鄭文達(dá)，權(quán)曉惠，李俊輝，2

(1．中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2．重慶大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，重慶 400030)

0 前言

自從“十一五”起，國(guó)家已將裝備制造業(yè)的水平升級(jí)到提升國(guó)家戰(zhàn)略地位，中高端鑄鍛件制造能力不足是制約這種升級(jí)的瓶頸之一，如何能夠在基礎(chǔ)零部件的制造水平上形成突破，對(duì)于國(guó)家裝備制造業(yè)整體發(fā)展具有舉足輕重的作用。鍛件制造業(yè)，特別如核電、超臨界和聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、海上發(fā)電、高速列車、航空航天、低速曲軸等大型鍛件制造，技術(shù)含量高，既是國(guó)家裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是國(guó)家獨(dú)立建設(shè)的命脈行業(yè)，也是關(guān)系到國(guó)家安全和經(jīng)濟(jì)命脈不可或缺的戰(zhàn)略性行業(yè)，其發(fā)展水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。

縱觀歷史，凡是發(fā)達(dá)國(guó)家，無(wú)一不具備強(qiáng)大的綜合國(guó)力和雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)，而發(fā)達(dá)國(guó)家均把鍛壓設(shè)備作為國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的保障來(lái)進(jìn)行投資和建設(shè)。

1 發(fā)達(dá)國(guó)家鍛造液壓機(jī)的發(fā)展歷程

1.1 液壓機(jī)的發(fā)展

液壓機(jī)的發(fā)展歷史僅有一百七十多年。隨著西方資本主義的發(fā)展，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，引起了工業(yè)生產(chǎn)的革命?，F(xiàn)代化的大工業(yè)逐步代替了工場(chǎng)手工業(yè)，具有悠久歷史的鍛造工業(yè)也逐步由手工鍛造轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器鍛造。

1795年，英國(guó)約瑟夫·布拉曼 (Joseph Braman，1749－1814)在倫敦用水作為工作介質(zhì)，以水壓機(jī)的形式將其應(yīng)用于工業(yè)上，誕生了世界上第一臺(tái)水壓機(jī)。1893年第一臺(tái)蒸汽錘出現(xiàn)。此后，于1859年～1861年維亞納鐵路工場(chǎng)有了第一批用于金屬加工的7 MN、10 MN和12 MN液壓機(jī)。1884年在英國(guó)曼徹斯特使用了鍛造鋼錠的鍛造水壓機(jī)，自此鍛造液壓機(jī)的發(fā)展很快，僅在1887～1888年就制造了一系列的鍛造水壓機(jī)，其中包括40 MN的大型水壓機(jī)。1893年建成了當(dāng)時(shí)最大的120 MN鍛造水壓機(jī)。從此，鍛造水壓機(jī)逐步取代了自由鍛錘而成為主要的鍛造設(shè)備。

十九世紀(jì)末，資本主義發(fā)展成為帝國(guó)主義，資本輸出、向外擴(kuò)張、爭(zhēng)奪殖民地并瓜分世界成了帝國(guó)主義的主要內(nèi)容。由于軍備擴(kuò)張的需要，鍛造液壓機(jī)有了迅猛的發(fā)展。

1.2 自由鍛造液壓機(jī)的發(fā)展

從19世紀(jì)末期，發(fā)達(dá)國(guó)家的自由鍛造液壓機(jī)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，自由鍛造液壓機(jī)已經(jīng)能夠滿足國(guó)防和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要，僅萬(wàn)噸級(jí)自由鍛造液壓機(jī)就達(dá)33臺(tái) (現(xiàn)存的約23臺(tái))，其分布如下。

前蘇聯(lián)共留下6臺(tái) (最大150 MN)。

日本有3臺(tái)，分別是日本制鋼所 (JSW)室蘭工廠有一臺(tái)140 MN自由鍛水壓機(jī)，配有4000 KN·m鍛造操作機(jī);神戶制鋼 (KOBE)高砂工廠有一臺(tái)130 MN自由鍛造液壓機(jī)，日本鑄鍛鋼株式會(huì)社 (JCFC)有一臺(tái)105 MN自由鍛液壓機(jī)。

法國(guó)有2臺(tái)，其中一臺(tái)是 SFARsteel公司(已被阿?，m收購(gòu))的113 MN自由鍛液壓機(jī)。

美國(guó)2臺(tái)，最大壓力126 MN，其中一臺(tái)是萊赫重型鍛造公司的100 MN自由鍛液壓機(jī)。

捷克有2臺(tái)，最大壓力120 MN。

韓國(guó)有2臺(tái)，分別是韓國(guó)重工 (現(xiàn)斗山重工)在1982年投產(chǎn)一臺(tái)130 MN自由鍛造液壓機(jī)，配有4000 KN·m鍛造操作機(jī)。韓國(guó)現(xiàn)代重工 (HHI)在1996年投產(chǎn)一臺(tái)100 MN自由鍛液壓機(jī)，配2500 KN·m鍛造操作機(jī)，主要生產(chǎn)船用曲軸。

英國(guó)謝菲爾德鍛造廠有一臺(tái)100 MN液壓機(jī)。

其余德國(guó)、意大利、羅馬尼亞、印度、澳大利亞各有1臺(tái)。

1.3 模鍛液壓機(jī)的發(fā)展

1934年德國(guó)制造了70MN模鍛水壓機(jī)，1938～1944年又相繼建造了三臺(tái)150 MN鍛造水壓機(jī)和一臺(tái)300 MN模鍛水壓機(jī)。英國(guó)于1937年制造了一臺(tái)120 MN模鍛液壓機(jī)，其他國(guó)家尚無(wú)萬(wàn)噸級(jí)液壓機(jī)。

