我国锻压机械行业现状概况

2011-08-16刘振堂

锻压装备与制造技术 2011年4期

关键词：液压机压力机机床

刘振堂

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东济南 250022）

1 前言

锻压机械行业作为装备制造业的基础之一，随着我国经济的快速发展，有了长足的进步。尤其是在“十一五”期间，为装备制造业提供了急需的众多的重大成套装备，通用锻压设备技术和品种发展喜人，为国内众多行业的自主制造和创造及行业安全提供了保证。

2 锻压机械行业概况

近年来，我国锻压机械体积成形设备和钣金加工设备平行发展，各种中小型锻压机械规格品种齐全，数量增长，整体水平和数控化率提高很快，满足了国民经济发展的需要，并已经大量出口。

2.1 行业宏观数据

2010年，国产锻压机床261488台，同比增长18.0%；锻压机械总产值407.5亿元人民币，同比增长42.2%,为历史最高值,占机床行业总产值的30%。2010年生产数控锻压机床12207台，增长8.1%。根据国内40家锻压机械重点联系企业上报产品数据统计，数控产品数量占全部产品的6%，产值占全部产品的40%。数控产品数量占比增长缓慢。

2010年，锻压机床出口5.69亿美元，同比增长24.48%；数控锻压机床出口1.1亿美元,同比增长34.4%；锻压机床进口19.0亿美元，同比增长42.4%；其中，数控锻压机床进口10.1亿美元，同比增长43.0%。

各类锻压机械生产企业数量快速增长，到2010年年产值500万元以上企业460多家。全行业从业人员约10万人。

2.2 钣金机械

钣金机械可以分为卷材预处理设备和加工成形设备。卷材预处理设备主要是指开卷矫平纵剪收卷生产线、开卷矫平横剪板料码垛生产线。近年来，由于我国卷材使用量激增，卷材预处理设备规格、品种、数量增长很快，技术水平快速提高，基本满足国内市场需求。这些设备除最终用户采购外，大量供应板材配送中心。可处理板材厚度0.3mm～25mm。

机械压力机、液压机、高速压力机、卷板机、数控转塔冲床、剪折机床、辊弯成形生产线等钣金加工设备在加工精度、可靠性、技术指标、节能减排、宜人性等方面都有明显的进步，新产品开发能力及市场竞争力都大大提高。尤其是薄板加工设备，许多企业能提供复合加工机、加工单元、自动化生产线和柔性生产线；量大面广的钣金三大件数控转塔冲床、折弯机、剪板机性能达到了国际先进水平。

我国输油管线建设、大型工程机械、船舶制造、车辆制造等推动了我国大重型数控剪折设备、型材弯曲设备、重型卷板机、船板压机、大型多工位压力机等一大批具有国际先进水平的新、特、大锻压设备的问世。钣金加工的新技术装备——激光切割机增长迅猛，国内稍有规模的钣金机械制造企业都研发了激光切割机。2010年，我国生产千瓦以上的大功率激光切割机1000多台，成为我国钣金机械快速增长的亮点。激光切割机主机结构形态、辅机设备、加工工件、使用场合都和数控冲剪机床相同，因此，至少目前归类于锻压设备管理是合理的。

目前，山东济南、江苏扬州已经成为我国钣金机械产业聚集区，整体看其创新能力、产品技术水平国内领先，具有良好的发展前景。

2.3 锻造机械

近年来，以新工艺为导向，满足新工艺要求的特殊结构特殊功能的锻压设备也不断出现。比如，等温锻造设备、热冲压设备、电磁成形机、特殊材料锻压设备等。

发电设备、大飞机、船舶、军机、航天、车辆等的快速发展，极大地推动了我国大重型锻造、挤压设备的进步，我国已成为世界上拥有重型自由锻造液压机、重型模锻液压机吨位最大、数量最多的国家。而且，模锻液压机的吨位还将被再度刷新。

以程控液压锤为代表,使锻锤类设备在节能降耗、绿色环保、数控化发展方向上取得了巨大进步。同样，螺旋压力机采用数控技术，结合先进的开关磁阻电动机技术，成为打击能量、下死点位置精确可控的电动螺旋压力机。青岛青锻锻压机械有限公司正在为国内用户景航公司制造80000kN电动螺旋压力机。

