張國慶

（中國重汽動力公司鍛造廠，山東濟南250220）

一種基于循環(huán)驅(qū)動的重型氣錘技術

張國慶

（中國重汽動力公司鍛造廠，山東濟南250220）

介紹一種新型氣動鍛錘，采用閉路循環(huán)供氣驅(qū)動。循環(huán)系統(tǒng)中使用的干燥空氣[1]解決了結(jié)冰結(jié)霜卡死活塞致使錘頭難以下落的難題。在空壓機前端安裝的增壓器[2]減輕了空壓機負荷，提高了空壓機一倍的排氣量。利用這種新型氣動鍛錘可以用來設計制造10～100t的重型模鍛和自由鍛氣錘，其中70t錘可以達到8MJ的沖擊力。

機械制造；新結(jié)構(gòu)；鍛錘；循環(huán)供氣驅(qū)動

1 概述

蒸汽鍛錘經(jīng)過一百多年的優(yōu)化和改進已經(jīng)很完善，鍛錘本身沒有問題，而作為供氣（或汽）的方式方法仍有待改進和提升?，F(xiàn)在用壓縮空氣驅(qū)動鍛錘方法很粗造，幾乎沒有任何計算，對空氣中的氣水含量不作任何處理直接進入鍛錘，空壓機效率低下。而設計電液錘時又是那么精確、細至甚至還用電腦程控，由于阻尼作用，電液錘噸位已到極限（13t），沒有多少提升空間。這里要介紹的鍛錘技術是一個突破和創(chuàng)新，特別適于重型鈦合金復雜型狀鍛件、壓氣機葉片、氣機轉(zhuǎn)子、坦克炮塔、柴油機、動車、船機重型曲軸等關鍵部件的模鍛、自由鍛。

2 鍛壓設備現(xiàn)狀

2.1 錘類設備

（1）往復式空氣錘：最大噸位能達到1t左右常用于自由鍛、胎模鍛工藝，重擊次數(shù)較高。

（2）電液錘：最大噸位能達到10t以上，常用于自由鍛。由于鍛擊瞬間錘速較低，約6～7m/s，對模鍛件模腔充滿能力較差，不適宜大型模鍛。此外，對驅(qū)動介質(zhì)液壓油油溫需強制冷卻，阻尼式電液錘漏油污染環(huán)境，損害工人身體健康。

（3）蒸氣錘、濕空氣驅(qū)動的蒸氣錘（開路系統(tǒng)）：通常蒸氣錘只有16～32t的規(guī)格，德陽二重生產(chǎn)過100t對擊錘。它的主要缺點是能耗大，但仍比電液錘有優(yōu)勢。

（4）夾板錘（落錘）：最大約8t，錘打擊速度太慢，只能用作自由鍛、沖床切邊、劈鐵、冷作等。

2.2 鍛壓機類

（1）熱模鍛壓力機：由于其結(jié)構(gòu)特點，只能用到一半的力。行程固定，鍛造精度高。

（2）自由鍛造水壓機：相比自由鍛重型氣錘速度更慢，鍛件加溫次數(shù)多，鍛件氧化嚴重。

3 新型氣動鍛錘

這是一種閉路循環(huán)供氣的氣動鍛錘，其原理參見圖1所示。循環(huán)流程：干燥空氣（柔性氣囊）—增壓器增壓—空壓機升壓—壓力罐儲能—驅(qū)動鍛錘—氣水分離器—干燥空氣（柔性氣囊），由此可見，工作過程中鍛錘排氣口的空氣不放空大氣，而是經(jīng)由柔性氣囊繼續(xù)上述循環(huán)作功，驅(qū)動鍛錘進行鍛造。類似家用冰箱的循環(huán)原理。系統(tǒng)允許一定的壓縮空氣泄漏，泄漏空氣無毒，不污染環(huán)境。泄漏不到影響鍛擊力時一般不檢修，需補氣時可以啟動備用小型鼓風機。在鍛錘排氣口氣水分離器和空壓機中間冷卻器都有排水閥，隨時將凝結(jié)水排到系統(tǒng)以外，以確保系統(tǒng)內(nèi)空氣的干燥度（實際上系統(tǒng)中水蒸氣含量很少）。柔性氣囊材料采用透氣較差的布料，工作狀態(tài)只需半癟半鼓，視其體積大小用小型鼓風機向囊內(nèi)補氣，容易實現(xiàn)自動補氣。