1942年爆發(fā)二次世界大戰(zhàn)，美國(guó)為了加速戰(zhàn)機(jī)生產(chǎn)，曾建百余臺(tái)中小型模鍛液壓機(jī)，最大公稱噸位僅50 MN。二戰(zhàn)結(jié)束后，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家特別是美國(guó)和前蘇聯(lián)就已經(jīng)意識(shí)到重型鍛壓設(shè)備對(duì)其國(guó)防建設(shè)尤其是航空工業(yè)建設(shè)的重要作用，為了迅速發(fā)展航空業(yè)，作為戰(zhàn)爭(zhēng)賠償物資，分別從德國(guó)拆走了萬(wàn)噸級(jí)模鍛水壓機(jī) (前蘇聯(lián)拆走了德國(guó)150 MN和300 MN各一臺(tái)模鍛水壓機(jī)并安裝于烏拉爾鋁廠，美國(guó)拆走了兩臺(tái)150 MN模鍛液壓機(jī))并俘獲了德國(guó)的水壓機(jī)設(shè)計(jì)師為其服務(wù)。

1950～1952年，美國(guó)制造了100 MN和216 MN模鍛水壓機(jī)各一臺(tái);英國(guó)新增一臺(tái)120 MN模鍛液壓機(jī)。

1953年，法國(guó)制造了2臺(tái)200 MN模鍛液壓機(jī)。

1955年，MESTA(梅斯塔)公司為位于克利夫蘭的美國(guó)鋁業(yè)公司 (ALCOA)制造了一臺(tái)450 MN模鍛水壓機(jī)，同時(shí)聯(lián)合工程公司美國(guó)鋁業(yè)公司 (ALCOA)制造了一臺(tái)315 MN模鍛水壓機(jī);同年，LOEWY(勞威)公司為位于馬賽諸塞州的Wyman-Gordon(威曼高登)鍛造公司制造了一臺(tái)450 MN模鍛水壓機(jī)和一臺(tái)315 MN模鍛水壓機(jī)。

1956年捷克斯洛伐克建造的120 MN模鍛液壓機(jī)在SKODA廠投產(chǎn)。

1961～1964年，前蘇聯(lián)為了發(fā)展航空航天工業(yè)，制造了6臺(tái)大型模鍛液壓機(jī)。其中HKM3(新克拉馬托)重機(jī)廠為古比雪夫 (薩馬拉)鋁廠和烏拉爾上薩爾達(dá)冶金生產(chǎn)聯(lián)合廠分別制造了一臺(tái)750 MN模鍛液壓機(jī);Y3TM(烏拉爾重機(jī)廠)、HKM3(新克拉馬托)重機(jī)廠、西伯利亞重機(jī)廠也各自制造了一臺(tái)300 MN模鍛液壓機(jī);同時(shí)，HKM3(新克拉馬托)重機(jī)廠還制造了一臺(tái)150MN模鍛液壓機(jī)。

1961年，美國(guó)喀麥隆鋼鐵公司一臺(tái)180 MN多向模鍛液壓機(jī)投產(chǎn)。

1964年，德國(guó)建造的300 MN模鍛液壓機(jī)投產(chǎn)。

1967年，美國(guó)喀麥隆鋼鐵公司一臺(tái)300 MN多向模鍛液壓機(jī)投產(chǎn)。

1972年，瑞典建造了800 MN新型鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)模鍛液壓機(jī)，安裝于AB卡鮑克斯分公司。

1976年，前蘇聯(lián)HKM3(新克拉馬托)重機(jī)廠為法國(guó)AD公司制造的一臺(tái)650 MN模鍛水壓機(jī)投產(chǎn)。

總之，發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)關(guān)閉舊設(shè)備，采用新技術(shù)、新設(shè)備新建一批液壓機(jī)，結(jié)構(gòu)調(diào)整，并逐步走向合理。如美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、意大利關(guān)閉10多家大型鑄鍛件生產(chǎn)廠，關(guān)閉、拆除10多臺(tái)60 MN以上自由鍛水壓機(jī)，其中美國(guó)有60 MN、120 MN、140 MN等3臺(tái)，英國(guó)有2臺(tái)60 MN，德國(guó)有90 MN和2臺(tái)60 MN、意大利80 MN、120 MN等。

在20世紀(jì)90年代后，由于發(fā)達(dá)國(guó)家重工業(yè)生產(chǎn)不景氣，成套設(shè)備市場(chǎng)處于飽和狀態(tài)，造成大型鍛件市場(chǎng)緊縮，競(jìng)爭(zhēng)激烈，再加上油價(jià)上漲、勞動(dòng)力不足、嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保法規(guī)，這些棘手問(wèn)題困擾著大型鍛件的生產(chǎn)發(fā)展。

隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，各國(guó)將鍛造液壓機(jī)和鍛造操作機(jī)聯(lián)動(dòng)機(jī)組、大型模鍛液壓機(jī)、可靠性、自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制廣泛用于鍛造液壓機(jī)，機(jī)械化和自動(dòng)化程度大大提高。

2 國(guó)內(nèi)鍛造液壓機(jī)的發(fā)展歷程

解放前，我國(guó)屬于半封建半殖民地國(guó)家，沒(méi)有自己獨(dú)立的工業(yè)體系，鍛造液壓機(jī)也是技術(shù)空白。早在1934年日本入侵我國(guó)東北以后，在沈陽(yáng)、大連建立機(jī)械廠，安裝了20 MN、40 MN自由鍛水壓機(jī)生產(chǎn)大鍛件。1945年日本戰(zhàn)敗以后，40 MN自由鍛造水壓機(jī)鍛造設(shè)備被前蘇聯(lián)拆走了。僅留下了10 MN、12 MN、20 MN自由鍛水壓機(jī)各1臺(tái)、30 MN自由鍛水壓2臺(tái)，5 t蒸汽錘2臺(tái)，以及3 t以下蒸汽錘約5臺(tái)。

