模锻设备的选型与比较

1 总述
模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机是锻造行业的三大主力模锻设备，尽管多年来各自技术均得到相应的发展，但由于其各自的性能特点，因而具有不同的适应性！
2 模锻设备的性能特点及选型
2．1 模锻锤
2．1．1性能特点
模锻锤是在中批量或大批量生产条件下进行各种模锻件生产的锻造设备，可进行多型模锻，由于它具有结构简单、生产率高、造价低廉和适应模锻工艺要求等特点，因此它是常用的锻造设备。
锻锤在现代锻造工业中的地位取决于如下几个方面：
a　结构简单，维护费用低；
b   操作方便，灵活性强；
c   模锻锤可进行多模镗锻造，无需配备预锻设备，万能性强；
d   成形速度快，对不同类别的锻件适应性强；
e   设备投资少（仅为热模锻压力机投资的1/4）。
锻锤的特出优点在于打击速度快，因而模具接触时间短，特别适合要求高速变形来充填模具的场合。例如带有薄筋板、形状复杂的而且有重量公差要求的锻件。由于其快速、灵活的操作特性，其适应性非常强，有人称之为“万能”设备。因而特别适合多品种、小批量的生产。锻锤是性能价格比最优的成形设备。
A.   高效
由于其独特的液压传动结构，使锤头在较短行程内获得巨大能量成为可能，即短行程高速锻造和高频率的连续锻造成为现实，这就为锻件的高效率快速成形创造了先决条件，程控锻锤的这一优势是其它锻造设备所无可比拟的。
B.   节能
节能是液压锤得到快速发展的最主要原因，程控锻锤传动效率可达65%，而传统蒸汽锤能量利用率为2%，能量利用率提高了几十倍，节能效果十分显著。程控锻锤的节能效益还体现再打击能量的有效控制，多余能量的打击也是一种能源的浪费。
C.   环保
该项目生产过程中无“三废”排放，打击能量的自动控制，避免了由于富余打击能量带来的噪音问题；程控全液压模锻锤采用液压阻尼隔振器，避免了由于打击带来的振动问题，其隔振效率可达85%，工作环境大为改善。程控锻锤是真正意义上符合环保要求的现代化锻造设备。
D . 高精度
整体U形铸钢砧座床身，可方便拆换的宽导轨结构，以及便于对模的模具固定、调整结构，为锻件的高精度要求提供了保证。打击能量的精确控制、程序打击的实现可避免由于操作者技术水平的差异造成产品质量的不稳定。可控制的打击能量，可保证模具不承受多余能量的打击。
E.   高可靠  
高度集成化的锥阀控制技术，液压系统结构大为简单。简单的结构是锻锤具有较高可靠性的前提条件。现代电子技术的应用极大地提高了设备的控制性能及运行的可靠性，为其在锻造行业中成功地得到应用奠定了坚实的基础。
F、高质量
如果锻锤是由人操作，不管多么熟练的工人，也难保持100%的一致，特别换班操作，对同一种锻件更难以得到一致的打击能量和打击次数。百协程控锻锤采用电子程序控制，不论谁踩踏板，锻打操作是一致的。对某一特殊零件的工艺如已经编入程序，即可以数码储存起来。以后再锻造同一零件时，只须调出该零件的编码，锻锤即可以进行生产。
2．1．2 选型
锻锤的最大打击能量是锻锤的工作能力最主要的参数，所需锻锤打击能量的选择可参照如下公式：
E=25（3.5～6.3）KF总
式中E—锻件所需的打击能量(J)；
K—钢种系数（低碳钢为0.9；中碳钢和低碳合金钢为1；中碳低合金钢为1.1；高合金结构钢为1.25）；
F总—锻件平面图总变形面积（包括连皮及飞边）（㎝2）。
当生产批量很大，要求较高的生产率时，公式取上限数值6.3，而下限3.5用于能进行终锻工步并且生产率不很高的情况。
2．2 螺旋压力机
2．2．1 性能特点
螺旋压力机适用于模锻、镦锻、精压、校正、切边、弯曲等工序。但由于螺旋压力机的平均偏载能力远小于热模锻压力机和锻锤。因此，螺旋压力机不适合一次加热完成几道工序（如去除氧化皮，预锻和切边）。所以，当采用螺旋压力机终锻时，需要用另外的设备完成辅助工序。
螺旋压力机模锻的工艺特点是由设备的性能决定的。由于螺旋压力机具有模锻锤和热模锻压力机的双重工作特性，即在工作过程中有一定的冲击作用；滑块行程不固定；设备带顶料装置；锻件形成中滑块和工作台之间所受的力由压力机的框架结构所承受等。所以，螺旋压力机模锻有如下特点：
1、螺旋压力机滑块行程速度较慢，略带冲击性，可以在一个型槽内进行多次打击变形。所以，它可以为大变形工序（如镦粗、挤压）提供大的变形能量，也可以为小变形的工序（如精压、压印）提供较大的变形力。
2、由于滑块行程不固定并设有顶料装置，很适于无飞边模锻及长杆类锻件的镦锻，用于挤压和切边工序时，须在模具上增设限制行程装置。
3、螺旋压力机承受偏心载荷的能力较差，通常用于单型槽模锻，制坯一般在其它辅助设备上进行。也可在偏心力不大的情况下布置两个型槽，如压弯——终锻或镦粗——终锻。