4 汽錘的關鍵技術

（1）干燥空氣：系統(tǒng)中的干空氣反復循環(huán)驅(qū)動鍛錘，與外界濕空氣完全隔離。系統(tǒng)循環(huán)使用100%干空氣提高了空壓機的效率，干燥空氣、水蒸氣、濕空氣三種相比，干燥空氣無水縮現(xiàn)象應該是最“硬”的，應按100%計算氣量。

（2）空壓機增壓技術：增壓式空壓機提高一倍排氣量，是增壓柴油機移植技術，在重型卡車、內(nèi)燃機車上得到廣泛應用。采用多級高壓鼓風機，轉(zhuǎn)子離心式無機械摩擦，低壓大流量，節(jié)能省電，國內(nèi)已有多家企業(yè)生產(chǎn)。當增壓式空壓機工作時，增壓器占有一定壓差，屬于輕負荷半空轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流較小。這就相當于一個人蹬三輪，另一個人推三輪，達到地面的作用力不變，比一個人蹬三輪時用的力輕多了。

（3）熱空氣膨脹效應：空壓機末級排氣不加冷卻器，若采取保溫措施，熱空氣加冷卻時體積縮小，容易損失能量。

（4）空氣膨脹作功制冷效應：氣水分離在空氣分離裝置和制冷工程中主要有兩個元件產(chǎn)生冷量，一個是高壓節(jié)流閥效應，另一個就是氣體膨脹機。氣體在鍛錘氣缸中推動活塞膨脹作功時，鍛錘等效一個氣體膨脹機的制冷效應，水蒸汽受冷后凝結(jié)在氣水分離器管壁上，靠液體的重力通過一手閥排出。

（5）氣動力學合理：升錘時活塞下面進氣，活塞上面排氣，錘擊時活塞上面進氣，活塞下面排氣，無油液阻尼，無漏油污染，排氣阻力可忽略不計。

（6）充分利用重力資源：自由落體加氣體推力，據(jù)有較高的沖擊能量。鍛件重量輕、拔模角小、加熱次數(shù)少稀有合金氧化損失少，鍛件強度高。

5 新型氣動鍛錘原理的應用

根據(jù)新型氣動鍛錘原理可以開發(fā)出1～35t自由鍛、模鍛、對擊錘、落錘和氣動壓力機等六大系列180個鍛錘品種。

1～35t氣動模鍛錘：耗電量是同噸級模鍛電液錘的2/3，鍛擊速度≥9m/s，錘擊次數(shù)≥60/min，模腔充填好，能夠模鍛各種重量不同形狀復雜的鋼制鍛件、銅鍛件、鋁合金航空鍛件。

1～35t氣動自由鍛錘：耗電量是同噸級自由鍛電液錘的2/3，鍛擊速度≥9m/s，錘擊次數(shù)≥60/min，比在自由鍛造水壓機上鍛造相同重量鍛件，加熱火次要少一半。

1～35t氣動模鍛落錘：耗電量是同噸級氣動模鍛錘1/2，（氣動落錘是指鍛錘氣缸上腔通大氣，只留有缸頭保險器，鍛錘升錘時下腔通入壓縮空氣，落錘時上腔不通入壓縮空氣，鍛錘作自由落體下落）適于模腔較淺，重量較輕的鍛件，耗電少。

1～35噸氣動自由鍛落錘：耗電量是同噸級氣動自由鍛錘的1/2，適于重量較輕的鍛件，砸個彎、拍個扁的都行，耗電少。

1～350kN氣動沖床：很有特色，耗電量是同噸級氣動鍛錘的1/4，沖壓次數(shù)20/min，上滑塊越接近工件速度越大，很符合切邊、沖裁、折彎、拉伸等工藝要求。無下死點、無悶車，可實現(xiàn)急停并直接返回、寸動等，無離合器、制動器、曲柄、連桿等，下落速度連續(xù)可調(diào)，結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)自動控制。

