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加速冷温锻压力机的生产

  • 2009-2-25 10:53:37
  • 来源:第三届中国冷温热精锻会议论文集
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作 者:山东省荣成金辰机械制造有限公司 邢立平
关 键 词:冷锻,温锻,冷温锻压力机,冷精整
文献摘要:阐述了冷锻、温锻及温冷、热冷结合的复合工艺,加速发展冷温锻设备的必要性。提供了荣成金辰机械制造有限公司(以下简称“金辰机械”)能制造精密棒料剪断机、杠杆式冷温锻造压力机、MP系列曲柄热模锻压力机及冷温锻工艺咨询服务的信息。
1.   冷成形产品
   冷成形产品在汽车工业中占70%,在其它如自行车、摩托车、轴承工业和国防工业等约占30%。
    汽车上的冷成形产品包括:①发动机中的零件:汽门弹簧座、汽门活塞、汽门弹簧盘、活塞销,②变速箱的齿轮、同步器齿环、轴,③转向系统、④减振器、⑤空气罐壳体、⑥驱动轮、悬挂系统:等速万向节外套、等速万向节内套、驱动轴、法兰轴、万向十字轴,⑦电气零件,⑧其它如紧固件、车轮螺母、制动开关壳等。
2.   冷温锻件产量及成形设备需求量预测
2.1  我国精密冷温锻件产量
2006年我国汽车产量为728万辆,至2010年我国汽车产量将达1000万辆,此后每年将保持5%~10%的增长速度。按每辆车45~50kg的冷锻件计算(不包括每辆车有30kg的各种紧固件——螺栓、螺钉、螺母及铆钉),至2010年我国将需50万吨精密冷锻件。在国外冷锻件约占锻件总产量的10%,有人估计我国目前只占5%左右,平均每辆车不足20kg,按此估算我国近年冷锻件的产量约为15万吨。2004年中国重要锻造企业有400家左右,锻件总产量为326万吨,其中用于汽车、摩托车的锻件产量在220万吨左右,模锻件为244万吨。2006年我国锻件总产量估计为360万吨,按此估算冷温锻件产量为18万吨。总之,精密冷温锻件的总产量不足20万吨,有较大发展空间。
目前,我国汽车零部件企业已有各类生产企业5800多家,其中不乏锻造厂家,锻造企业作为汽车零部件企业的一个重要组成部分,面临着重大发展机遇。“十一五期间是零部件快速发展的高峰期。近年,我国零部件出口连年呈现迅猛态势,中国汽车工业协会拟向商务部建议,到2010年,零部件出口目标为350亿~400亿美元。零部件制造业的发展也就是制造零部件设备厂的发展。冷温锻设备是随着零部件生产需要而发展的。
2.2       冷温锻压力机需求量的估计
按轿车中的部分产品分析(齿轮、轴、销),冷温精密锻件的平均重量为0.5kg,按两班制、年负荷3000小时计,每条生产线(线由1~3台压力机组成)的年产量为200万件(按三班制、满负荷可达300~400万件/年),约1000t/a,50万吨冷温精密锻件需500条线。加上其它行业,总计需700多条线,目前冷温精密锻件的生产能力只有50万吨的40%左右。满足全国各行业需要,约需增加400条线左右。
3.   我国冷温锻件生产概况
3.  1  具有一定规模的生产厂家如下表
表1  部分具有一定规模的冷温精锻件生产厂家概况
序号
厂家
地址
工艺设备
主要产品、产量
年生产能力 ,万件
1
江苏飞船齿轮厂
泰州市北郊里华镇
日本6.3MN~10MN冷锻液压机组成的闭塞冷锻生产线3条。其中10MN液压冷挤压机为森铁工(MORI)公司MSF-1000型。拟逐步淘汰摩擦压力机,已形成模具制造、热锻、冷锻、切削加工、热处理等专业化、规模化的生产能力。
8大类100多个品种,精锻直齿锥齿轮1500万件,金切螺伞齿轮60万套,双桥圆柱齿轮20万套。2005年完成产值4.73亿元,利润3300万元。2007年螺伞齿轮生产能力达100万套,公司销售额5。1亿元,利税6300万元。
1500
2
江苏太平洋精密锻造有限公司
姜堰市经济开发区
热模锻压力机25MN、16MN(已安装)、10MN、6MN
瑞士冷摆辗机T630、T200、T200
日本D I DA公司冷挤压机KI-630、
小松公司L1C630、L1C630L
从上海爱知购得德国产KB2-1000型、从天津汽锻购得南德公司产KB2-1000型各1台。
2005年产冷精锻齿轮、行星齿轮、结合齿轮及其它 622万件,
产值 11150万元,
利润 1000多万元。
1880
为完成精锻件1542万件,需坯料10400 t,钢材为11000 t
3
重庆华江机械厂
重庆市荣昌县
摩擦压力机2台、压力机(≤8MN、10MN、12MN、28MN、35MN)60台,锻锤≤0.75t ,2台
采用冷温热精锻工艺生产精锻齿轮和精锻齿坯。有国产首台6.3MN冷闭塞锻造压力机。
齿轮精锻件年达1000万件,齿轮组件30万套,.汽车、摩托车齿轮精化毛坯,年达1000万件。
生产汽车摩托车用齿轮精锻坯,具有独特的模具加工工艺。
1000+
1000
4
河南信阳内燃机配件厂
河南信阳市
卧式双滑块活塞销冷挤压自动机L2×2.5有2台、L2×1.6为3台,偏心式下传动冷挤机J87-160×1、四柱油压机YT32-315×2、YT32-200×2、YA32-200×1,开式双柱可倾压力机J23-100、J23-80各1台。
工厂“九五”技术改造,主要采用精密剪切下料,淘汰车床下料,增加L2×2.5和L2×1.6六工位自动冷挤压机分别为2和3台,用于冷挤压φ50和φ35mm以下活塞销,减少辅助工序,缩短工艺流程,车间按流水生产进行平面布置。全部为国产设备。
按年产1900万件,为5442 t成品,需6520 t坯料,7240 t钢材。
5
江苏森威集团飞达股份有限公司
用于自行车零件冷锻的设备:
机械压力机2.5MN×3、4MN×3、6.3MN×3(日本DIDA),可倾式压力机6.3MN×3、10MN×3(国产)。
自行车飞轮、拨链器、摩托车花键轴等冷精锻件已形成年产3000t冷锻件的能力。
 