我国已经能够制造激光测量辗轧过程自动控制的重型辗环机，可辗轧直径10m环件。热模锻压力机、平锻机、自动冷镦机、辊锻机、扩辗机等各类锻造设备采用新的控制技术、检测技术，规格扩展、产品技术水平有了很大提高。用户具有很大的设备选择余地。

2.4 其他

目前，数控弯管机、铆接机、旋压机、摆辗机、径向锻造机等小门类产品也有较多的制造企业，产品水平也能达到国外先进水平。过去，建筑用线材加工设备只有建筑工地用的矫直切断机和弯曲机，2006年国内研发了钢筋成套加工设备，用于钢筋建筑构件的工厂化生产，可为建筑工地配送钢筋构件。

3 重大设备成果

“十一五”期间我国重型锻造设备成就可圈可点，重大锻压装备不断问世，规格性能不断刷新，为我国大飞机、军机、发电设备、大型高压化工容器、船舶、车辆等制造提供了基础条件。使这些行业在很多方面摆脱了国外垄断企业的制约，加快了装备制造步伐，提高了经济和社会效益。

3.1 重型锻造设备

表1所示重大装备，除185MN自由锻造油压机为中外联合制造外，均为我国自主设计制造。有许多使用国外技术或规格小于150MN的投产或在建锻造液压机、挤压机等没有列入表中。和国外比较，目前我国重型自由锻造液压机和模锻液压机保有量居世界首位，估计其他重型锻造设备保有量也在世界前列。由此可见我国锻压机械行业的发展速度。

3.1.1 165MN自由锻造油压机

表1 “十一五”期间及2011年投产或在建部分重大装备项目一览表

这台165000kN自由锻造油压机（图1）由中国重型机械研究院自主开发研制，机器最大的特点就是采用48台泵装置直接驱动油压系统，系统最高压力为35MPa，最大压力流量22800L/min,低压充液流量71000L/min。压机行程控制精度±1.5mm。设备总高度24.675m，地面以上高度18m，水平面投影轮廓11.5m×37m。全应力框架结构。最大零件重量360t。运动部分质量850×103Kg。压力分级55/110/165MN，回程力22MN，柱塞行程3.5m，压机净空距8m，自由锻件单件最大600t。配套630t·m操作机。锻造次数见表2所示。

图1 165MN自由锻造油压机

表2 自由锻造油压机锻造次数

3.1.2 185MN自由锻造油压机

德国威普克-潘克公司设计、中信重工制造的这台185MN巨型锻压设备（图2），总重达4000多t，地面高度有20m；地下深度7.5m；移动工作台长宽为13m×5.4m；净空高度8.5m；活动梁行程4.2m，最大镦粗力18500t。这是世界有史以来已建造过的20多台万吨级液压机中最大的一台，可以锻造目前世界最大的600t级以上的特大钢锭。

图2 中信重工185MN自由锻油压机

由于整机机组采用了德国改进型正弦传动系统（PMSD），20台RX500泵最大能提供15000kW的容量，实现了液压直传泵控技术，比传统锻造压机所用的泵-蓄势器传动型式节能高达30%以上。PMSD系统实现了整个锻造过程无冲击的平滑过渡，柔和锻造，并在锻造不同钢种、不同形式锻件所需各种工序时可遥控快速换砧，因而达到最佳效果，工作效率和自动化程度达到新的高度。在锻造力为110MN时，锻造次数大于44min-1。在2缸运行时锻造速度每分钟最高达66次，工作效率是同规格普通水压机的3倍，在自动化控制技术上也达到了世界顶级水平。

与这台巨型油压机配套的是一台德国DDS公司制造的世界上夹持力矩最大的750t·m的锻造操作机，通过电脑程序实现油压机与操作机联动控制，旋转精度误差±0.5mm。

3.1.3 360MN黑色金属垂直挤压机

2009年7月13日，中国兵器工业集团北方重工公司建造的360000kN垂直挤压机（图3）和1.5万吨穿孔制坯机生产线经过近三年的建设，负荷热调试成功。该生产线可以生产直径1270mm、壁厚最大300mm的厚壁钢管，几乎可以挤压成形目前已有的所有黑色金属材料。

