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中国锻造历史简介摘要: 从个人的视角回顾了中国锻造工业在20世纪走过的历程, 简要介绍近50年来的几项重大技术进步和最新动态, 对在21世纪中的发展寄以希望。关键词: 锻锤; 螺旋压力机; 生产线; 回转锻造锻造在中国有着悠久的历史, 它是以手工作坊的生产方式延续下来的, 大概是在20世纪初, 随着帝国主义列强的入侵和满清王朝的洋务运动, 它才逐渐以机械工业化的生产方式出现在铁路、兵工、造船等行业中。这种转变的主要标志就是使用了锻造能力强大的机器, 20世纪50年代, 仍可看见英、日、德等国二三十年代制造的蒸气锤、电动空气锤、蒸气增压式水压机在中国的工厂里工作着。大量前苏联的锻压机械和少量前东德、捷克等国的锻造设备从20世纪50年代初陆续进入中国, 使中国大陆在很短时间内就形成了以60000kN锻造水压机、25000kN热模锻压力机和10t 模锻锤为标志的锻造生产能力。几乎是与此同时, 也开始了锻压设备国产化的进程,50年代末和60年代初, 中国已经可以自制万吨级的水压机和各种类型的锻锤。现在全国拥有的大型锻件生产能力已居世界前列, 仅60000kN以上的水压机就有8台, 其中包括125000kN自由锻水压机和300000kN模锻水压机, 生产过一系列技术要求很高的关键产品, 大型锻件是应该可以完全自给的。1967年, 原第一机械工业部主持召开了全国性的“锻压行业技术座谈会”, 会上首次宣讲和推荐了许多欧美的技术与装备, 与会者每人得到一本印刷精美、不公开发行的外国锻压设备图册并参观了军工高校内的科研进展。尽管当时“文革”已经开始, 但人们追求科技进步的精神并未完全受挫, 锻造行业在70年代仍是有进展的, 如制造出双柱下拉式液压机、液压模锻锤等, 遗憾的是并未在生产中发挥多大作用, 逐渐消声匿迹。80年代我国实施“改革开放”后, 锻造工业才从质到量有了全面的新发展。一、锻锤的更新和改造古老的锻锤是各种锻压机器的先驱, 100多年以来它不断受到挑剔和指责, 但至今并未完全被淘汰。据粗略的统计, 20世纪80年代全国共有各类锻锤30000余台, 到90年代末仍有数千台蒸空自由锻锤、模锻锤服现役, 在锻造生产中占有数量上的绝对优势。在1958年的“大跃进”浪潮中, 东北一家工厂曾制造出成系列的、各种打击能量的双向对击锤被发往全国各地, 用以强制取代有砧座的老式锻锤。历史表明这场“革命”是不成功的, 已安装的对击锤很快就又拆掉了, 有的根本不被接纳、长期扔在货场里日久化为废铁, 惟一坚持使用下来的两台对击锤也历经磨难, 于90年代初退役了。针对老式锻锤的缺点, 人们又在驱动介质( 气代汽) 、材料选用和基础减震等方面进行过许多研究和改进, 但这些成果或无显效、或不受青睐, 实际作用仍难以令人瞩目。摒弃老式锻锤的蒸汽( 气) 或压缩空气动力源, 以电机驱动的液压系统取代之。这种想法和研究在我国始于60年代, 70年代作过实用尝试, 80年代引进西德同类样机后技术臻于成熟, 出现了具有中国专利技术的电液动力头,1990年开始投放工厂改造在役蒸空锤的动力系统, 即实施所谓的“换头术”。因其高效、节能,既保留了锻锤原有的优点又符合传统的操作习惯, 投资也不算太大, 所以得到工厂的认可, 很受欢迎。至今已有数十家工厂的百余台锻锤接受了此项手术, 出让技术的科研单位也由一家演变成七八家, 正处于方兴未艾的扩展之中。二、新型螺旋压力机摩擦螺旋压力机是中国五六十年代的主要锻压设备之一, 总体数量很大, 与蒸空锻锤相当, 这种压力机在很多方面弥补了锻锤的不足而且投资较小, 受到欢迎, 曾促使某些决策者用以代替模锻锤来规划工厂设计, 结果是不断向大吨位发展, 我国摩擦压力机的最大公称压力曾达35000kN。虽然这种机器的名称和外型与锻锤差异很大, 但就其作用于金属塑性变形的原理来讲二者是基本相同的, 因此它同样有着效率低、能耗大的缺点。又因为它的特殊力能转换关系和整体框架式结构, 实际工作中的打击力经常超载,机架、螺杆断裂的事故屡有所见, 模具寿命也受到影响, 给使用者造成许多麻烦。几十年来, 设计部门采取了增加过载保护、更新操纵机构等措施, 但实践表明并未达到预期效果。70年代末, 国外对传统摩擦螺旋压力机的结构进行重大变革, 应用大量现代的机、液、电、计算机技术, 出现了新型螺旋压力机。90年代初我国掌握了它的关键技术, 制造出同类产品,现已有十余台达到国际先进水平的离合器式螺旋压力机投放市场, 其中数台成为国家重点科技攻关项目中的主力设备。这种压力机不仅高效、节能而且有效行程很长、可调, 打击力和输出能量都是可以预选的, 几乎集各种传统通用锻压机器之所长, 但因它的技术含量较大, 在使用和维护方面尚有待于人们的适应, 其造价较高也需企业有相当的承受能力。