文/徐祥龍·江蘇森威精鍛有限公司

高速圓盤鋸在精鍛行業(yè)的應(yīng)用

文/徐祥龍·江蘇森威精鍛有限公司

多年來(lái)，國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的高速發(fā)展，推動(dòng)了汽車零部件的生產(chǎn)越來(lái)越多地采用精密鍛造成形。隨著精鍛應(yīng)用技術(shù)的推廣和技術(shù)水平的提高，精鍛行業(yè)迫切需要找到一種優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的精密下料方法。高速圓盤鋸在精鍛行業(yè)的推廣應(yīng)用，使我國(guó)精鍛行業(yè)找到了與我國(guó)國(guó)情基本適應(yīng)的精密下料方法。

精密鍛造具有少、無(wú)切削特征，一般都是少飛邊或無(wú)飛邊鍛造成形。因此，精密鍛造對(duì)下料的精度要求高于普通鍛造。首先是下料的坯料要求較高的體積精度，在鍛造成形時(shí)能保證充滿模腔，同時(shí)又限制形成過(guò)大的飛邊，甚至損壞模腔。其次，精鍛坯料的幾何精度要高于普通鍛造，特別是自動(dòng)化鍛造線上的精鍛坯料，為保證送料順暢，對(duì)坯料的形狀精度及端面倒角等，提出了嚴(yán)格的要求。

精鍛坯料的質(zhì)量要求——體積精度和幾何精度

坯料的體積精度

(1）小飛邊鍛造和開(kāi)式鍛造：體積誤差1%～3%。

帶有小飛邊的精鍛件，例如汽車后軸法蘭軸、汽車發(fā)電機(jī)爪極、汽車等速萬(wàn)向節(jié)滑套和汽車變速箱輸入、輸出軸精鍛毛坯等，具有小飛邊，或是開(kāi)放式擠壓成形，對(duì)坯料體積精度比較寬松，下料體積精度允許在1%～3%之間。案例：汽車后軸法蘭軸、汽車發(fā)電機(jī)爪極、端面開(kāi)放的汽車等速萬(wàn)向節(jié)滑套、汽車變速箱輸出軸（見(jiàn)圖1、圖2）。

圖1 乘用車后軸的小飛邊鍛造工藝過(guò)程

圖2 汽車發(fā)電機(jī)爪極、等速萬(wàn)向節(jié)滑套、汽車變速箱輸出軸

(2）一般冷鍛和溫鍛場(chǎng)合：體積誤差1%。

通常，采用溫-冷聯(lián)合成形的傳動(dòng)齒輪精鍛件、端面封閉的等速萬(wàn)向節(jié)鐘形殼精鍛件等，屬無(wú)飛邊鍛造，下料的體積精度要求達(dá)到1%左右。案例：農(nóng)機(jī)傳動(dòng)齒輪、等速萬(wàn)向節(jié)鐘形殼、端面封閉成形的等速萬(wàn)向節(jié)滑套（見(jiàn)圖3）。

圖3 體積誤差1%左右的精密鍛件

(3）閉塞鍛造場(chǎng)合：體積誤差≤0.5%。

在閉塞冷鍛、閉塞溫鍛和小規(guī)格齒輪的無(wú)飛邊成形方面，為保證成形精度和獲得一定的模具壽命，對(duì)下料的體積精度要求控制在0.5%以內(nèi)。案例：電動(dòng)工具傳動(dòng)齒輪、等速萬(wàn)向節(jié)星形套、等速萬(wàn)向節(jié)三銷套、汽車起動(dòng)電機(jī)減速齒環(huán)、汽車差速器行星齒輪（見(jiàn)圖4）。

圖4 體積精度≤0.5%的精密鍛件

坯料的幾何精度

(1）坯料的幾何精度描述。

坯料的幾何精度就是坯料的形狀精度，它包括了坯料的直線度、柱度、端面垂直度，并包括毛刺、裂紋、折疊等描述。

①剪切坯料。傳統(tǒng)的方法是剪切下料。普通剪切坯料的幾何精度一般不高，有毛刺、折疊等缺陷發(fā)生，很難滿足精密鍛造對(duì)坯料的質(zhì)量要求（見(jiàn)圖5、圖6）。