图3 3.6万t黑色金属垂直挤压机在装料试车

图4 80MN双柱式快速自由锻造液压机

360工程是我国独立自主研制建造的国家战略性大型装备，几乎集中了国内各方面的专家学者，克服了大量的技术难点，获得巨大成功。360项目开创性地运用预应力钢丝缠绕和部分坎合技术,成功研制了目前世界上最大的3.6万t黑色金属垂直挤压机和1.5万t穿孔制坯机，开创了一条重型装备制造的崭新技术路线,实现了我国在此领域的重大跨越。

该装备成功试车的消息传出，一种我国核电、大型火电项目急需的耐高温、高压大口径厚壁特种P92钢管，价格从每吨12万元，一下降到每吨7万元。

3.1.4 80MN快锻油压机机组

2007年，太重为中钢集团邢台机械轧辊有限公司生产的80MN双柱式快速自由锻造液压机（图4）、430kN/900kN·m 全液压轨道式锻造操作机顺利研制成功,是我国第一套具有最大吨位级别的油泵直接传动、双柱式预应力组合机架结构、与大型全液压轨道式锻造操作机联动的节能型快速自由锻造液压机成套装备,我国藉此拥有了自行设计研制世界上最大吨位级别的双柱式快速自由锻造液压机组能力。

设备最高镦粗力80000kN，热态精整锻造精度达±1mm、锻造频次最高可达每分钟77次，可锻钢锭110t以上。与同吨位传统水压机相比，提高生产效率50%、降低能耗30%。

另外，裕通重工2010年6月投产一台120MN自由锻造油压机、太重集团120MN自由锻造压力机正在建设中。济南铸锻所8m数控辗环机正在济南投入制造。

3.2 重大板材设备

我国船舶、大口径管道、大型工程机械、起重机械等制造业使用的钢板厚度和制件幅面越来越大，需要的板材加工设备也越来越庞大，操控性能、自动化程度要求越来越高；汽车制造业的飞速发展，为各类大型压力机及其生产线提供了广阔市场；与此同时，钣金机械大型设备也精彩登场。

3.2.1 系列重型数控折弯机

湖北三环锻压设备有限公司在我国重型折弯机领域居于领先地位。“十一五”期间该公司不断刷新全球最大规格折弯机记录，2008年8月该公司为河北巨龙公司制造完成的6500/135制管成型（折弯）机是目前世界上最大的折弯机，折弯力65000kN，可折管长13.5m。该机的机架上横梁和左右立柱部件均长达20m，宽逾5m。

2010年12月14日，该公司完成国家科技重大专项—30000kN×14000mm全闭环高精度伺服折弯机（图5），标志着我国板材折弯成形装备已向高精度、高可靠性和智能折弯方向发展，填补了我国在这一技术装备领域的空白，可广泛满足汽车、造船、能源、电力、工程机械等行业对大型、高档数控折弯机的迫切需求。

图5 30000kN×14000mm全闭环高精度伺服折弯机

该公司生产的钢管柔性剪切折弯生产线（图6）也很有特色。生产线由开卷矫平横剪线、13mm×16000mm数控液压剪板机、2-HPC2400/85双台联动电液伺服数控折弯机和输送辅机构成。

公称力48000kN、可折板长17m、可剪板长16m、可剪板厚13mm（最大板厚25mm）。

3.2.2 重型数控卷板机

泰安华鲁锻压机床有限公司采用德国船用卷板机技术，2008年设计制造了世界最大的WE11N-35×21000数控船用卷板机（图7），成为国内唯一能够自行设计、制造该设备的企业，产品达到国际先进水平。目前，该公司正在制造WEF11K-40×23000超大型数控船用卷板机（国家重大专项课题）。

图6 钢管剪切折弯柔性生产线（湖北三环锻压）

图7 WES11K-35×21000大型数控船用卷板机

长治钢铁锻压机械制造公司为葛洲坝集团机械船舶公司自主设计制造的CDW11XNC-250×3000mm水平下调式三辊卷板机于2009年11月完成，填补了国内不能生产冷卷板厚200mm～250mm特大型卷板机的空白。目前，该公司正在为成都一家公司制造 CDW11XNC-300/420×3200（冷/热卷）特大型数控液压水平下调式三辊卷板机，这是国内目前最大规格的特大型卷板机。机器应用的关键技术有上辊主驱动、下辊辅助驱动的三辊全驱动技术；上辊四电机或马达合流驱动技术和卷锥技术，这些均为该公司的专利技术。