 
自行车冷锻件3000t
用于汽车冷锻件生产的设备:
立式肘杆式压力机4MN×4、6.3MN×4(上锻),多工位冷挤压机4MN×1、2MN×1,机械压力机6.3MN×1(小松),10MN×1(日本AIDA),金属挤压机10MN×1(天津锻)。
建立了温、冷联合生产线,采用12.5MN四工位温锻压力机成形,6.3MN冷挤压力机冷精整。形成年产轿车等速万向节精锻件500万件生产能力,汽车、摩托车零部件精锻件能力扩大到年产5000t以上。
汽车、摩
托车精锻件5000t
6
上海耐铁福传动轴有限公司
16MN多工位冷挤压自动机(德国SCHULER公司)
为建此线投资1亿多元RBM。
生产万向节滑套、后轴法兰等,温锻后采用冷精整,滑套滚道留磨削余量<0.3mm,生产能力300万件/年。
三班生产后轴法兰360万件/年
7
杭州万向钱潮股份有限公司
杭州市肖山区
 
日本K630型6.3MN冷挤压机2台,6.3MN长行程冷挤压机1台。国产曲柄压力机共10台,其中5MN为1台、4MN为2台、2.5MN为1台、1.6MN为6台,用于轴套冷、热生产,工段年总生产能力约10 000t左右。
 
