導軌面方向基本一致，熱膨脹時對導軌間隙影響不大，導軌間隙可以調得很小(0.2mm左右)，這樣就使得鍛造過程中的偏擊力，全部由錘頭導軌來承擔，使得錘桿壽命大大提高，同時鍛件精度也得以較大的提高。
2、延長密封壽命，避免油氣互竄：
液氣錘工作缸上腔是高壓氮氣，下腔是高壓油，因此早期的電液錘很容易發生油氣互竄問題，我們采取的措施是：
a. 提高導向性能，加長活塞長度。
b. 采用耐磨、耐高溫的導承環，保護密封件不受擠壓偏磨，從而提高密封件的使用壽命。
c. 采用德國進口的德氏封U型圈和Y型圈，改善密封效果，延長了維護周期，提高了鍛錘的可靠性。
d. 加強動力頭的定位，改善了錘桿受力，從而提高密封件的使用壽命。
3、解決非正常壽命錘桿斷裂問題：
a. 改進錘桿和錘頭聯接方式，依據摩擦學原理，設計出了3套件(壓件、錐套、錘桿)漲緊結構，使得錘桿由原來的“雙錐結構”改為“單錐結構”，大大避免了應力集中的產生，從而達到了既聯接可靠又拆卸方便。錘桿壽命成倍提高。
b. 錘桿表面進行了滾壓處理進行形變強化，不僅提高了表面強度，而且改善了表面的粗糙度，從而大大提高錘桿的使用壽命。
4、解決了閥的靈活性問題；
早期的電液錘打擊頻次低，操作靈活性差及慢降動作不好一直是用戶頭疼的一個問題，尤其是自由鍛錘快打快提時，主閥和快放閥容易卡死，過去曾經流傳過“電液錘打擊次數上不去”，針對這一問題，我們采取以下措施：
a. 改進主閥和快放閥的閥套與閥芯的材質，選用膨脹系數最小的特殊材質，保證閥套與閥芯高頻次狀態下不會卡死，從而實現全行程下的高頻次任意打擊。
b. 改進二級閥的設計，加大節流孔的面積，從而提高慢降過程中的流量和流速。
c. 縮短主閥與二級閥的距離，實現“零距離”連接，從而縮短了二級閥的反應速度，消除了容積效應的影響。
5、粗錘桿理論用于動力頭改造；
電液錘柔性細錘桿理論是很著名的，它是德國Lasco公司發明的，電液錘柔性細錘桿理論，徹底改變了原蒸—空鍛錘的“導軌—錘頭—錘桿”系統的剛性條件，使鍛造過程中的偏擊力，大部分由錘頭導軌來承擔，這對于自由鍛錘來說，由于其鍛造工藝特點，偏擊力不大，這時柔性細錘桿正好發揮其獨特的優越性。
但對于多模腔鍛造的模鍛錘實施“換頭”改造，“柔性細錘桿理論”顯然是不適用的。由于多模腔鍛造的偏擊力很大，再加上終鍛時冷擊現象嚴重，所以，導致導軌早期損壞嚴重，甚至出現“卡錘”現象。因此，我們在進行“換頭”改造時，對于多模腔鍛造且偏載力大的模鍛錘，仍然沿用蒸—空鍛錘的“剛性粗錘桿理論”，取得滿意效果。
6、創新設計連缸梁內部結構；
早期的電液錘動力頭從主操作閥到二級閥閥座是由一根無縫管相連，兩端焊接。這根管在工作過程中受交變載荷，錘頭回程時該管帶載，錘頭打擊時該管卸荷，周而復始，所以對工況比較惡劣的錘就會出現管子破裂和焊縫開裂的現象。
由于這根管在連缸梁的箱體內部，一旦失效，很難修復，即使修復也很難保證質量，所以它就成為一個較大隱患，也是影響動力頭壽命的主要因素。為解決這個問題，我們將二級閥閥座直接移到主閥下面，去掉了這根焊接管，而缸體采用優質鍛鋼件，從而實現連缸梁內部的無管化連接，提高了電液錘關鍵零件的可靠性。
7、開發設計了大通徑閥和二級閥；
隨著大噸位電液錘開發設計，主缸下腔油環形面積越來越大，必須有配套通徑的快放閥和主閥，才能保證大噸位錘的打擊能量和打擊頻率。我們在原有的50型閥的基礎上開發設計了配套的70型主閥和二級閥，后又開發80型主閥和二級閥，從而使得排油通徑由90mm增大為110mm和145mm，改良了鍛錘的操作性和靈活性。
8、解決系統發熱問題