3.2.3 大型压力机及冲压生产线

济南二机床集团为我国大型机械压力机及冲压生产线龙头企业，开始成为世界知名企业，其产品代表着我国在该领域的最高水平。

2009年5月31日，济南二机床研发制造的国内首台首套设备4000kN全自动高速精密硅钢片落料生产线顺利通过东方电机有限公司预验收。此前该类产品市场一直由国外企业垄断，济二在与德国、日本等国际知名公司同台竞争中赢得该合同。

2009年济南二机床为上海通用东岳汽车有限公司完成的“大型快速高效数控全自动冲压生产线”（图8）是集机、电、自动控制技术为一体的国内重大关键成套装备，列入国家重大专项。该设备主要用于冲压件的拉深、成形，生产节拍可达15min-1，是目前世界上生产节拍最快的冲压线。

图8 济南二机床大型快速高效数控全自动冲压生产线

目前,我国冲压零件的生产模式大多是多台压机和多副模具联线,这种工艺典型的节拍是每分钟约8个零件，效率较低。而齐齐哈尔二机床引进德国技术开发的32000kN闭式四点多工位压力机冲压生产线每分钟可生产25个零件，是当今世界上功能最全、规格最大、科技含量最高的多工位冲压设备。

2005年8月济二向世界一级冲压商美国德纳（DANA）公司出口了一台50000kN大型多工位压力机，这台压机具有国际先进水平、拥有完全自主知识产权。

图9 SM150型多点成形压力机

3.2.4 板材无模多点成形压力机

2010年吉林大学李明哲教授科研团队的发明专利“板材无模多点成形装置”获第十二届中国专利金奖。中国专利奖是在专利领域由政府颁发的最高奖项，并由世界知识产权组织（WIPO）和国家知识产权局联合授予。板材无模多点成形技术将传统的整体冲压模具离散成规则排列的基本体矩阵，图9所示的SM150型多点成形压力机通过计算机控制系统来调整基本体的高度，构造出不同形状的包络面，从而实现各种三维曲面板类件的快速、数字化成形。多种规格的板材无模成形机床在工程中得到了推广应用并出口国外，是世界上独一无二的高技术装备。

3.2.5 高强度板材开卷矫平横剪线

山东宏康机械制造有限公司研制的“25.4×2200大型中厚板精整成套设备”被科学技术部等部门联合认定为国家重点新产品。板料速度20m/min，剪切主机随动剪切，整线不停顿。我国钢卷板材使用量越来越大，板宽板厚尺寸更大，板的强度也在提高。目前，该公司正在为上海、鞍钢制造25.4×3000大型开卷矫平剪切线。

4 新技术产品发展趋势

4.1 伺服主传动锻压机械

由于国产伺服系统技术性能的提高，以及数控技术的发展普及，采用伺服主电机驱动的锻压设备越来越多，极大地提高了锻压设备的性能和工艺灵活性，也使锻压设备更加节能环保。国内这类产品已经成功应用，济南铸锻所、江苏金方圆生产了300kN全伺服数控回转头压力机，齐二与上海交通大学合作研制了2000kN大型伺服压力机。济南二机床正在试制25000kN大型伺服压力机。研发伺服主传动锻压设备已经成为当今技术开发的大趋势，“十二五”期间这类设备必将得到大力发展。

4.2 液压传动替代机械传动

由于液压技术本身以及伺服控制技术的发展，液压传动的系统简单、控制灵活、能量体积比巨大的优势进一步发挥，液压机开始替代机械压力机，液压锻锤基本替代了气锤。

长期以来,没有其他装备能动摇机械压力机作为冲压生产线主体的霸主地位。然而，随着液压关键技术的突破，比如超高压泵阀压力进一步提高，应用普及，液压机在冲压方面的优势和潜能得到进一步的发挥，机械压力机的霸主地位产生了动摇，液压机作为冲压生产线主机的趋势正在日益强大。目前的现实是液压机增长速度高于机械压力机增长速度。