螺旋压力机模锻也受设备吨位、工作速度低和配备辅助设备制坯等不利因素的限制，一般用于中小型锻件的中小批量生产。
2、2、2 与其他模锻设备适应性比较
螺旋压力机靠打击能量进行工作，其工作特性与模锻锤相似，压力机滑块行程不固定，可允许在最低位置前任意位置回程，根据锻件所需变形功的大小，可控制打击能量和打击次数。但螺旋压力机模锻时，锻件成形的变形抗力是由床身封闭系统的弹性变形来平衡的，它的结构特点又与热模锻压力机相似。所以它是介于锻锤和热模锻压力机之间的一种模锻设备，有一定的超载能力。选择螺旋压力机的吨位必须适应其特性。
螺旋压力机平均偏载能力远小于热模锻压力机和百协程控锻锤。因此，螺旋压力机不适合多模膛锻造，通常用于单型槽模锻，所以，当采用螺旋压力机终锻时，需要用另外的设备完成辅助工序。
螺旋压力机滑块行程速度较慢，工作频次低，只能在单型槽内进行单次打击变形。单次打击变形中坯料中部变形大，易向水平方向剧烈流动，形成很大飞边，造成型槽深处金属不容易充满，比锤上模锻更容易产生折叠，这对于横截面形状复杂的锻件更为突出。同时与百协程控锻锤相比灵活性差、模具寿命短，所以它适用于形状比较简单、精度要求不高、需大变形能量的零件锻造成形。
螺旋压力机的打击能量、打击节拍通常由操作者依据锻件所需变形功的大小随机经验确定，与百协程控锻锤相比控制性能差，锻件质量不稳定，难以实现自动化。通常适用于中小型锻件的中小批量生产。
2．2．3 选型
选择螺旋压力机的吨位的计算公式如下：
1）P= p/q=（64～73）F/q
式中P————螺旋压力机吨位（KN）；
p——模锻所需变形力（KN）；
F——锻件连同飞边的投影面积（㎝2）；
（64～73）——复杂锻件系数取73，简单件取64；
q——是一个变形系数，按螺旋压力机模锻中的行程和变形功可分为：
①锻件需要大的变形行程、变形量和变形功进行模锻时，q=0.9～1.1；
②锻件需要较小的变形行程和变形功进行模锻时q=1.3；
③锻件只需要很小的变形行程，但需要很大的变形力进行精压时q=1.6。
2）   P=（17.5～28）K·F总(KN)
式中F总———锻件连同飞边的总投影面积(㎝2)；
K——钢种系数,参照第三单元设备吨位计算一节；
（17.5～28）——系数28用于变形困难(如挤压变形,有飞边变形等)及生产率高的条件下,反之取17.5。
上式适用于锤击2～3次成形时所需设备的吨位计算。如果需一次锤击成形应按计算增大一倍。
2．3热模锻压力机
2．3．1 性能特点
热模锻压力机上模锻的特性是受压力机本身结构特点所决定的。具有如下特点：
1、机架和曲柄连杆机构的刚性大，工作中弹性变形小，模锻可以得到精度较高的锻件。
2、滑块具有附加导向的象鼻形结构，从而增加滑块的导向长度，提高了导向精度。由于热模锻压力机导向精度高，并采用带有导向装置的组合模，所以能锻出精度较高的锻件。各个工步的型槽制作在更换方便的镶块上，并用紧固螺钉紧固在通用模架上。工作时上下模块不产生对击。
3、压力机的工作行程固定，一次行程完成一个工步。
4、设有自动顶出装置。
2、3、2与其他模锻设备适应性比较：
热模锻压力机滑块行程一定，速度慢。在一次行程中，坯料就能完成预定的变形。所以，变形中坯料中部变形大而易向水平方向剧烈流动，形成很大飞边，造成型槽深处金属不容易充满。同时比锤上模锻更容易产生折叠，这对于横截面形状复杂的锻件更为突出。为了在压力机上顺利地锻出这类锻件，必须采用制坯工步，使坯料接近锻件形状，因而要求正确设计模锻工步。
模锻锤锤头每分钟行程次数多，并可根据坯料变形的要求控制锤击轻重。对锻件拔长，滚压等到工步操作方便。热模锻压力机进行拔长滚挤工步则比较困难，因此对于横截面相差很大的长杆类制坯件，需要采用拔长，滚挤时需借助其它设备如空气锤、辊锻机、平锻机等进行制坯。
在锤上模锻时，坯料表面的氧化皮比较容易被打落吹掉，热模锻压力机上模锻则较困难 ，尤其是坯料上下两端面的氧化皮容易压入锻件表层。因此必须使用电加热及其它少无氧化的加热方法。
由于热模锻压力机采用带有导向装置的组合模，各个工步的型槽制作在更换方便的镶块上，镶块模的尺寸比锤上用模小得多，从而有效地节约了模具材料。而且镶块模的制造、使用、修理也方便得多。
2．3．2设备选型
热模锻压力机吨位的确定是根据锻件终时的最大变形抗力来计算确定的。锻造压力P可按下列经验公式进行计算：
P=（64～73）KF
式中F—包括飞边桥部在内的锻件投影面积（cm2）；
K—钢种系数，参照第三单元设备吨位选择内容。
对于外形简单，圆面较大，筋厚而低，以及壁较厚的锻件，复杂系数取小值，反之取大值。
4 三种模锻设备的当量关系
锻件在选择相似设备能力锻造时，锻压设备能力间的换算关系为：25KJ模锻锤（1吨双作用锤），相当于10000KN热模锻压力机，相当于3500～4000KN螺旋压力机。