1949年10月1日中華人民共和國(guó)成立以后，政府主管部門就著手部署日本遺留鍛造設(shè)備的使用單位，并進(jìn)行修復(fù)，設(shè)計(jì)和建造廠房，砌筑加熱爐、熱處理爐和其他配套設(shè)施。盡管這批鍛造設(shè)備陳舊，鍛造水壓機(jī)大部份是蒸汽增壓式，結(jié)構(gòu)落后、性能較差，但在當(dāng)時(shí)都是“國(guó)寶”，新中國(guó)的鍛造液壓機(jī)的基礎(chǔ)由此可見(jiàn)一斑。

2.1 自由鍛造水壓機(jī)

剛剛成立的新中國(guó)，百?gòu)U待興，工業(yè)生產(chǎn)亟待恢復(fù)，于是在1953年首先將日本散存在鞍山的20 MN自由鍛水壓機(jī)修復(fù)，在沈陽(yáng)重機(jī)廠安裝投產(chǎn)，這是我國(guó)第一家生產(chǎn)大型鍛件的企業(yè)，也是我國(guó)能設(shè)計(jì)制造鍛造水壓機(jī)的第一家企業(yè)。

1953～1957年是我國(guó)第一個(gè)5年計(jì)劃，我國(guó)的自由鍛造水壓機(jī)總量約14臺(tái)，而這些水壓機(jī)主要集中在蘇聯(lián)援建的幾個(gè)企業(yè)中，共有8 MN、12 MN、25 MN、30 MN、60 MN自由鍛水壓機(jī)約8臺(tái)。

這一時(shí)期，我國(guó)的鍛造液壓機(jī)主要是修復(fù)日本戰(zhàn)敗后散存的中小型自由鍛水壓機(jī)以及進(jìn)口國(guó)外的自由鍛水壓機(jī)，修復(fù)的水壓機(jī)有10 MN、12 MN、20 MN自由鍛水壓機(jī)各一臺(tái);30 MN自由鍛水壓機(jī)兩臺(tái) (其中一臺(tái)改造為25 MN);其余皆為進(jìn)口設(shè)備，其代表性水壓機(jī)是進(jìn)口捷克的30 MN和60 MN自由鍛水壓機(jī)各一臺(tái)，這兩臺(tái)水壓機(jī)分別安裝在太原重型機(jī)器廠和第一重型機(jī)器廠。

經(jīng)過(guò)第一個(gè)五年計(jì)劃的建設(shè)，各行各業(yè)都得到很大發(fā)展，從1958年起我國(guó)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，為滿足礦山、冶金、軋鋼、電站、石化、造船等工業(yè)所需大型鍛件，截止1975年由中國(guó)自主設(shè)計(jì)、制造了10 MN、12.5 MN、16 MN、20 MN、25 MN、30 MN、60 MN、80 MN、125 MN自由鍛水壓機(jī)40多臺(tái)。

這一時(shí)期最具代表的是1962年建成并安裝于上海重型機(jī)器廠的120 MN自由鍛水壓機(jī)，由江南造船廠制造，具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)，標(biāo)志著我國(guó)重型機(jī)械的設(shè)計(jì)制造進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段。

很快由沈陽(yáng)重型機(jī)器廠和中國(guó)第一重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造的125 MN自由鍛造水壓機(jī)于1964年12月在中國(guó)第一重型機(jī)器廠投產(chǎn);中國(guó)第二重型機(jī)器廠引進(jìn)捷克的120 MN自由鍛水壓機(jī)于1968年投產(chǎn)。至此我國(guó)已有3臺(tái)萬(wàn)噸級(jí)的自由鍛壓機(jī)，大大提高了國(guó)內(nèi)鋼錠的鍛造能力。

1973年投產(chǎn)的300 MN模鍛水壓機(jī)由第一重型機(jī)器廠、一機(jī)部機(jī)械研究院研制安裝于西南鋁加工廠，這套設(shè)備代表了我國(guó)當(dāng)時(shí)模鍛技術(shù)的最高水平。

經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的建設(shè)，我國(guó)擁有自由鍛液壓機(jī)的數(shù)量、等級(jí)及其潛在能力，已跨入世界大鍛件生產(chǎn)大國(guó)的行列，已經(jīng)能夠自主設(shè)計(jì)制造大型自由鍛和模鍛液壓機(jī)，自由鍛造水壓機(jī)總數(shù)由1957年的14臺(tái)增加到55臺(tái)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)大型模鍛液壓機(jī)零的突破。

2.2 大型鍛造液壓機(jī)

改革開(kāi)放至今，我國(guó)實(shí)施以科技為興業(yè)手段、技術(shù)進(jìn)步為中心的發(fā)展和提高時(shí)期，特別是隨著我國(guó)航空航天工業(yè)的發(fā)展，我國(guó)鍛造液壓機(jī)的發(fā)展進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，并呈現(xiàn)大型、超大型化的趨勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，這一時(shí)期僅萬(wàn)噸級(jí)以上的已投產(chǎn)和在建的鍛造液壓機(jī)約近20臺(tái)套。

首先是第二重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造，安裝于重慶西南鋁加工廠的100 MN多向模鍛水壓機(jī)于1982年3月投產(chǎn)。繼而中國(guó)第一重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造，安裝于本廠的150 MN自由鍛造水壓機(jī)于2006年12月30日投產(chǎn)。中國(guó)第二重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造，安裝于本廠的160 MN自由鍛造水壓機(jī)于2008年2月21日試生產(chǎn)。上海重型機(jī)器廠、西安重型機(jī)械研究所研制安裝于上海重型機(jī)器廠的165 MN自由鍛造油壓機(jī)于2009年6月投產(chǎn)。