 
10 000t
 
3.2       冷温锻工艺举例
3.2.1  冷锻、冷挤压工艺
冷锻(主要是冷挤压)的特点是高精度、高效率、优质低耗,适用于外形较简单的中小型锻件的规模化生产。冷锻和冷挤压最适合加工旋转对称的零件,也可加工方、六角等形状的轴对称零件。
冷成形和冷挤压坯的材质应具有较低的屈服点,较低的韧性和较高的可锻性。对0.5%C、2%Mn及0.45%Si以下的非合金钢和低合金钢是合适的。
例1.φ26~φ30mm活塞销生产工艺流程
活塞销的材料主要是15Cr、20Cr、20MnV。
精密剪切下料或锯切下料——退火——一次磨外圆——磷皂化——整形(250kN机械压力机)——冷挤压(J87-160偏心式下传动冷挤压机或YA32-200四柱液压机)——钻连皮——渗碳——二次磨外圆——铣两端面、倒角——淬火、回火——清洗防锈——粗磨——磨两端面——精磨——探伤——超精磨——抛光——检验——清洗——包装。
以上是1995年以前的工艺。自后采用六工位双滑块活塞销冷挤自动机成形。六工位即:进料、空位、挤压、整形、探测、顶出。
活塞销坯的下料要求较高,端面斜度最好在1°以下,这样可取消整形工位。目前精密棒料剪断机的下料精度只能达到α≤1.5°,重量公差在±0.5%以内。关于这一点,尚需活塞销生产厂家与设备制造厂共同探讨。
3.2。2  温锻 + 冷精整工艺
   温成形温度一般在550℃至850℃之间,在该范围内能达到成形力显著减少,不形成氧化皮,锻件质量较好,后续加工减少,锻件材质结构好。温成形技术主要用于含碳较高(大于0.3%)和附加合金较高(大于0.3%)的铁素体钢,对奥氏体钢(即不锈钢)不出现蓝脆,在200℃至300℃之间流动应力已明显下降,加热温度应用400℃至450℃。
温锻用在:冷锻无法成形的材料,为了减少成形工序,加工几何形状较复杂的工件,采用热锻无法达到尺寸精度和理想的表面质量。`
温锻工艺所能达到的尺寸、形状精度和表面质量和冷挤压工艺比,相差不多,所能加工的工件、材质、品种和热锻工艺相近,但加工范围相对于冷锻而言却大大扩展了。
温锻 + 冷精整,提高锻件精度。
例2。等速万向节外套温锻 + 冷精整工艺流程
    精密剪切下料——中频感应加热780℃±20℃——正挤压下端小头——镦粗上部大头——成形大头凹窝(10~16MN多工位冷温锻压力机,用3~4工位温成形)——控制冷却——抛丸处理——表面涂层处理——冷锻(6.3MN机械压力机或冷挤压机,精整导向、凹窝、底部缩颈,2工位)——打标识——清洗——裂纹检查。生产率300~400件/小时。
3.2.3  热精锻 + 冷精整工艺
2。3热精锻+ 冷精整
热锻的成形是比较容易的、甚至形状复杂的大锻件也能用热锻方法,以最少的工序进行成形,但其尺寸精度与冷锻成形相比,还差得多。通过综合热锻和冷锻的优点,用热锻和冷锻复合锻造方法,进行精确成形锻造或接近成品零件的成形锻造,来获得精密锻件的越来越多了。
    不需冷成形所必须的球化退火和中间退火。热精(温)锻后,只对必需确保精度的部分局部冷精锻成形,即使形状复杂的大型锻件,也能用较小吨位的锻造压力机,锻造出高精度的锻件,这也是热冷复合锻造的优点。
例3.结合齿轮(热精锻 + 冷精锻)工艺流程:
坯料切断(带锯床)——加热(中频电炉)——镦粗去氧化皮、粗成形、精成形(16MN曲柄热模锻压力机)——冲孔——正火(电阻炉)——抛丸处理(Q3525B转台式抛丸清理机)——磷皂化处理(磷皂化槽组)——倒角部冷锻成形(6.3MN冷挤压力机)——反斜度成形(6.3MN 或4MN冷挤压力机)——热前机加工——渗碳——淬火、回火——抛丸(Q3525B转台式抛丸清理机)——热后机加工——分选包装。
在冷、温、热精锻工艺和设备方面,“金辰机械”能为用户提供设备和工艺咨询。
顺便提一下 闭塞锻造,它是在封闭的凹模内,通过一个或两个冲头单向或双向挤压金属一次成形,即可获得无飞边的、少无切削的近净形锻件,材料利用率平均在90%以上。
4. 我国冷温锻设备生产和使用
4.1       精密棒料剪断机
少无飞边模锻、冷温挤压、闭塞模锻、精密辗压等要求采用精密剪切下料。在大量生产中锯切下料,嫌生产率低。
“金辰机械”研制了QA46系列精密棒料剪断机,有QA46-100、QA46-200、QA46-320、QA46-400、QA46-450、QA46-600、QA46-800、QA46-1000型,共8种规格。剪切断面斜度≤1.5°、重量误差≤±0.5%、断面圆度≥0.96,技术参数见样本,可供用户选用。
4.2       冷温挤压设备
  用于冷成形的机器可以是立式或卧式,单工位或多工位,机械压力机或液压机。
  对长杆形工件最好采用卧式多工位冷挤液压机。
4.2.1 我国早期生产的冷挤压机有:
1)偏心式下传动冷挤机J87-160、J87-250A、JA87-300、J87-400
2)齿轮偏心式冷挤机J87-160、J87-300、J87-400
3)卧式肘杆式冷挤机J88-200、JB88-200、JC88-200、JA88-315、JA88-500、JC88-500
4)立式肘杆式冷挤机J88-160
5)冷挤液压机400、630、1000、1500、2500等。
4.2.2  正在开发中的冷挤压机产品
我国冷挤专用压力机已得到发展,例如济南二机床集团有限公司生产2MN、4MN立式多工位压力机、上海锻压机床厂生产4MN、6.3MN冷锻压力机、J86K-250型2.5MN立式多连杆挤压机。天津南德压力机有限公司(现已无此公司)生产过KB2-1000型10MN液压冷锻压力机1台,其它厂生产过如L2×160型1.6MN、L2×250型2.5MN卧式双滑块活塞销冷挤压自动机等。
山东荣成金辰机械制造有限公司与济南二机床集团有限公司是联营单位,两厂都能生产济南二机床集团的J89和J82系列肘杆式冷挤压机。J89系列有:J89-400、J89-630、J89-800、J89-1000、J89-1250、J89-1600;J82系列有:J82-200、J82-200/1、J82-400、J82-400/1等。
荣成金辰机械制造有限公司还研制出杠杆式冷温锻造压力机专利产品,型号有JC-200、JC300、JC400、JC630、JC800、JC1000、JC1250、JC1600、JC2000、JC2500,共10种规格,下面是对该压力机的一个简单的介绍:
主要结构特点:
1、              底传动卧式杠杆机构,机床高度低。高度只有立式锻造机1/2左右,节省了厂房高度,便于维修;重心低、机床振动小。