電液錘系統發熱問題，也是一個很大的技術難題，它嚴重影響系統的密封性能和工作性能，對此，我們采取了以下措施，有效控制了系統發熱問題。一是最大限度地減少系統液阻，合理選擇油管通徑，把流速控制在合理范圍內，二是提高主閥和二級閥耐磨損能力，減少內泄，三是采用散熱系數較高的板式換熱器和較大流量的冷卻泵，提高冷卻速度和油的循環次數。另外，我公司結合新出現的電制冷技術，將電冷機應用于電液錘的冷卻，經廠家試用，效果良好，電冷機相對于換熱器冷卻系統來說冷卻效果好，維護方便，占地面積小，特別適合環境溫度較高的環境。
鍛錘的發展趨勢：
(一)自由鍛錘的發展趨勢
自由鍛錘發展趨勢就是大型化和成套化。
過去由于制造水平的約束，我國雙臂自由鍛錘的最大規格只有5噸，單臂自由鍛錘的最大規格只有3噸。目前，我們已經開發出8噸雙臂自由鍛錘和5噸單臂自由鍛錘，下一步我們還將開發出10噸雙臂自由鍛錘和8噸單臂自由鍛錘。
另外一個趨勢就是成套化，根據自由鍛錘的配套要求，我們成功開發了系列帶鋸機、系列操作機和系列裝取料機。用戶只要把鍛造工件告訴我們，我們可以提供相應的成套自由鍛設備。
(二)模鍛錘的發展趨勢
模鍛錘是模鍛車間使用范圍最廣泛的設備，它的主要特點是成型速度快、金屬流動性好、鍛件質量高。因此，特別適用于薄壁零件的鍛造成型，但是普通模鍛錘打擊能量不能精確控制，鍛錘的操作者是靠聽模具打靠聲音來判斷鍛件是否打成，模具在終鍛時受到頻繁的沖擊和過載，很容易發生早期損壞。實現打擊能量數控化，使得設備輸出的能量既保證鍛件打成，又不產生多余的能量，避免模具打靠產生過載，是提高模具壽命的必經之路。采用數控全液壓模鍛錘來進行鍛造，打擊能量和打擊工序實現了數控化，下一步就是使用機器人自動上下料，實現自動化生產。因此采用數控全液壓模鍛錘為主機，實現模鍛生產線全自動化生產是下一步的發展趨勢。
下面介紹一下數控全液壓模鍛錘：
1、基本原理：
數控錘采用油泵-蓄能器傳動，油缸下腔通常壓，液壓系統對上腔進行單獨控制。上腔進油閥(亦稱打擊閥)打開，來自油泵、蓄能器以及通過差動回路引來的下腔的共三部分高壓油進入上腔，實現錘頭的加速向下和打擊行程，上腔一旦卸壓，錘頭立即快速回程。打擊能量的精確控制靠數字化控制系統控制打擊閥閉合時間的長短來實現。
2、性能特點：
(1)．能實現打擊能量的精確控制
該數控錘通過精確控制打擊閥的閉合時間，既保證了鍛件所需的能量，又不產生額外的沖擊動能，因此鍛造模具的壽命大大提高。實測表明，能量偏差控制在±1.5%左右。對于不同高度的模具，可以方便地調整起始時間，保證能量的同一性和準確性。
(2)．回程速度很快
由于主油缸下腔始終通蓄能器，上腔一旦卸壓，能迅速抬錘，因此模具接觸時間短，該性能與能量精確控制相結合，可以使鍛造模具使用壽命提高2倍以上。
(3)．鍛造精度高
該產品由于導軌采用“X”形結構，因此導軌間隙可以調得很小，打出的鍛件精度很高。
(4)．材料利用率很高
由于能量可以控制，因而制坯精度很高，打出的鍛件飛邊較為均勻，又由于鍛造精度高，上下模不會出現錯模現象，因此材料利用率很高，為少無切削奠定了基礎。
(5)．低噪音
由于該產品屬打擊能量可數控設備，因此編制程序，使鍛件打成，但不多給剩余能量，因此噪音很小。傳統鍛錘的操作者是靠聽模具打靠聲音來判斷鍛件是否打成，有時判斷不準，習慣于多打幾下，實際是多余的。
(6)．無撞頂現象
通過精確計算和設計液壓系統中阻尼孔和節流孔尺寸，使得錘頭到頂緩沖下來，很平穩，無一點撞頂現象的發生。
(7)．低振動
由于該產品打擊能量可數控，無多余能量產生，加上錘身下部裝有德國技術生產的隔而固品牌隔振器，對周圍機床、居民區無任何影響。