這三臺(tái)自由鍛造液壓機(jī)拉開(kāi)了我國(guó)建造大型、超大型鍛造液壓機(jī)的序幕，自此185 MN、190 MN、200 MN的超大型自由鍛液壓機(jī)相繼投產(chǎn);45 MN、80 MN等大型快速鍛造液壓機(jī)和300 MN、400 MN、800 MN乃至1000 MN等超大型模鍛液壓機(jī)也相繼在建;同時(shí)1600 MN模鍛液壓機(jī)的設(shè)計(jì)已完成;多向模鍛也取得了重大技術(shù)突破，由清華大學(xué)、中冶京唐重型裝備成形制造工程研究所自主研發(fā)、自主設(shè)計(jì)，由二十二冶精密鍛造公司總成制造、安裝調(diào)試的40 MN多向模鍛壓機(jī)于2010年6月31日試車成功，300 MN多向模鍛液壓機(jī)業(yè)已在建。

這一時(shí)期鍛造液壓機(jī)呈現(xiàn)大型、超大型發(fā)展趨勢(shì)，主機(jī)的結(jié)構(gòu)形式也呈多樣化:即預(yù)應(yīng)力框架的三梁四柱式、鋼絲纏繞式和板框式結(jié)構(gòu)。其中185 MN、190 MN、200 MN的超大型自由鍛液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)為三梁四柱全預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu);300 MN、400 MN、1000 MN模鍛液壓機(jī)的主機(jī)是鋼絲纏繞結(jié)構(gòu);800 MN模鍛液壓機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)是板框式結(jié)構(gòu)。液壓控系統(tǒng)呈現(xiàn)出泵直傳油控系統(tǒng)的趨勢(shì)，新增的大型、超大型鍛造液壓機(jī)僅有一重、二重的150 MN和160 MN自由鍛液壓機(jī)采用了泵－蓄勢(shì)器水控系統(tǒng)外，其余均為泵直傳油控系統(tǒng)。同時(shí)也出現(xiàn)了泵直控系統(tǒng)，如300 MN、400 MN、1000 MN模鍛及40 MN多向模鍛液壓機(jī)均采用了油泵直控系統(tǒng)。

3 發(fā)達(dá)國(guó)家鍛造液壓機(jī)的現(xiàn)狀

由鍛造液壓機(jī)的發(fā)展歷程可以看出，發(fā)達(dá)國(guó)家的鍛造液壓機(jī)的快速發(fā)展于二戰(zhàn)后，其目的是為了發(fā)展航空工業(yè)，其發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)大型、超大型化，且以大型、超大型模鍛液壓機(jī)為主。在發(fā)展大型、超大型鍛造液壓機(jī)的同時(shí)，發(fā)達(dá)國(guó)家同時(shí)調(diào)整了擁有鍛造液壓機(jī)的品種、數(shù)量和等級(jí)，使鍛造液壓機(jī)的品種和數(shù)量、等級(jí)更加合理。

3.1 鍛壓機(jī)的數(shù)量及類型

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1893年美國(guó)建成第一臺(tái)(126 MN)萬(wàn)噸水壓機(jī)起，115年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家共制造了萬(wàn)噸級(jí)自由鍛造液壓機(jī)約33臺(tái)，去除因老舊拆除外，現(xiàn)存100～185 MN級(jí)自由鍛造液壓機(jī)共約23臺(tái)，見(jiàn)表1。而自1934年德國(guó)制造了70MN模鍛水壓機(jī)至今，發(fā)達(dá)國(guó)家萬(wàn)噸級(jí)以上的模鍛液壓機(jī)擁有量為約為35臺(tái)，見(jiàn)表2。

表1 發(fā)達(dá)國(guó)家擁有大型自由鍛液壓機(jī)一覽表Table 1 List of large-scale free hydraulic forging presses in developed countries

注:1.意大利126 MN液壓機(jī)列在125 MN系列統(tǒng)計(jì);2.“()”內(nèi)數(shù)量，是早年收集的資料，說(shuō)明原蘇聯(lián)、美國(guó)、日本、德國(guó)都有120～150 MN液壓機(jī)，有些是蒸汽增壓式，是否進(jìn)行改造、還是拆除，情況不明。

表2 發(fā)達(dá)國(guó)家擁有大型模鍛液壓機(jī)一覽表Table 2 List of large-scale die forging hydraulic presse in developed countries

發(fā)達(dá)國(guó)家擁有的萬(wàn)噸級(jí)以上的模鍛液壓機(jī)約37臺(tái)，其中美國(guó)擁有約50%。美國(guó)Wyman-Gordon、俄羅斯的Всмпо以及法國(guó)的AD公司是世界上擁有模鍛液壓機(jī)的公稱鍛造力最大、品種和數(shù)量最多的3個(gè)企業(yè)，其品種和規(guī)格見(jiàn)表3。

表3 美國(guó)、俄國(guó)、法國(guó)三大公司模鍛液壓機(jī)的鍛造力及其類型Table 3 Forging force and types of die forging hydraulic presses in Wyman-Gordon(in US)，Всмпо (in Russia)and AD(in France)

從目前發(fā)達(dá)國(guó)家大型鍛造液壓機(jī)的擁有量看，美國(guó)居其首，其液壓機(jī)的品種、規(guī)格和數(shù)量分布合理，滿足了美國(guó)對(duì)于大型鍛件的需求。法國(guó)擁有2臺(tái)750 MN鍛造液壓機(jī)，而瑞典則擁有全球最大的800 MN鍛造液壓機(jī)。

從結(jié)構(gòu)形式看，這些大型、超大型鍛造液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)有三梁四柱、板框式以及鋼絲纏繞式;幾乎全部為多缸驅(qū)動(dòng)，油缸可以為上推式或下拉式。

