摘要：本文介绍了我国液压式锻造机的发展历史和锻造工艺，分析了中国液压式锻造装备技术的现状、发展趋势以及锻造行业的发展前景。
关键词：锻造机；液压式锻造机；锻造装备现状；锻造装备发展趋势
1前言
液压式锻造机是自由锻水压机演变过来的，是20世纪80年展起来的一种新型锻造设备。我国在自行设计制造液压式锻造机的同时，采取了引进部分先进技术、合作生产、整机进口、聘请国外公司对旧压机进行技术改造等方式，加快了我国在液压式锻造机领域的发展和技术的提高。
1.1发展历史
世界上首台锻造水压机，是在1884年由英国曼彻斯特工厂制造的，此前，钢锭的锻造主要由锻锤完成。1945年二战结束后，作为战败方日本向我国赔偿了十几台的锻造设备，其中有10MN~30MN的水压机5台，蒸汽锤约5台。1949年10月1日新中国成立后，我国重新建造厂房、安装压机及其他配套设备，虽然赔偿锻造机年久失修、设备老化、结构陈旧、性能落后，但在当时的中国，依然作为“国之大器”，为我国填补了大型锻件生产的空白。从我国第一个五年计划开始，在原苏联援建下，分别建造了8MN、12.5MN、20MN、30MN、60MN自由锻水压机，并且将原来日本赔偿的水压机，经过修配改造，重新投入生产。而在20世纪50年代后，我国开始走上了自主研制的道路，并制造了从10MN~125MN不同吨位的水压机约40台，但技术发展缓慢。直到80年代后，我们通过技术引进、专家聘请、设备改造、整机进口、联合制作等方式，使得我国在液压锻造机领域快速发展。
1.2液压式锻造机的定义
液压式锻造机是一种以液压作为动力源、全液压控制的锻压设备。它与传统的机械式锻造机相比，其锻造压力和锻造速度可根据工艺需求，在规定的范围内进行无级调节，整体布局灵活、执行机构简单、锻造效率高、机组震动小、噪音小、能耗少且能与机械手配合使用等特点。同时，液压式锻造机的液压元件及控制元件具有通用性、标准化，其设计和制造的成本低、自动化程度高和锻造频次高，能够准确地控制锻造速度和精度等优势，已被广泛应用到机械、钢铁、铁路、航空航天等领域，不仅适用于有色与黑色金属钢锭开坯等自由锻造及模具锻造，还适用于锻造温度范围窄的高合金材料和钛合金的锻造生产。
1.3锻造机组成及工艺
液压式锻造机主要有以下五个部分组成：（1）本体框架结构，用于锻压工作时锻造力的执行。（2）液压系统，是整个锻压机的动力源。（3）电控系统，以控制台内的PLC控制为核心。（4）润滑系统，负责活动部件的油脂润滑，是机械结构件运行平稳、可靠和确保使用寿命的关键。（5）辅助系统。锻造可分为热锻、温锻、冷锻，普遍采用800℃作为分界线。高于800℃为热锻，在300℃~800℃称作为温锻，在室温下锻造的称为冷锻。
2锻造机装备技术现状
2.1锻造机装备技术介绍
（1）液压式快锻机。目前国外比较先进的液压式快锻机主要是德国MEER（西马克）、SPS（辛北尔康普）、PAHNKE（潘克）公司生产的，他们的锻造液压机整体技术比较先进,代表着目前国际最高水平和锻造液压机的发展方向。从整机结构形式上来看，快锻机主要分为两种：一是小型锻压机（一般吨位在20MN以下）采用双立柱下拉式为主，其优点是整机重心比较低、整体稳定性比较好、液压管路相对简短、液压系统的冲击力比较小；二是中大型锻压机（一般吨位在25MN以上）采用上推式为主，其优点是减少活动部分横梁的惯量，容易控制和节约能源。从立柱形式来看，快锻机主要分两种：一是双立柱式，这也是目前国内外比较常见的快锻机形式，占比达到90%以上，特别是中小型快锻机，基本都是采用双立柱形式；二是四立柱式。两种形式的主要优点及区别如表1所示：从液压控制方式来分，主要有两种形式：第一种是液压阀控制方式，MEER（西马克）和SPS（辛北尔康普）公司设计的液压式快锻机就是典型的阀控方式。国内目前所设计和制造出的快锻机，基本上都是这种形式的锻造机；第二种是液压泵控制方式，以PAHNKE（潘克）公司最为典型，其在这领域占据绝对领先和垄断地位。主要区别见表2。