13t/m～300t/m對擊錘：耗電量是電液對擊錘的2/3，鍛擊速度≥9m/s，錘擊次數(shù)≥60/min。下錘頭采用機械傳動，有連桿拉桿換向式、滑輪鋼帶式、滑輪鏈條式、滑輪鋼繩式。鍛錘的傳動、驅(qū)動系統(tǒng)中盡量不用阻尼發(fā)熱液壓油傳動，功耗、污染太大。

鈦鋁鎂高溫合金專用，液壓機/鍛錘式復合鍛機：液壓機/鍛錘的復合式鍛機，完全達到?jīng)_擊+保壓的工藝要求。

6 新型氣動鍛錘的其他技術

（1）錘身、導軌：本技術專利只涉及供氣、驅(qū)動方式，對錘身、導軌等沒有特殊限制，現(xiàn)有液氣錘所采用的技術都可以用。

（2）下砧技術創(chuàng)新：配套上述各系列鍛錘，它能提供30t～1000t的下砧質(zhì)量，澆鑄、加工、吊裝、運輸都很方便，可分為：氣浮式微上跳下砧技術模式1，氣浮式微上跳下砧技術模式2。

（3）潤滑：無油潤滑空壓機、鍛錘：活塞可采用四氟環(huán)，漏氣量可能稍大些；有油潤滑：在壓力罐底部裝有放油閥，空壓機1級氣水分離器排水閥，鍛錘排氣口氣水分離器排水閥，都能排出廢油。另外，柔性氣囊下部要使用耐油材料，其底部有放油口。

（4）空壓機、增壓器三種控制模式，節(jié)能省電。電控模式采用連擊Y接法，空轉(zhuǎn)星型接法；氣控模式：壓力罐7kg/cm2表壓時由定壓閥頂開泄荷閥，使空壓機、增壓器無負荷空轉(zhuǎn)電流很?。粴怆姷膹秃夏Ｊ?，實現(xiàn)空壓機、增壓器與鍛錘同步隨動。

7 結(jié)論

目前，蒸空氣錘已接近完善，提高氣錘效率關鍵不在氣錘本身，而是在于使用什么介質(zhì)驅(qū)動鍛錘。此外，在供氣方式上也不一定要走單一活塞式空壓機老路，例如新近出現(xiàn)的螺桿式空壓機+增壓器；增壓器+增壓器+增壓器+消喘振裝置等方式，都能提供節(jié)電高氣壓大風量驅(qū)動，充分利用空氣的各種特性，是發(fā)揮氣錘能力的重要研究課題。

[1]中國機械工程學會塑性工程學會主編.鍛壓手冊第三卷.北京：機械工業(yè)出版社出版，2000.

[2]施裕斌,主編.船舶動力裝置.人民交通出版社出版，1989.

[3]湯學惠,主編.制氧工問答.冶金工業(yè)出版社出版，2001.

[4]1立方水能產(chǎn)生多少水蒸汽.www.baidu.com.

[5]高中物理.題組精編第三冊.浙江教育出版社，2002.

[6]中學物理大全.外文出版社出，2000.

A new design of heavy pneumatic forging hammer based on circulation drive

ZHANG Guoqing
（SINOTRUK Power Company Forging Factory，Jinan 250220，Shandong China）

A new pneumatic forging hammer driven by gas closed circulation has been introduced.The dry air in closed circulation system solves the problem that frozen and frosted lead hammer can′t drop.The turbocharger which fixes on the front of air compressor has not only reduced the load of air compressor,but also doubled air displacement.The new pneumatic forging hammer has been applied to design and produce heavy forging and free forging pneumatic hammer of 10～100t，among which the 70t hammer can produce 8MJ impact force.

New structure；Forging hammer；Driven by gas circulation

TG315.3+2

B

1672－0121(2011)06－0054－02

2011-08-16

張國慶（1953-）男，高級技工，從事鍛造工藝設計與生產(chǎn)