從液壓系統(tǒng)看，幾乎全部為泵－蓄勢(shì)器傳動(dòng)的水控系統(tǒng)。由于這些鍛造液壓機(jī)大部分建造于二戰(zhàn)以后至上世紀(jì)70年代，建成時(shí)，其液壓系統(tǒng)多為蓄勢(shì)器傳動(dòng)的水控系統(tǒng)，電氣控制多采用繼電器控制，配套的操作機(jī)也不齊全。這是由于當(dāng)時(shí)的液壓元件、電器元件及其計(jì)算機(jī)的限制所致。

上世紀(jì)80年代始，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)現(xiàn)有的鍛造液壓機(jī)在如下幾個(gè)方面進(jìn)行了改造和調(diào)整:

(1)液壓控制系統(tǒng):由于水泵蓄勢(shì)器傳動(dòng)具有能耗高、占地多、投資大以及水控元件需要采用防銹材料制造導(dǎo)致其成本增加;而且水控元件的壽命短、易泄漏，備品備件的需要量大，資金占用多。因此從上世紀(jì)80年代始，逐步改造為泵直驅(qū)油控系統(tǒng)。

(2)配備了相應(yīng)的操作機(jī):為了提高生產(chǎn)率、減小勞動(dòng)強(qiáng)度以及勞動(dòng)安全保護(hù)，同時(shí)隨著技術(shù)的發(fā)展，大型、超大型的鍛造液壓機(jī)逐漸的配置了鍛造操作機(jī)，與主機(jī)聯(lián)動(dòng)，不僅提高了生產(chǎn)率、減小了勞動(dòng)強(qiáng)度、人身安全得到了保證，同時(shí)也大大提高了鍛件的精度。

(3)調(diào)整了鍛造液壓機(jī)的數(shù)量、規(guī)格和類型:上世紀(jì)80～90年代，由于世界經(jīng)濟(jì)的影響，發(fā)達(dá)國(guó)家淘汰了一批老式鍛造液壓機(jī)，補(bǔ)充了一部分新的液壓機(jī)，同時(shí)合并了一些鍛造公司，使得鍛造液壓機(jī)的規(guī)格、數(shù)量及類型分布更加合理。

3.2 鍛造液壓機(jī)的特點(diǎn)

經(jīng)過(guò)改造和調(diào)整并不斷吸取新的技術(shù)成果，目前發(fā)達(dá)國(guó)家的鍛造液壓機(jī)具有以下特點(diǎn):

(1)鍛造液壓機(jī)的數(shù)量、規(guī)格和類型更加合理。美國(guó)是發(fā)達(dá)國(guó)家擁有鍛造液壓機(jī)的數(shù)量最多的國(guó)家，其自由鍛、模鍛、等溫模鍛和多向模鍛液壓機(jī)規(guī)格比較齊全，類型分布比較合理。

(2)鍛造力越來(lái)越高。瑞典的新型鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)的800 MN是全球目前已投產(chǎn)的最大的鍛造液壓機(jī)。

(3)本體機(jī)架結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能不斷提高。梁柱結(jié)構(gòu)向厚鋼板疊組結(jié)構(gòu)形式，梁柱分離向梁柱融合，無(wú)預(yù)應(yīng)力向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)發(fā)展，由多連接向少連接少應(yīng)力集中發(fā)展。

(4)液壓機(jī)結(jié)構(gòu)由多缸結(jié)構(gòu)向少缸、甚至單缸結(jié)構(gòu)發(fā)展，最大工作壓力逐步提高，使得液壓機(jī)載荷分布合理，結(jié)構(gòu)緊湊。

(5)由泵－蓄勢(shì)器傳動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸弥苯觽鲃?dòng)，水控系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛涂叵到y(tǒng)，工作介質(zhì)壓力由高壓向超高壓轉(zhuǎn)變，使得壓機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，剛度強(qiáng)度更好;同時(shí)減小了投資，節(jié)約了能源，元件壽命更長(zhǎng)，控制更方便、更精確。

(6)自動(dòng)化水平高。現(xiàn)代化的重型鍛造液壓機(jī)、操作機(jī)、鍛造吊車均實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)控制，全部機(jī)械化，并配有鍛件尺寸自動(dòng)測(cè)量裝置，鍛造壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動(dòng)，鍛造加熱爐自動(dòng)控制。

(7)鍛件的精度越來(lái)越高。采用新型液壓閥、伺服閥和閉環(huán)控制系統(tǒng)，人工直接操作變成計(jì)算機(jī)控制程序操作，提高液壓系統(tǒng)的控制精度，同時(shí)提高了鍛件的精度。

(8)多工位熱模鍛壓機(jī)。大型汽車零件模鍛件大部分采用以多工位熱模鍛壓機(jī)為主休的綜合自動(dòng)線，美國(guó)、德國(guó)、日本基本采用熱模鍛壓力機(jī)取代原有的模鍛錘，中小型模鍛件采用多工位高速自動(dòng)熱鐓機(jī)，最高速度達(dá)到4000～12000件/h。

(9)模鍛、擠壓多功能。一臺(tái)模鍛液壓機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)一機(jī)多能，如圖1所示。如20世紀(jì)50年代美國(guó)制造的2臺(tái)450 MN模鍛液壓機(jī)和20世紀(jì)60年代前蘇聯(lián)制造的2臺(tái)750 MN模鍛液壓機(jī)都是單一的模鍛功能，而在上世紀(jì)70年代前蘇聯(lián)為法國(guó)制造的650 MN模鍛液壓機(jī)則同時(shí)具有水平鍛造功能，即多向模鍛;美國(guó)的315 MN模鍛液壓機(jī)則同時(shí)具有模鍛、擠壓兩種功能。