（2）液压式四锤头径锻机。四锤头径锻机是近几年发展势头最好的锻压设备，最典型的是德国MEER公司的液压式径锻机，如图1所示。液压式径锻机采用四个主油缸，通过一组高强度的双头螺栓固定在整个机架上，组成一个框架结构安装在基础之上。这四个主油缸是独立成单元的，工作原理如图2所示。液压式径锻机的机械结构简单，但是，其液压系统非常庞大，电气控制系统非常复杂，导致其维护成本高。液压式径锻机相比机械式的锻造精度略微差一些，但其锻透性比较好。
（3）液压模锻机。模锻是指金属在近似封闭的模型中整体成型，锻件成形靠模膛来控制，可锻造出形状复杂、尺寸准确的零部件。具有加工余量小、节约原材料、加工量少、力学性能好等优点。但是，模锻需要专门的模具，且模具制造工艺复杂，制造成本高、周期长，因此更加适合批量化和规模化生产。因为锻造材料在模锻过程中整体流动，需要锻压设备能力较大，如飞机上的模锻件需要300MN甚至800MN压力机，这样才能实现其最高性能水平、可靠性、寿命。
2.2中国锻造机装备技术现状
（1）中国液压快锻机装备技术。2011年3月，世界最大、最先进的185MN自由式锻造油压机组顺利投产，这是中信重工与PAHNKE（潘克）公司联合设计和制造的。这个世界级重型配备制造高端平台，使大型锻件实现国产化，打破国外的封锁和垄断。这个机组融汇了多项“世界之最”：规格世界最大；功率世界最大；工作压力世界最大，最大镦粗力达到18500t，可锻造600t的钢锭、单重400t的锻件；锻造精度世界最高，锻件正负误差不超过2mm；自动化程度世界最高，快锻次数每分钟可达44次以上。目前国内能够设计和制造快锻机的厂商比较多，主要有兰石重工、海德马克、中国二重、中国一重、中信重工等。
（2）中国径锻机装备技术。目前国内径锻机的研制还比较缓慢，从20世纪80年代初到90年代末，从国外引进的径锻机作为参考和研制，以大连径锻技术研究所为代表，联合国内各研究机构，将太原进口的SX40型径锻机改造结构、消化技术，于1997年研制出了SX40型径向锻机并投产。从20世纪初开始，以兰石重工有限公司、陕西创新精密研究所有限公司、中国重型机械研究院有限公司、青岛海德马克智能装备有限公司、陕西宝信重工有限公司等多家单位为典型代表，其中2010年兰州兰石重工有限公司投资研制了1.6MN机械式径锻机，并顺利实现量产，同时，2012年兰石重工的1.6MN机械式径锻机实现了首次出口。
（3）中国模锻装备技术。在我国，从20世纪60年代起，才开始对大型模锻机重视，首先，是中国一重在1973年为西南铝加工厂量身设计和制造了一台300MN模锻水压机，当年实现正式投产，这也代表了我国当时模锻技术的最高水平，实现了我国大型模锻机零的突破。此后30多年的时间里，大型模锻机的研制和技术停滞不前，没有投入相关人才和资金用于研发，2010年后，全国的模锻设备呈现爆发式发展。2013年，德阳二重研制的世界最大的800MN模锻液压机投入试生产，使我国与瑞典一起具备了世界最大的模锻压机设计和制造能力。近期的西安阎良国家航空高技术产业基地800MN重型模锻液压机、江苏昆山1000MN模锻液压机正在建设中，同时，也已经完成了1600MN模锻液压机的整体设计。
3中国锻造机装备技术发展趋势
3.1智能化