(8)．環保
由于該產品在打擊過程中，沖擊噪音小，又有減振器，振動小，因而是一種環保型產品。
(9)．鍛件質量較為穩定
由于通過程控器的控制，各種各樣鍛件的鍛造工序可存入程序中，隨時根據需要調出來使用，因此同一種鍛件可以得到一致的打擊能量和打擊次數，避免了人工操作的多樣性，因此鍛件質量比較穩定。
(10)．易于實現自動化生產
由于打擊工序和打擊能量已實現數控化，因此為下一步使用機器人自動上下料打下了基礎，自動化生產很容易實現。
3、基本結構：
⑴ 該產品總體設計思路，概括起來為“大錘頭、低油速、短行程、高頻次”。由于錘頭質量很大，可以大幅度降低高壓油最大流速（E=1/2MV2）。數控錘的最大油速控制在5.4米/秒以下，因此能量利用率極高。降低打擊速度后，若要保持較高的打擊頻次，則打擊行程也要相應地減小，這也是當今世界上液壓錘發展的一個普遍趨勢。
⑵ 機身：采取立柱與砧座為一體的“U”形機身。這種結構形式雖然給鑄造、起重和機械加工帶來一定的困難，但卻有如下優點：a.增加了立柱的縱向、橫向和傾覆剛度，確保了錘頭的精確導向，有利于提高原材料的利用率；b.“U”形機身使二個立柱亦成為砧座重量的一部分，有利于整機重量的降低和打擊效率的提高；c.“U”形實心鑄造機身產生的打擊噪音明顯小于箱形和弓形立柱的機身。
⑶ 導軌：國內蒸—空鍛錘的梳形導軌有力臂短，無溫度補償的缺點。為了不使錘頭因升溫膨脹使導軌間隙減小而導致卡死，只好加大導軌的冷態間隙，這就是在蒸—空鍛錘上難以進行精密模鍛的原因。我公司開發的數控全液壓錘采用“X”形導軌結構。由于錘頭受熱時呈徑向輻射狀膨脹，導向面呈對角線布置，就不會因錘頭受熱膨脹而減小導向間隙。我公司的數控錘加大了導板的寬度，X形導軌又有較長的力臂，這就會明顯地減小偏擊時作用在導軌面上的比壓，有利于延長導板的使用壽命。導軌精度可以控制在0.2mm以下，另外機架與砧座為一體的結構，保證了機架的穩定性，使得鍛件精度不超過0.2mm,確保精密模鍛的效果。
⑷ 錘桿：由于采用細錘桿及其與錘頭的彈性緩沖結構，大大降低了錘桿根部的應力集中，同時又由于行程短，也減少了短錘桿的根部慣性力，從而使得錘桿由過去的“易損件”變為了“長效件”。
⑸ 上下模均為雙楔鐵結構，可精確調整模具左右對中與對正，定位鍵調整模具前后，滿足各種調整要求。
⑹ 頂料器安放在易于拆卸的模座內，頂料控制方式可設置為自動與腳踏。由于有頂料器，可以降低鍛件的拔模斜度，便于深模鍛造，提高材料利用率。同時也有利于實現自動化生產。
⑺ 液壓系統
a. 液壓系統采用油泵—蓄能器組合傳動，主油缸下腔始終與蓄能器相通，為常壓。液壓系統僅控制上腔，它是通過對打擊閥閉合時間的控制來實現打擊能量的大小，打擊閥是受兩級控制閥控制。一級先導閥是一個二位三通換向閥，系統對它的質量要求很高，既要有高頻率而且重復精度要求較高，因此我們選用進口原裝件；
b. 打擊閥采用錐閥結構，與傳統的滑閥相比，具有無磨損的優點，密封可靠性大大提高；
c. 油箱采用頂置式結構，內部油路封閉在主閥塊上，這樣的結構使得液壓系統實現了集成化，與油箱采用旁置式結構相比，管道系統長度大大縮短，能量損失降低1倍以上，另外通過集成化，油路連接實現了無管化連接，增加了連接的可靠性；
d. 液壓系統中在蓄能器與下腔之間設置了安全閥，一旦錘桿從中間斷裂，馬上將下腔油與蓄能器切斷，從而提高了使用的安全性。
⑻ 由于低油速，液壓系統又是高度集成化，油液發熱量很小，用傳統的水冷卻即可滿足要求，即使最熱天，最高油溫也不超過50。C.