圖1 多功能鍛造液壓機(jī)Fig.1 Multi-function die forging hydraulic presses

4 國(guó)內(nèi)鍛造液壓機(jī)的現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)建造大型模鍛液壓機(jī)啟動(dòng)較早，早在1982年由第二重型機(jī)器廠設(shè)計(jì)制造安裝于重慶西南鋁加工廠100 MN多向模鍛水壓機(jī)就已投產(chǎn)，隨后中國(guó)的大型、超大型模鍛液壓機(jī)就沉寂了二十多年。隨著大型自由鍛液壓機(jī)的建成投產(chǎn)，大型、超大型模鍛液壓機(jī)也進(jìn)入了發(fā)展高峰。天鍛壓力機(jī)有限公司為紅原鍛鑄工業(yè)公司制造的100 MN等溫鍛造液壓機(jī)，蘇州昆侖先進(jìn)制造技術(shù)裝備有限公司建成300 MN模鍛液壓機(jī)，如圖2所示。在建的有蘇州昆侖先進(jìn)制造技術(shù)裝備有限公司的1000 MN模鍛液壓機(jī);第二重型機(jī)器廠和西安三角航空科技的800 MN模鍛液壓機(jī);西安三角航空科技的400 MN模鍛液壓機(jī);第二重型機(jī)器廠和紅原鍛鑄工業(yè)公司的200 MN等溫鍛造液壓機(jī)，某公司的250 MN等溫鍛造液壓機(jī);某公司的300 MN多向模鍛液壓機(jī)。

圖2 我國(guó)自行設(shè)計(jì)的鍛造液壓機(jī)Fig.2 Forging hydraulic presses designed by China

隨著改革開(kāi)放的深入，國(guó)民經(jīng)濟(jì)形勢(shì)向好，國(guó)家在機(jī)械行業(yè)扶持的四大產(chǎn)業(yè)——航空航天、船舶、汽車和電力進(jìn)入了發(fā)展高峰。本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)大型、超大型自由鍛液壓機(jī)快速發(fā)展。繼第一重型機(jī)器廠2006年建成150 MN自由鍛水壓機(jī)后，第二重型機(jī)器廠于2008年建成了160 MN自由鍛水壓機(jī)，緊接著上海重型機(jī)器廠于2009年建成165 MN自由鍛油壓機(jī) (圖2)，隨之而來(lái)的就是2010年洛陽(yáng)中信建成了全球最大的185 MN自由鍛油壓機(jī)。拒不完全統(tǒng)計(jì)，目前在建的萬(wàn)噸級(jí)自由鍛液壓機(jī)還約有7臺(tái)。

目前國(guó)內(nèi)已建成9臺(tái)萬(wàn)噸級(jí)自由鍛造液壓機(jī)，其規(guī)模和鍛造力均居世界首位。加之在建的萬(wàn)噸級(jí)的自由鍛液壓機(jī)，其數(shù)量將達(dá)16臺(tái)左右，約占全球萬(wàn)噸級(jí)自由鍛液壓機(jī)的50%;國(guó)內(nèi)建成的萬(wàn)噸級(jí)模鍛液壓機(jī)約6臺(tái)，加之在建的共約14臺(tái)左右。約占全球萬(wàn)噸級(jí)模鍛壓力機(jī)的27%左右。這些在建的萬(wàn)噸級(jí)的鍛造液壓機(jī)按照計(jì)劃將在2014～2015年間相繼建成，屆時(shí)，中國(guó)將成為名副其實(shí)的鍛造液壓機(jī)大國(guó)。

國(guó)內(nèi)建成和在建的大型、超大型鍛造液壓機(jī)具有如下特點(diǎn):

(1)自由鍛和模鍛液壓機(jī)的數(shù)量均居世界之首，將成為世界鍛造大國(guó)。

(2)鍛造液壓機(jī)的數(shù)量、規(guī)格和類型趨于合理。自由鍛液壓機(jī)從100～200 MN已經(jīng)形成系列;國(guó)內(nèi)的鍛造液壓機(jī)類型亦將趨于齊全，將擁有自由鍛液壓機(jī)、模鍛液壓機(jī)、等溫模鍛液壓機(jī)和多向模鍛液壓機(jī)，改變?cè)瓉?lái)單一的自由鍛和模鍛現(xiàn)象。

(3)國(guó)產(chǎn)化程度大幅提高。建成和在建的大型、超大型鍛造液壓機(jī)除洛陽(yáng)中信公司的185 MN自由鍛液壓機(jī)是進(jìn)口國(guó)外設(shè)備，某公司在建的200 MN自由鍛液壓機(jī)由國(guó)外設(shè)計(jì)、聯(lián)合制造以及一重和二重的150 MN、160 MN的液壓和電氣系統(tǒng)由國(guó)外設(shè)計(jì)制造外，其余建成或在建的鍛造液壓機(jī)全部具有我國(guó)完全自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)制造大型、超大型鍛造液壓機(jī)的水平已接近世界水平。

(4)自由鍛液壓機(jī)采用了三梁四柱全預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)和上推式油缸結(jié)構(gòu);而模鍛液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式多樣化:有三梁四柱全預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)(多為200 MN以下的大型模鍛液壓機(jī))、板框式結(jié)構(gòu) (二重的800 MN模鍛液壓機(jī))和鋼絲纏繞式框架結(jié)構(gòu) (多由清華大學(xué)設(shè)計(jì)、多用于300 MN以上的模鍛液壓機(jī));其油缸多為上推式安裝方式。

(5)液壓系統(tǒng)多采用油控系統(tǒng)，除一重、二重的150 MN噸級(jí)的自由鍛液壓機(jī)采用泵－蓄勢(shì)器傳動(dòng)水控系統(tǒng)外，幾乎全部采用油泵直傳和油控系統(tǒng)，有的甚至采用了油泵直控的液壓控制系統(tǒng)。

(6)液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)壓力由高壓向超高壓發(fā)展，有的可高達(dá)63 MPa。

(7)鍛造力趨于極限，某公司在建的200 MN自由鍛造液壓機(jī)將居全球自由鍛液壓機(jī)之首。昆侖先進(jìn)制造技術(shù)裝備有限公司在建的1000 MN模鍛液壓機(jī)當(dāng)居世界之首，而且1600 MN的模鍛液壓機(jī)的設(shè)計(jì)也已經(jīng)完成。