锻造设备的发展是伴随工业技术的发展同步进行的，从它漫长和悠久的历史发展过程中可以看出，锻造设备的发展趋势就是从最初的原始简单发展到自动化和数控化。尤其是现在国际和国内市场也逐渐开始运用更加智能化高效化的伺服技术，通过智能化的感知，人机交互，大数据的收集与分析，与设备自动化相结合，实现制造过程和制造设备智能化。锻造设备的智能化，是指能够实现锻造设备状态及管理智能化。设备工作参数、故障信息、维修状况、数据趋势等，整个车间的所有设备要有统一数据接口协议，从底层实时采集设备所有数据，形成统计报表，对现有设备提取数据，此外，要实现设备管理的终端信息智能化，并做到设备执行任务可视化，所有加工物料信息做到可视化，以及设备维修的可视化，预知性维修的及时提示。
3.2信息化
信息化建设就是将企业原有的ERP（企业资源计划管理）、PLM（产品生命周期管理）、MES（制造企业生产过程执行管理）、OA（办公自动化管理）、HR（人力资源管理）等信息孤立、分散的系统，通过数据互联互通，实现企业整体业务精简化、智能化。随着锻造企业智能化改造的深入，当锻造车间的设备、物料、人员信息、加工等静态和动态信息实时更新、实时传递、实时决策、实时信息可视化。锻造车间信息化的实现，改变传统生产模式和格局，从车间生产到最终产品完工、检验入库等全过程的实时数据采集，针对各种数据进行综合分析描述，建立具有时间属性和映射关系的数据动态模型。
3.3高效化
锻造设备在实现自动化、智能化、信息化后，必然带来的就是装备的高效化发展，如伺服液压技术在液压系统设计中大量运用；正弦直接驱动系统的不断优化改进和通用化设计；交流伺服电机在驱动系统的运用等，这些新技术、新理念的不断发展和运用，使装备能够更好地实现高效化运作。装备技术的高效化实现，结合信息化的布局，能够合理减少后续工序与转运，减少设备的空闲时间，将利用率提升到最高，发挥最大的生产力。
3.4低碳化
在锻造装备设计中，低碳化设计是目前也是今后重点的技术攻关方向，如锻压设备的上伺服液压泵系统。压机在下行时，回程缸内的油全部由主泵吸收，注入主油缸，压机的下行速度通过回程缸的排油量来控制，此时，压机活动部件的重力势能通过液压油转换成主泵的动能，节省电机功耗；主工作缸行程最后的泄压，由泵来完成，油缸内的液压能释放带动主泵旋转，此过程中的能量通过电机回馈给电网，实现大幅度节能。当系统达到预设压力时，通过调节主泵流量，控制系统压力，而非其他液压系统通过溢流阀控制系统压力。尤其在锻造压机的保压工艺动作或实现恒定变形速率过程中，可以节约大量的能量。整个系统的综合节能约在28%~38%，实现重型设备的低碳化发展趋势。除了上述伺服泵控系统，还有液压伺服阀的运用、交流伺服电机的运用、节能变频器的运用、低阻值导线的运用、低能耗光源的运用、CAE/CAD/CAPP/CAM计算机软件的运用等等，都是装备技术低碳化发展的真实写照。随着锻造装备实现智能化、信息化、高效化后，必然带来整个锻造行业的低碳环保化发展，同时，“2030碳达峰和2060碳中和”目标的建立，从国家政策方面倒逼装备技术向低碳化发展。
4锻造机行业发展前景
随着装备制造业的快速发展，我国锻件产量持续保持高位，并连续多年成为全球锻件的第一大生产国和消费国。锻件产品作为装备制造业所必须的关键基础部件，其下游主要为航空、航天、船舶、电力、石化以及其他机械等行业的成套设备制造商，最终应用于国民经济和国防工业的各相关行业。随着近年来国际格局的变化，为提高我国应对国际形势变化能力，国防投入加大将会提高军事装备的需求，从而带动军工锻件行业的发展。此外，在高端装备制造领域，锻造行业在国家一系列鼓励政策的引导下，坚持国外引进与自主创新结合的研发模式，形成了一批具有自主知识产权的高端锻件产品，锻造行业整体技术水平的稳步提升，有力地推动了我国锻造产业向高端化方向发展。
5结语
在这万众创新、万物互联的数字时代，重视技术发展、加大科技投入，以自主开发为核心，引进先进技术和观念，消化和吸收，创新和创造出属于我们自己的先进技术装备，投入锻造行业，将我国从锻造大国，建设成为锻造强国，引领世界锻造技术装备的发展。
作者：秦佰韬 喻建樑 曹云星 肖伟军 单位：宝武特冶装备保障部