无论如何, 这种新型螺旋压力机的优点是肯定无疑的, 历史也许会表明它将成为通用锻压设备的更新换代产品。三、机械锻压机和锻造生产线加热、成形和精整3种设备构成模锻生产的基本“机组”。最简单的模锻机组应包含加热炉、模锻锤、切边压力机各1台, 如三者之间再用简单的输送机械联系起来, 这就是各种现代锻造生产线的雏形。如前所述, 50年代热模锻压力机就在中国的模锻机组中出现了, 60年代筹建的一个大型汽车制造厂曾用它完全取代了模锻锤。相对于模锻锤来讲, 它的造价是十分昂贵的, 通用性更差, 对工艺设计、下料精度、模具安装、设备调试等环节的要求都很高, 因此多年来的应用不很普及, 据统计至今全国拥有量仅数百台, 在结构设计方面也无太多质的变化, 但自从引进EUMUCO公司的技术后, 国内的新产品开发趋于成熟, 现已能提供MP、KP全系列热模锻压力机。锻锤和摩擦压力机的工作原理是较为简单的能量转换关系, 即锻压机械把其执行部件从高速运动中所获得的动能转化为金属塑性变形的位能。热模锻压力机则与此不同, 它主要是由刚性衔接的机械传动机构发出强制压力克服变形阻力, 使金属在准静态下塑性变形。依照这种原理工作的专用锻造机械也很多, 如水平锻造机、多工位镦锻机、辗环机、辊锻机、弯曲机等,似可都称之为机械锻压机。随着科技的发展, 各种机械锻压机不断进入生产线, 使构成锻造生产线的设备日益增多,它们相互之间的联系也越发重要。为了减小温度波动和成形力差异对锻件精度的影响, 必须保持成形过程的稳定性, 而简单输送机械加人工操作的方法是不能满足要求的, 必须采用自动传送装置和机械手, 这就使整条锻造生产线变得十分复杂、技术含量很高。六七十年代我国轴承行业曾研制过自动化生产线, 70年代末开始从世界各国引进许多先进的锻造机械和生产线, 用于各种专业化生产中。现在已能进行这方面的自主开发, 如提供齿轮精密锻造生产线和汽车连杆锻造生产成套技术等。作为国家“九五”科技发展重点任务之一的全自动汽车前桥生产线, 由中频加热系统、自动辊锻机、辊锻机械手、离合器式螺旋压力机、摩擦压力机、工位间传送机器人、连续热处理系统等多种机电设备构成。以北京机电研究所为主的一批科研单位和院校负责全面技术攻关, 经近百名科技人员的数载努力, 此项系统工程已该进入尾声, 理应随同新世纪的到来展现在全国锻压从业人员面前。四、回转锻造传统的锻造成形是炽热金属在锻压机械执行部件( 工、模具) 的直线往返运动中完成的。后来又出现了另外一种成形方式, 即金属在旋转运动中发生变形, 机械的执行部件是转动的, 被加工的坯料也可能是转动的, 这些新的生产方法可以笼统地叫作回转锻造, 如辊锻、径向锻、辗环、楔横轧、螺旋轧、摆辗等。辊锻工艺及设备是50年代初从前苏联引进的锻压技术之一, 当时主要用在无锻锤生产线中为热模锻压力机制坯, 50年代末, 辊锻已从单纯的制坯发展为实现锻件最终形状的成形辊锻, 70年代开始在我国受到广泛重视, 无论是工艺和设备都发展很快, 现已取得了许多效益可观的成果, 如以成形辊锻为主生产汽轮机叶片, 设备总投资极大降低, 只是国外投资额的1/ 30, 叶片的内在质量和尺寸精度也达到了国外同类产品的水平。从变形原理上讲, 轧制和锻造是属于同一学科的。把轧制成形方法移植到锻造中生产单体锻件, 就出现了辊锻、楔横轧和螺旋轧( 斜轧) 。在常规轧制中, 坯料轴线与轧辊轴线互相垂直, 而且制件的运动趋势和轧辊的转向是一致的, 可称之为纵轧。辊锻就是坯料塑性变形长度小于轧辊圆周长的纵轧。若坯料轴线和轧辊轴线平行, 轧辊表面带有楔形凸棱, 轧制过程中制件的转动方向与轧辊相反, 就叫作楔横轧。这种方法主要用于生产变截面的回转体轴类锻件, 70年代我国曾用以加工出火车轴的毛坯, 后来又在五金工具行业中得到应用, 现在已能生产出百余种形状各异的制品, 轧制技术成熟稳定。如轧辊轴线不像普通轧机那样互相平行而是倾斜交叉, 坯料沿轴线交叉点方向进入轧机后发生变形并不断旋转前进, 这就是螺旋轧( 斜轧)。螺旋斜轧法在无缝钢管的生产中具有划时代的意义, 后来又把它用于轧制单个回转体零件, 如轴承钢球、磨机钢球等。50年代我国曾引进前苏联的工艺和设备, 好像当时的技术尚不够成熟, 生产是不稳定的。六七十年代我们自己又进行了研究与开发, 现已在全国十多个省市设有斜轧生产线, 生产方向也由单一的制造球体发展为轧、锻结合, 为锻造生产线制坯。无论是楔横轧还是斜轧, 它们的实施载体都是轧机, 而轧制生产特有的高生产率是任何其他工艺手段都不能比拟的, 因此在90年代被政府认定为“高效零件轧制技术”向全国推广。结语： 中国的现代锻造工业奠基于五六十年代,这个基础是厚重而沉甸的, 老旧的锻压设备至今依然健在并绝大多数仍运行着, 有待于合理改造或忍疼淘汰。80年代后从先进国家购买了很多新的锻压机械和生产线