(8)配置了鍛造操作機(jī)，機(jī)械化程度高。

5 國(guó)內(nèi)鍛造液壓機(jī)展望

“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重大專項(xiàng)確立的目標(biāo)是，“到2020年航空航天、船舶、汽車和發(fā)電設(shè)備制造所需要的高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備80%以上立足國(guó)內(nèi)”。鍛造液壓機(jī)則是廣泛應(yīng)用于上述四大領(lǐng)域的不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備之一。未來(lái)鍛件在國(guó)民經(jīng)濟(jì)瓶頸行業(yè)相關(guān)的設(shè)備制造發(fā)展空間較大。石油化工設(shè)備、煤礦采掘設(shè)備、發(fā)電設(shè)備、鐵路設(shè)備、清潔能源設(shè)備、管道運(yùn)輸設(shè)備投資需求的快速擴(kuò)張對(duì)鍛件特別是大型模鍛件有較大需求，也給鍛造液壓機(jī)的快速發(fā)展帶來(lái)了機(jī)遇。

事實(shí)也確如此，二十多年來(lái)，在四大支柱產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下，我國(guó)鍛造行業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，我國(guó)的鍛造液壓機(jī)在數(shù)量上和鍛造能力均居世界之首，是鍛造液壓機(jī)設(shè)計(jì)制造大國(guó)，但是還不是強(qiáng)國(guó)，我們與發(fā)達(dá)相比還有較大的差距:

(1)從建成和在建的鍛造液壓機(jī)看，自由鍛液壓機(jī)已經(jīng)形成系列，規(guī)格齊全，分檔也比較合理;而模鍛液壓機(jī)的規(guī)格和類型分布尚欠合理。100 MN模鍛液壓機(jī)數(shù)量偏多 (拒不完全統(tǒng)計(jì)，約達(dá)6臺(tái)之多);等溫鍛多集中在200 MN以下，還沒(méi)有200 MN以上的等溫鍛液壓機(jī)建成或在建;大型多向模鍛液壓機(jī)僅有一臺(tái)在建;400 MN～800 MN模鍛液壓機(jī)之間檔距過(guò)大，將造成大馬拉小車或小馬拉大車的現(xiàn)象。

(2)中高端鍛造能力不足，功能單一。國(guó)內(nèi)的大型、超大型模鍛液壓機(jī)的功能僅局限于單一的熱模鍛，大型、超大型模鍛件的溫鍛、等溫鍛以及多向模鍛液壓機(jī)處于在建階段，其工藝仍在探索，尚未成熟;大型多工位模鍛液壓機(jī)亟待開(kāi)發(fā)。

(3)自動(dòng)化程度低。大部分操作包括產(chǎn)品運(yùn)輸依然依靠人工完成，特別是上世紀(jì)建成的大型模鍛液壓機(jī)尤甚。

(4)可靠性低。國(guó)家重大專項(xiàng)提出至2015年，機(jī)床的可靠性要達(dá)到“平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)達(dá)到1500 h”。已建成的大型鍛造液壓機(jī)與這一目標(biāo)還有一定的距離，有一部分鍛造液壓機(jī)僅僅處于能夠使用的程度，故障率較高，壓機(jī)精度低，導(dǎo)致了鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量差。

(5)勞動(dòng)生產(chǎn)率低下。日本全員勞動(dòng)生產(chǎn)率為175 t/(人·年)，印度為16.5 t/(人·年)。我國(guó)最具代表性的汽車鍛造公司的全員勞動(dòng)生產(chǎn)率為50 t/(人·年)，浙江溫州地區(qū)的統(tǒng)計(jì)約為18.7 t/(人·年)。

(6)模具壽命低。我國(guó)熱鍛模壽命一般在4000～6000件，主要受工藝設(shè)計(jì)、鍛造設(shè)備、加熱、潤(rùn)滑等因素影響，國(guó)外模具壽命在10000～15000件，模具壽命是影響鍛件成本的主要因素，提高鍛模的壽命是鍛造企業(yè)共同的使命。

進(jìn)入21世紀(jì)，國(guó)內(nèi)大型、超大型鍛造液壓機(jī)已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，設(shè)計(jì)水平和制造水平顯著提高，但與世界先進(jìn)水平還存在較大的差距，未來(lái)幾年鍛造液壓機(jī)特別是大型、超大型鍛造液壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)將主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)根據(jù)我國(guó)的鋼鐵年產(chǎn)量和市場(chǎng)對(duì)自由鍛件的需求，國(guó)內(nèi)建成和在建的自由鍛造液壓機(jī)在數(shù)量、規(guī)格上已經(jīng)達(dá)到飽和，今后幾年內(nèi)不宜再建造新的自由鍛造液壓機(jī) (但快速鍛造液壓機(jī)還有一定的發(fā)展空間)，這在2011年鍛壓協(xié)會(huì)的年報(bào)中已經(jīng)明確提出。今后當(dāng)以自由鍛造工藝為主要研究方向。

(2)尋求拓展模鍛件產(chǎn)品的國(guó)際市場(chǎng)。建成或在建的大型、超大型模鍛液壓機(jī)均以航空模鍛件為產(chǎn)品目標(biāo)，這些模鍛液壓機(jī)在鍛造力和數(shù)量上已經(jīng)大于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求，因此亟待拓展國(guó)際市場(chǎng)。同時(shí)由于建成和在建的模鍛液壓機(jī)在400 MN到800 MN之間缺檔，600 MN級(jí)的模鍛液壓機(jī)仍有一定的市場(chǎng)需求。

(3)泵直驅(qū)或泵直控的油系統(tǒng)將逐漸取代泵蓄勢(shì)器傳動(dòng)和水控系統(tǒng);超高壓系統(tǒng)將是超大型鍛造液壓機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