圖5 剪切坯料的幾何精度描述

圖6 普通剪切的坯料

②鋸切坯料。另一種傳統(tǒng)的下料方法是鋸切下料。鋸切下料不會(huì)改變?cè)牧系耐庑尉?，因此，與鋸切有關(guān)的下料精度是長(zhǎng)度和端面垂直度，以及兩端面的平行度誤差（見(jiàn)圖7）。

圖7 鋸切坯料的幾何精度描述

下料精度選擇

根據(jù)不同的精鍛產(chǎn)品和精鍛工藝，對(duì)下料精度有不同的選擇。表1是針對(duì)不同的精鍛工藝推薦的下料體積精度和形狀精度以及斷面質(zhì)量選擇。

表1 精密鍛造推薦的下料精度

坯料形狀和尺寸要求

(1）精密的毛坯尺寸和規(guī)整的毛坯形狀有利于自動(dòng)化送料。

(2）坯料與模腔間的間隙過(guò)大及不均勻都將影響反擠壓鍛件的同軸度。

(3）坯料兩端面的平行度直接影響模具壽命，特別是影響反擠壓沖頭的壽命。

因此，精密鍛造特別是冷鍛對(duì)坯料的體積精度和形狀、尺寸精度提出了嚴(yán)格的要求。

中國(guó)精密鍛造行業(yè)的國(guó)情

與歐美、日本相似，中國(guó)的精密鍛造企業(yè)主要集中在汽車零部件制造業(yè)。在歐美和日本，汽車零部件已形成大批大量的集約化生產(chǎn)。針對(duì)每一種零部件，都有自動(dòng)化、高效率的生產(chǎn)設(shè)備，包括精密下料設(shè)備，例如高效率的精密剪切機(jī)床，或者用高速冷成形機(jī)將無(wú)屑下料和預(yù)鐓鍛成形形成一體化生產(chǎn)。

由于歷史的原因，中國(guó)的汽車零部件制造業(yè)，至今為止，還沒(méi)有完成規(guī)?；图s化的整合。除少數(shù)外資或合資企業(yè)外，大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模還處于少批量多品種生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)并存的狀態(tài)。因此，具有極高生產(chǎn)效率的高度自動(dòng)化下料設(shè)備有時(shí)并不適合于國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

面對(duì)國(guó)內(nèi)精鍛行業(yè)大批大量和多品種少批量生產(chǎn)并存的現(xiàn)狀，我們必須找到一種能被多種生產(chǎn)模式兼容的下料方法，并且能夠在下料精度和下料成本方面滿足精密鍛造的要求。

精密鍛造的下料方法

普通剪切下料

(1）普通剪切下料的優(yōu)點(diǎn)。

①材料損耗接近零損耗；

②生產(chǎn)效率高，一般可達(dá)到20～80件/分鐘；

③下料成本低。

(2）普通剪切下料的缺點(diǎn)。

①剪切的坯料幾何精度較差，有塌頭、彎曲、毛刺等缺陷；

②坯料體積精度差，體積誤差達(dá)到3%～5%；

③有產(chǎn)生剪切裂紋的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖8 普通斷料機(jī)及剪切的坯料

普通剪切采用曲柄-聯(lián)桿或偏心驅(qū)動(dòng)的剪料機(jī)（見(jiàn)圖8）。

結(jié)論：普通剪切不適合于大多數(shù)精密鍛造場(chǎng)合。

當(dāng)代先進(jìn)的精密剪切概念——約束剪切

當(dāng)代先進(jìn)的精密剪切為高速剪切和約束剪切。由于高速剪切的振動(dòng)和噪聲極大，因此實(shí)際生產(chǎn)中主要應(yīng)用的是約束剪切。圖9為采用約束剪切概念的當(dāng)代先進(jìn)的精密剪切機(jī)床。

圖9 日本萬(wàn)陽(yáng)LBS系列精密斷料機(jī)

約束剪切的下料精度和端面質(zhì)量能夠滿足大多數(shù)精密鍛造的要求。但是，對(duì)于熱軋狀態(tài)的低碳鋼和低碳合金鋼，由于硬度偏低，剪切時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形，并且在剪切斷面上有發(fā)生微裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，即使在約束剪切狀態(tài)也不能完全避免發(fā)生剪切裂紋。因此，精密剪切主要用于硬度較高的中碳鋼和中碳合金鋼的下料。