⑼ 減振系統采用德國(青島)隔而固技術，從而隔離了鍛錘在打擊過程中產生的振動。
⑽ 數控系統是根據鍛件需求程序控制打擊能量和打擊次數，我公司的數控全液壓錘采用OMRON中型C200HS可編程序控制器，并配以數字輸入輸出模塊，用以在控制面板上設定打擊能量。在保護系統采用四路模擬量輸入。電動機采用預埋溫度傳感器方法，采集溫度數據以供PLC分析，油溫用插入式傳感器采集油溫變化，用以全過程PID(循環控制)調節。
下面談一下另一種鍛造設備—鍛造液壓機的發展過程及發展趨勢。
(一)發展過程
鍛造液壓機是在普通液壓機的基礎上逐步發展起來的。我國第一臺鍛造液壓機是1953年在沈陽制造成功的，開始由于受液壓技術和一些液壓基礎元器件的局限，鍛造液壓機的發展是比較緩慢的。近十幾年來，由于液壓技術的不斷發展，鍛造液壓機進入了一個高速發展期。在2000年以前我國萬噸以上壓機不足10臺，僅2006年一年，投資興建的萬噸壓機就有17臺，2007年投資10臺，兩年的投建臺數就超過了建國以后五十年的發展，中小噸位的鍛造液壓機的需求更是遠遠大于萬噸以上液壓機的需求，目前我國鍛造液壓機的數量大約有200余臺。
我公司自由鍛造液壓機的噸位有800噸到5000噸不等，可鍛造5噸到60噸重的鋼錠。我們公司生產的鍛造液壓機主要有以下幾個性能特點：
１、高強度的焊接結構梁具有良好的市場經濟性和適應性。鍛造液壓機的三梁采用Q235鋼板焊接而成。能夠滿足用戶對鍛造液壓機的不同要求，我們在三梁的設計上在內部筋板的布置上采用高密度的＃型結構，缸體和導向部分與橫梁的配合位置由鑄鋼圓筒焊接而成；在焊接工藝上采用二氧化碳保護焊，焊縫為U型單邊焊縫，焊后72小時退火處理，保證了三梁的質量。
2、具有較高的抗偏載能力，使偏心鍛造時不會產生大的橫向震動。我們在活動橫梁的設計上加長了四柱的導向，提高了導向長度，有效的提高了機器的抗偏載能力。通常三個主油缸輸出力的分配一般的是中間缸和兩個側缸之比為1:1:1,我們設計的三者之比為3:1:1,這樣由于減少了兩側缸的輸出力,就減少了其偏載力的產生。三個主柱塞與活動橫梁采用關節球窩聯接，分體法蘭浮動限位的方式，有效的消除了偏載力的影響。
３、具有方便快捷的換模功能，可進行熱承載模更換等特殊作業。快速換模裝置采用兩個氣缸或油缸驅動，四個插銷插入定位圓銷內，很方便的把上砧固定在上墊板上。需拆卸上砧時氣缸活塞伸出，拔出插銷拿下圓銷，就可把上砧拆卸下來。
４、具有在高速、反復鍛造時換向快速平穩、無沖擊的優點，可實現每分鐘45次的反復鍛造。液壓系統采用單向、雙流道二級插裝閥控制系統。插裝閥具有密封性好、靈敏度和可靠性高，同時具有流量大、耐污染等優點，非常適用鍛造環境。采用二級控制系統，使管道內液流變化平緩，降低液壓沖擊，使機器運行平穩。單向、雙流道減少了液流沖擊，提高了管道流量，這樣在高速換向時，減少了機身的震動。
(二)發展趨勢
鍛造液壓機發展到現在，下一步發展趨勢就是兩個：一個快速性，另一個就是數控聯動化。這個目標也是安鍛公司下一步的技術開發的目標。
1、快速性
目前國外的鍛造液壓機基本上都是快鍛機，快鍛次數可達到每分鐘100次以上。特別是適合鍛造溫度區間很小的高合金材料。在自由鍛設備中被認為是發展的主要方向之一。制造快鍛機最大的技術難題就在于克服快鍛過程中的液壓沖擊及噪音。
2、數控聯動化
通過采用數控系統來控制鍛造液壓機的液壓系統，實現設備工作智能化，從而實現精密定程壓制和定壓壓制。主機和操作機通過計算機控制，可實現聯動。極大地提高了生產效率，鍛件精度也有很大程度的提高，鍛件成本可得到有效控制。
鍛造設備的發展從誕生到現在，已經走過了一個漫長的歷程，特別是到了現在，鍛造設備技術進入了一個快速發展的時期。這些技術的發展離不開鍛壓行業有識之士的不懈努力，讓我們攜起手來，為中國鍛壓行業的發展做出更大貢獻。 |