(4)溫鍛、等溫鍛等超大型模鍛液壓機(jī)需求將呈上升趨勢(shì)。溫鍛成形既突破了冷鍛成形中變形材料、零件形狀需增加中間熱處理工步及變形抗力的局限性，又克服了熱鍛中因強(qiáng)烈氧化作用而引起的表面質(zhì)量及尺寸精度問(wèn)題具有顯著的優(yōu)越性。而等溫鍛則是充分利用某些金屬在等一溫度下所具有的高塑性，可以獲得特定的組織和性能，而建成和在建的此類壓機(jī)均在200 MN以下，故中高端大型模鍛件對(duì)于溫鍛、等溫鍛等大型模鍛液壓機(jī)的需求將呈上升趨勢(shì)。

(5)多向模鍛液壓機(jī)將成為發(fā)展的熱點(diǎn)。多向模鍛液壓機(jī)工作時(shí)，其主機(jī)框架受力狀態(tài)極其惡劣而復(fù)雜，使得該類液壓機(jī)研制目前屬世界性難題。但是由于多向模鍛液壓機(jī)是在模具閉合后，幾個(gè)沖頭自不同方向同時(shí)或先后對(duì)毛坯進(jìn)行擠壓，從而在一次加熱和壓機(jī)一次行程中完成鍛件的鍛造。其產(chǎn)品既具有擠壓工藝變形均勻、精度高、機(jī)械性能好的特點(diǎn);又具有普遍模鍛成形復(fù)雜零件外形的特點(diǎn);而且還可以完成普通模鍛無(wú)法一次完成的帶內(nèi)孔的零件，國(guó)內(nèi)萬(wàn)噸級(jí)的多向模鍛液壓機(jī)僅有一臺(tái)100 MN多向模鍛液壓機(jī)，在建的僅有300 MN多向模鍛液壓機(jī)，所以多向模鍛液壓機(jī)將成為大型模鍛液壓機(jī)的發(fā)展熱點(diǎn)。

(6)大型鍛造液壓機(jī)、操作機(jī)、鍛造吊車實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制，全部自動(dòng)化，并配有鍛件尺寸自動(dòng)測(cè)量裝置，鍛造壓機(jī)與操作機(jī)數(shù)控聯(lián)動(dòng)，鍛造加熱爐自動(dòng)控制，以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

(7)可靠性將成為衡量大型、超大型鍛壓機(jī)械的主要質(zhì)量指標(biāo)之一?？煽啃宰鳛橐环N質(zhì)量指標(biāo)，是產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)間和規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力，它與一般的質(zhì)量指標(biāo)的不同在于它是時(shí)間質(zhì)量指標(biāo)。

美、日、俄從二戰(zhàn)后就已經(jīng)開(kāi)始了可靠性研究，并將其首先應(yīng)用于航空航天和軍事工業(yè)，并逐步推廣到民用工業(yè)上。俄羅斯將可靠性作為質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行考核，日本也成功的將可靠性引入了質(zhì)量管理體系中，而我國(guó)的可靠性研究相對(duì)較晚，也僅在電子、宇航部門率先開(kāi)展，機(jī)械行業(yè)中的儀表及汽車行業(yè)也已開(kāi)展了可靠性工作。

隨著重型模鍛液壓機(jī)技術(shù)發(fā)展，產(chǎn)品日益高參數(shù)化和復(fù)雜化，設(shè)備發(fā)生故障機(jī)會(huì)大大增多，對(duì)于大型、超大型鍛造壓機(jī)，一旦發(fā)生事故，其危害無(wú)疑是巨大的，因此可靠性對(duì)于重型鍛造壓機(jī)尤為重要，我國(guó)已經(jīng)對(duì)基礎(chǔ)制造業(yè)的可靠性提出了具體要求，即到2015年“平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)達(dá)到1500 h”，因此可靠性必將成為衡量大型、超大型鍛壓機(jī)械的主要質(zhì)量指標(biāo)之一。

(8)大型、超大型模鍛工藝研究無(wú)疑是最重要的研發(fā)方向，我國(guó)重型等溫鍛、多向模鍛設(shè)備的研制剛剛起步，其工藝尚屬空白，隨著重型等溫模鍛、多向模鍛液壓機(jī)的研制成功，等溫模鍛、多向模鍛工藝研究的矛盾將凸顯出來(lái)，從現(xiàn)在開(kāi)始，必須研發(fā)大型等溫鍛件、多向模鍛件的工藝，以滿足國(guó)防及民用產(chǎn)品的需求。

6 結(jié)論

改革開(kāi)放特別是近年來(lái)，我國(guó)自主研發(fā)鍛造液壓機(jī)特別是大型、超大型鍛造液壓機(jī)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，鍛造液壓機(jī)的數(shù)量和鍛造力均居世界首位，已經(jīng)成為鍛造液壓機(jī)大國(guó)，但還不是鍛造液壓機(jī)的強(qiáng)國(guó)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在較大的差距，因此鍛造液壓機(jī)改造、調(diào)整和提高，各種不同工藝的研發(fā)，將是未來(lái)鍛造液壓機(jī)研究的主要內(nèi)容。隨著國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)制造工業(yè)的投資力度的加大和重視，我國(guó)科研人員的共同努力，在不久的將來(lái)，我國(guó)將不僅成為全球鍛造液壓機(jī)的大國(guó)，而且是鍛造液壓機(jī)的強(qiáng)國(guó)。

［1］ 俞新陸．液壓機(jī) ［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990．

［2］ 俞新陸．液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)與控制 ［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1989．

［3］ 中國(guó)工程院．發(fā)展我國(guó)大型鍛壓裝備研究 ［R］．工程科技與發(fā)展戰(zhàn)略咨詢研究報(bào)告集 ［C］．北京:中國(guó)工程院，2010．

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