4.3 多工位压力机优势明显

以一台多工位压力机系统代替一条由5～6台压力机组成的冲压线，按同规模冲压生产量比较，设备投资可减少20%～40%，能量消耗减少50%～70%，冲压件综合成本可节约40%～50%，而且节省了大量生产面积，降低了工人数量。

4.4 电动螺旋压力机

热模锻压力机必将被电动螺旋压力机取代，而后者的投入不足前者的一半。电动螺旋压力机可精确控制打击能量，节能，不闷车。德国米勒万家顿公司生产的数控大型电动螺旋压力机性能优良，技术水平世界领先，他们采用的是变频电机驱动。我国的电动螺旋压力机也在加速发展，设备吨位越来越大。

开关磁阻调速电机正在推广应用，这种电机结构简单，具有很高的可靠性、控制灵活，可频繁正反转，节能效果比变频电机提高5%～10%，用于数控螺旋压力机效果显著。锻压机械行业应该关注开关磁阻调速电机，借此提升锻压机床的性能。

4.5 剖分—坎合技术

该项技术由清华大学研发。应用该项技术，清华大学已经完成了16万t以下的模锻液压机的设计。3.6万t黑色金属挤压机成功应用了该项技术。

大型模锻液压机，由于其承载结构缺乏预应力保护，构件尺寸和重量极为庞大，且大量采用重型铸件和锻件，加工制造运输难度大，疲劳性能不高。预应力钢丝缠绕技术和剖分—坎合技术的发展很好地解决了这个问题，其基本思路为将重型承载结构——尺寸和重量庞大，传统手段难以加工的重型零件，剖分为多个子件，从而降低制造难度和风险，方便运输；然后通过预应力钢丝缠绕技术，以坎合连接的方式将其组合为一个整体，从而替代整体铸锻结构。该技术“以小搏大”，是具有创新性的重型液压机设计方法。

采用该项技术，中国二十二冶集团和清华大学联合制造了40000kN多向模锻油压机，较好地解决了水平锻造力造成主机床身变形的问题。

4.6 模具研配液压机

近几年我国模具研配液压机规格不断提高。研配压机的主传动方式有液压传动、电机调速机械传动、伺服电机驱动机械传动三种，其中以液压传动为主。目前，合肥锻压、天津天锻、齐齐哈尔二机床、湖北海岚数控机床、济南二机床等厂家均系列化生产模具研配压机，最大规格20000kN，技术成熟。

湖北海岚数控机床厂专业生产数控伺服传动模具研配压机，2000kN伺服研配压机已经通过出厂验收。该公司正在研制30000kN多工位机械伺服压力机。

4.7 自动化和柔性化锻压机械

把人从和机器同步的体力劳动中解放出来是必然的趋势。我国人口红利的逐渐消失，提高效率和效益的要求，都促进了锻压机械自动化和柔性化的发展。我国锻压产品总体自动化柔性化程度不高，成套成线能力有待提高，不少企业已经开始注重这方面的研发投入。

4.8 近净成形设备发展快

近年来，大量涌现的温锻、冷辗扩、热冲压、多向模锻、楔横轧、电磁成形等近净成形工艺技术，符合绿色制造要求，配套模具、设备发展较快。比如，电站用高压阀门采用多向模锻工艺,质量提高,成本降低。

4.9 2012年国家科技重大专项锻压设备课题

专项所列课题部分反映了我国经济发展的现实需要和技术发展方向。共4个课题。

课题28 3000kN宽台面超精密高速压力机

研制一台宽台面超精密高速压力机及其配套模具，实现高端电机铁芯多列级进模超精密高速冲压，并在实际生产中得到应用。

课题29 多工位温锻压力机及成套技术

开发多工位温锻压力机、工艺与模具等成套技术与装备，掌握多工位温锻成套设备的设计、研发和制造等关键技术，在汽车重点用户建立生产线，技术装备达到国际先进水平。制造16000kN多工位温锻压力机1台。

课题30 高速精密冷镦成形设备

研发汽车和机床领域10.9级以上高强度螺栓及丝杠等轴杆类零件的高速高精自动多工位冷镦成形成套设备，采用国产数控系统实现工件自动快速定位、在线监控及异常处置等功能，提高生产效率和产品质量。