产品外形图
 
2、              利用杠杆增力,使公称力行程很大,一般都在30mm以上。适用于各种复杂零件的挤压拉伸,拓宽了设备的使用范围。众所周知,选择锻造设备特别是挤压设备,最主要的是要根据设备的公称力行程来选择的,而金辰公司的冷温锻造机,可以为用户节省大量投资。
 
 
 
 
3、利用杠杆――多连杆的运动特性,滑块能在下死点瞬时停留压实,保证薄壁件和难加工金属的压实精密成形。
 
4、利用长杠杆的弹性,能够安全的进行压实锻造,避免了压力机和模具的损伤。
5、 较大的装模高度调整量,可以使您的模具使用寿命更长,操作更方便。
6、 增加了防闷车机构,可以有效的防止因操作失误导致的闷车。
7、 整体实心钢板结构和连杆与滑块等宽的结构,以及八面导轨的高精密导向使机床具有高刚度、高抗偏载能力、高精度运行,可以满足用户各种复杂工艺的多工位冷、温、热的精密锻造。
 
技 术 参 数MAIN TECHNICAL PARAMETERS
型号
Model
技术参数
Technical Data
JC200
JC300
JC400
JC630
JC800
JC1000
JC
1250
JC
1600
JC
2000
JC
2500
公称力                     (千牛)
Nominal Capacity              (KN)
2000
3000
4000
6300
8000
10000
12500
16000
20000
25000
滑块行程长度      (毫米)
Strokes of Slide         (mm)
200
200
250
250
250
250
250
300
300
300
公称力行程        (毫米)
Nominal Press Sroke    (mm)
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
滑块行程次数      (次/分)
Strokes of Minute        (S/min)
35
30
30
30
30
30
25
25
25
25
最大装模高度(毫米)
Max.Die Height         (mm)
400
400
498
600
700
800
800
900
1000
1000
装模高度调节量(毫米)
Die Height Adjustment    (mm)
10
15
18
18
18
20
20
20
25
30
工作台板尺寸(前后*左右)(毫米)
Area of Bolster(FB*RL)  (mm)
550*700
600*850
670*900
1000*900
1000*900
1100*1000
1100*1000
1200*1060
1300*1150
1500*1250
滑块底面尺寸(前后*左右)(毫米)
Area of Slide Bottom(FB*RL) (mm)
500*600
550*800
600*880
940*830
950*850
1000*900
1000*900
1050*950
1150*1000
1300*1150
上顶料装置
型式   Type
机械
 
机械
机械
机械
机械
机械
机械
机械
机械
顶出力(KN)
80
100
100
100
100
150
150
150
150
180
行程(mm)
20
30
30
30
30
35
35
35
40
40
下顶料装置
型式
液压
液压
液压
液压
液压
液压
液压
液压
液压
液压
顶出力(KN)
150
200
200
200
200
300
300
300
300
300
行程(mm)
40
50
50
50
50
60
60
60
60
60
送料方式
 
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
用户选择
主电机功率(千瓦)
Mator Power                           (KW)
22
37
37
55
75
75
90
110
110
132
 “金辰机械”还生产MP系列曲柄热模锻压力机,供热精锻之用。
 
4.2.3       进口设备情况
已知的几台进口设备的价格列于表2。
表2  进口冷温锻压力机的价格
序号
设备型号、名称
制造厂家
用户厂家
价格
1
MSF-1000型10MN冷锻液压机
日本MORI公司
江苏飞船齿轮厂
1500万元RBM
2
KB2-1000型10MN立式上驱动多工位冷挤压机
德国Schuler公司
国内某厂
350万USD
3
KB2-1000型10MN肘杆式自动冷挤压机
中德合资天津南德压力机有限公司
天津汽车锻件有限公司
1200万RBM
4
KB2-1600型16MN肘杆式自动冷挤压机
德国Schuler公司
上海纳铁福传动轴有限公司
投资1亿元RBM建线
5
 
 
 
 
 
从表1中可以看出,用于生产高精度产品的压力机都是靠进口设备,从表2知进口压力机价格高昂,国内冷温锻厂家难以承受,冷温锻行业难以普及、发展和提高。国产冷温锻压力机的价格只有进口设备的1/3~1/4。综前所述各因素,加速发展国产冷温锻压力机才是出路,荣成金辰机械制造有限公司在这方面会作出贡献的。
 
参考文献
1.中国锻压协会 邀请函,2007。11。20~22,第三届中国国际金属成形展览会、第九届中国国际锻造展览会。
2.世界最新汽车技术,中国汽车技术研究中心  编,(罗晴岚  第二章第二节,锻压,P。69~105)山东科学技术出版社1999年3月。
3.蔡墉  江苏江北三个冷温锻件生产企业,《锻造工业》3/1999,-16~17。
4.罗晴岚  精锻直齿锥齿轮的现状和发展,《锻造与冲压》4/2007,-44~48。
 
      
 
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