將低碳鋼和低碳合金鋼通過(guò)冷拔加工，在提高棒材直徑精度的同時(shí)，將棒材硬度調(diào)整到有利于精密剪切的硬度，就可以安全進(jìn)行高效率的約束剪切生產(chǎn)。顯然，冷拔加工適合于大批大量生產(chǎn)場(chǎng)合。

約束剪切生產(chǎn)效率很高，中等規(guī)格的精密剪切機(jī)床，每分鐘剪切鋼坯可達(dá)60件以上，而且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。但是，這一類剪切機(jī)價(jià)格非常昂貴，因此，只有滿負(fù)荷生產(chǎn)才能得到合理的經(jīng)濟(jì)效益。

帶鋸鋸切下料

帶鋸是精鍛行業(yè)普遍使用的精密下料設(shè)備。在精鍛企業(yè)用于下料生產(chǎn)的主要有半自動(dòng)帶鋸和全自動(dòng)帶鋸兩種類型。圖10是當(dāng)前國(guó)內(nèi)精鍛企業(yè)普遍使用的半自動(dòng)帶鋸機(jī)。

圖10 半自動(dòng)帶鋸

(1）帶鋸下料優(yōu)點(diǎn)。

①鋸縫損耗較小；

②下料長(zhǎng)度精度較高；

③切斷過(guò)程中棒材無(wú)變形；

④切斷面沒(méi)有潛在的裂紋風(fēng)險(xiǎn)；

⑤設(shè)備投資不大；

⑥容易實(shí)現(xiàn)下料自動(dòng)化。

(2）帶鋸下料缺點(diǎn)。

①生產(chǎn)效率較低；

②鋸條用鈍后鋸縫逐漸“跑偏”，使下料精度變差（見(jiàn)圖11）。

圖11 鋸縫跑偏引起的下料誤差

為了改善鋸條用鈍后的“跑偏”，需要對(duì)帶鋸鋸切的坯料進(jìn)行端面切削，不但增加了材料損耗，而且使下料效率進(jìn)一步下降，下料成本明顯增加。

當(dāng)前，自動(dòng)和半自動(dòng)帶鋸以其設(shè)備投資小的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)精密鍛造行業(yè)中，仍占有一定份額。隨著精密剪切和高速圓盤鋸切的推廣使用，帶鋸鋸切最終將在中小規(guī)格棒料的下料工序中漸漸淡出。

預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)，帶鋸將從中小規(guī)格棒料的下料工序中徹底退出，但將保持大規(guī)格棒材的低成本鋸切優(yōu)勢(shì)。

高速圓盤鋸切下料

高速圓盤鋸是現(xiàn)代高效率下料設(shè)備。高速鋸片沿圓周鑲焊了硬質(zhì)合金刀片，相當(dāng)于厚度很薄的硬質(zhì)合金3面刃銑刀。圓鋸的切削原理與帶鋸有所差異，更接近于三面刃銑刀的切削原理。

中、小規(guī)格的高速圓盤鋸鋸片厚度2mm左右，因此高速圓盤鋸下料的鋸縫損耗與帶鋸相當(dāng)，但由于刀刃鑲焊了硬質(zhì)合金，切削線速度比對(duì)焊高速鋼的帶鋸要高，因此圓盤鋸的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)高于帶鋸。

高速圓盤鋸普遍采用自動(dòng)上料和自動(dòng)送進(jìn)鋸切，生產(chǎn)過(guò)程由PC自動(dòng)控制，自動(dòng)化水平較高（見(jiàn)圖12）。