课题31 航空万吨级铝合金板张力拉伸机

满足我国航空、交通运输等方面对大断面、高性能的宽厚铝合金板材的需求。开发研制先进的万吨级铝合金宽厚板拉伸机主体结构与工艺集成设计和断带保护及断带缓冲技术；掌握拉伸工艺技术；拉伸机综合技术性能要达到国际领先水平，填补国内空白。研制一台120000kN铝合金板张力拉伸机。

5 存在的问题和发展途径

《国家中长期科学和技术发展规划纲要》非常精辟的指出：“制造业是国民经济的主要支柱。我国是世界制造大国，但还不是制造强国；制造技术基础薄弱，创新能力不强；产品以低端为主；制造过程资源、能源消耗大，污染严重。”这些问题锻压行业尤甚。

（1）锻压机械有而不精、大而不强

锻压机械传统上被认为是简单粗放的设备，使用环境也远差于其他机床。尽管已有相当数量的制造精细要求很高的数控板材加工机床和生产线，但锻压机械进入门坎低、制造粗放的现状依然难以改观。我国锻压机械行业依然是规格品种基本齐全、中低档产品过剩、高档产品缺乏。这从2010年我国锻压机械进出口数据得到证明，进口是出口的3.3倍，进口数控锻压机床是全部出口的1.78倍。

对中小规格的产品我们仅仅解决了有无的问题，高档产品仍然依靠进口；对大重特型设备品种、性能问题同时存在。

比较上面提到的我国自行设计制造的大型自由锻液压机和中信重工与德国合作生产的185MN自由锻液压机，技术指标是有差距的，软硬件两方面都有差距，我们欠缺很多深层次技术。比如，该液压机和锻造操作机程控联动技术就体现了其领先的技术水平。

我国和德国相比，各个门类锻压机械普遍落后，例外寥寥。

（2）企业创新能力差，资源消耗大，产品附加值低

我国锻压机械企业总体讲，创新能力不强，在技术创新投入和扩大产业规模之间众多企业更愿意选择后者。在一个市场需求旺盛的环境下，扩大产业规模可以获得短期效益，但不一定有长远效益。这种短期行为倾向既有企业自主冲动，更有地方政府的推动。由于企业管理落后，尽管我们投入的人力物力资源比国外多，但我们的产品综合性能差、可靠性差、寿命周期短、外观粗糙，产品只能靠低价竞争。质量差、技术含量低的产品根本谈不上产品附加值。配置相当、主要功能基本相同的我国锻压机械产品价格仅是德、意、日等国同型产品价格的1/3～1/2；我们不甘心，但不得不服气，它们的产品设计深入周全、做工精细、使用可靠。锻压机械行业人均产值低，整体效益不高。

在高端、特型产品方面，欧美日企业的创新意识和能力值得我们学习和检讨。由于企业管理能力差，人才缺乏和重视不够，我们基本上处于模仿或模仿再创新阶段，自主创新能力很差，原创性技术不多。

（3）问题破解之道

考察锻压机械行业的佼佼者，显而易见是那些企业管理严格、创新能力强、产品质量过硬的企业。创新是我们提高竞争力、提升产品附加值的途径之一。应该下大决心加大创新投入，重视人才队伍建设，建设企业核心竞争力。

中小规格产品总产值占锻压机械总产值的一半以上，我们不仅要盯住高档产品创新研发，也要做好做精中小规格产品，这容易做到，而且经济效益和社会效益很好。

对产业集聚地区，有识之士和政府应该梳理产业链、专业分工，避免低层次恶性竞争。

我们也呼吁国内锻压机床客户对国内企业提出苛刻的技术要求，但要给他们机会，帮助他们进步。国家也要加大对锻压行业的支持力度，比如，国家科技重大专项应多列课题，增加后补助竞标企业，严格课题验收。呼吁风险投资介入，支持后补助课题。

我认为，锻压机械行业大而不强、有而不精的现状，根本的问题是全民质量观念缺失、质量管理落后，国家应该鼓励规模和效益并举。其实，我们离做精做强并不遥远，但观念不变，浮夸风不除，制造强国之路漫长。我们需要加大研发投入，不仅要开发新产品，更要注重完善已有产品，在硬件和软件上都要下功夫。我们的设备不仅要有形，更需要有神，要重视制造工艺过程，通过软硬件的精细制造，充分发挥和赋予设备更高的性能。