(1）高速圓盤鋸優(yōu)點(diǎn)。

①自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率高，一人可操作多臺(tái)鋸床；

②鋸切坯料的尺寸精度、端面垂直度、兩端面平行度、鋸切面粗糙度等各方面都能充分滿足精密鍛造要求；

圖12 高速圓盤鋸和鑲焊硬質(zhì)合金刀片的圓鋸片

③鋸片用鈍不會(huì)產(chǎn)生“跑偏”現(xiàn)象，能長(zhǎng)期保持鋸切精度，也不會(huì)影響坯料的兩端面平行度；

④可以鋸切硬度較高的鋼材；

⑤鋸片使用壽命長(zhǎng)，生產(chǎn)成本低于帶鋸下料。

由于高速圓盤鋸的突出優(yōu)點(diǎn)，被大量應(yīng)用于當(dāng)代中、小規(guī)格鋼鐵精密鍛造場(chǎng)合。

(2）高速圓盤鋸缺點(diǎn)。

①設(shè)備價(jià)格昂貴，使一般企業(yè)望而止步；

②鋸切坯料的直徑受制于鋸片直徑和設(shè)備能力，直徑超過(guò)100mm后將不經(jīng)濟(jì)；

③對(duì)特別硬和特別軟的材料鋸切效果不好；

④料尾較長(zhǎng)，需另行處理。

以上原因，特別是高速圓盤鋸設(shè)備價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，曾經(jīng)嚴(yán)重影響到該設(shè)備的推廣使用。

高速圓盤鋸在國(guó)內(nèi)精鍛行業(yè)的應(yīng)用

先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的引入

(1）作為一種先進(jìn)高效的精密下料設(shè)備，我國(guó)鍛造行業(yè)早在90年代初就有少數(shù)企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用。但由于設(shè)備價(jià)格昂貴并由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有鋸片配套，而進(jìn)口鋸片的渠道不夠順暢，因此，這種先進(jìn)下料技術(shù)并沒(méi)有得到及時(shí)推廣。

(2）市場(chǎng)啟動(dòng)。

十多年前，一些臺(tái)資企業(yè)將圓盤鋸引入江蘇、上海地區(qū)組裝推銷，價(jià)格低于進(jìn)口設(shè)備和臺(tái)灣原裝設(shè)備，從而推動(dòng)了圓盤鋸的銷售。

(3）重點(diǎn)企業(yè)的帶動(dòng)效應(yīng)。

五、六年前，江蘇森威精鍛、江蘇太平洋精鍛等國(guó)內(nèi)精鍛行業(yè)骨干企業(yè)陸續(xù)淘汰帶鋸，購(gòu)置高速圓盤鋸。這些重點(diǎn)企業(yè)的實(shí)踐帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)鍛造行業(yè)對(duì)圓盤鋸的推廣。

國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家的努力

(1）國(guó)內(nèi)設(shè)備制造業(yè)看好高速圓盤鋸市場(chǎng)，及時(shí)推出國(guó)產(chǎn)化的高速圓盤鋸，價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口設(shè)備和臺(tái)資企業(yè)的設(shè)備價(jià)格。

(2）鋸片的本地化生產(chǎn)。

同時(shí)，國(guó)外鋸片廠商看好國(guó)內(nèi)鍛造行業(yè)，相繼到中國(guó)國(guó)內(nèi)設(shè)廠，完成高速鋸片的本地化生產(chǎn)。在以上環(huán)境下，近年來(lái)高速圓盤鋸在精鍛行業(yè)的應(yīng)用有飛速發(fā)展的趨勢(shì)，大部分企業(yè)都在淘汰陳舊的帶鋸的同時(shí)，積極購(gòu)置圓盤鋸，建設(shè)新的精密下料生產(chǎn)線。

國(guó)產(chǎn)化高速圓盤鋸與國(guó)外圓盤鋸的主要差距

切割效率和鋸片壽命不及國(guó)外名牌設(shè)備

國(guó)外高速圓盤鋸中的名牌產(chǎn)品：德國(guó)RSA公司的高速圓盤鋸，切割83mm×83mm的中碳合金鋼方鋼，每小時(shí)可達(dá)到295個(gè)；而我們用國(guó)產(chǎn)（包括臺(tái)灣部件組裝機(jī)臺(tái)）高速圓盤鋸，鋸切直徑60mm的同類鋼材，每小時(shí)只有270個(gè)，每小時(shí)切割面積為德國(guó)設(shè)備的38%，速度再提升時(shí)極易打刀。

設(shè)備精度保持性差

國(guó)產(chǎn)圓盤鋸，往往投產(chǎn)第一年使用狀態(tài)尚好，但到第二、第三年各項(xiàng)精度就有明顯下降。這方面臺(tái)資或合資企業(yè)的產(chǎn)品不明顯，自主研發(fā)的低價(jià)位設(shè)備存在這種問(wèn)題的較多。

精鍛行業(yè)對(duì)高速圓盤鋸的技術(shù)期望

精鍛行業(yè)迫切希望圓盤鋸床當(dāng)前的改進(jìn)方向

(1）希望進(jìn)一步提高圓盤鋸的切割效率。

考慮到國(guó)產(chǎn)設(shè)備走低價(jià)位路線，希望初步提高到國(guó)外先進(jìn)水平的50%，以后再作改善。

(2）解決料尾鋸割問(wèn)題。

圖13 普通圓鋸機(jī)出料口高度低，需用提升機(jī)與生產(chǎn)線聯(lián)接

這一方面已有企業(yè)完成了自主開(kāi)發(fā)，通過(guò)夾具的改進(jìn)和切割程序的調(diào)整達(dá)到了無(wú)尾料鋸切。希望在價(jià)格提升不多的前提下普及這項(xiàng)技術(shù)。

(3）解決切割管材時(shí)容易打刀的問(wèn)題。

(4）出料口高度普遍偏低，不利于在生產(chǎn)流水線上在線布置（見(jiàn)圖13）。

高速圓盤鋸用于流程化生產(chǎn)線

(1）隨著生產(chǎn)管理往精益生產(chǎn)方向進(jìn)步，流程化生產(chǎn)線顛覆了傳統(tǒng)的生產(chǎn)線布置，更多的企業(yè)將下料設(shè)備直接安裝在鍛造生產(chǎn)線上，使下料與鍛造生產(chǎn)同步進(jìn)行。

對(duì)于中小規(guī)格精密鍛件，如果將圓盤鋸的鋸割效率提高到5～10個(gè)/分，那么一臺(tái)圓盤鋸的生產(chǎn)節(jié)拍可與手動(dòng)鍛造生產(chǎn)線同步；2～3臺(tái)圓盤鋸并聯(lián)運(yùn)行，可滿足一條自動(dòng)化鍛造線的在線下料。在線下料的實(shí)現(xiàn)，最大限度壓降了鍛造前的坯料庫(kù)存，并且為壓降原材料庫(kù)存創(chuàng)造了條件（見(jiàn)圖14）。

流程化鍛造生產(chǎn)線優(yōu)點(diǎn)

(1）在制品庫(kù)存壓降，甚至可做到無(wú)中間庫(kù)存。

(2）原材料庫(kù)存大幅度壓降。

(3）生產(chǎn)過(guò)程時(shí)間壓縮到最低。

(4）產(chǎn)品規(guī)格和品種變更快，具有快速反應(yīng)能力。

高速圓盤鋸使用前景

高速圓盤鋸將在精密鍛造行業(yè)的以下場(chǎng)合首先得到應(yīng)用，然后必將在全行業(yè)得到推廣：

(1）中、小規(guī)格精密鍛件的多品種小批量和大批量生產(chǎn)并存的場(chǎng)合。

(2）不能容忍存在切斷面微裂紋潛在風(fēng)險(xiǎn)的下料場(chǎng)合。

(3）最適合直徑30～70mm的圓棒料或相應(yīng)的方鋼，或有色金屬棒材的下料。

(4）在精密鍛造行業(yè)的骨干企業(yè)將首先得到推廣，然后將在全行業(yè)得到普及。

目前，高速圓盤鋸的下料成本已在多數(shù)精鍛企業(yè)的長(zhǎng)期使用中得到驗(yàn)證，被證實(shí)稍低于帶鋸下料。阻礙高速圓盤鋸進(jìn)一步推廣的障礙是設(shè)備的投資成本太高。一般精鍛企業(yè)往往更新全部下料設(shè)備就需要采購(gòu)4～10臺(tái)高速圓盤鋸，目前，按每臺(tái)40～50萬(wàn)的價(jià)格，一般企業(yè)難以下決心置換。

因此，如果設(shè)備制造廠能夠在付款條件上作出變通，就能迅速改變當(dāng)前大部分精鍛企業(yè)在下料設(shè)備的更新方面猶豫不決的現(xiàn)象。有的高速圓盤鋸生產(chǎn)廠家，為了打開(kāi)設(shè)備銷售局面，干脆在精鍛公司廠區(qū)內(nèi)以圓盤鋸作為投資建設(shè)高速鋸切下料車間，全面承包了精鍛公司的下料業(yè)務(wù)，從而達(dá)到了雙贏的效果。

圖14 采用高速圓盤鋸下料的流程化生產(chǎn)線