一种基于循环驱动的重型气锤技术

张国庆

（中国重汽动力公司锻造厂，山东济南250220）

一种基于循环驱动的重型气锤技术

张国庆

（中国重汽动力公司锻造厂，山东济南250220）

介绍一种新型气动锻锤，采用闭路循环供气驱动。循环系统中使用的干燥空气[1]解决了结冰结霜卡死活塞致使锤头难以下落的难题。在空压机前端安装的增压器[2]减轻了空压机负荷，提高了空压机一倍的排气量。利用这种新型气动锻锤可以用来设计制造10～100t的重型模锻和自由锻气锤，其中70t锤可以达到8MJ的冲击力。

机械制造；新结构；锻锤；循环供气驱动

1 概述

蒸汽锻锤经过一百多年的优化和改进已经很完善，锻锤本身没有问题，而作为供气（或汽）的方式方法仍有待改进和提升。现在用压缩空气驱动锻锤方法很粗造，几乎没有任何计算，对空气中的气水含量不作任何处理直接进入锻锤，空压机效率低下。而设计电液锤时又是那么精确、细至甚至还用电脑程控，由于阻尼作用，电液锤吨位已到极限（13t），没有多少提升空间。这里要介绍的锻锤技术是一个突破和创新，特别适于重型钛合金复杂型状锻件、压气机叶片、气机转子、坦克炮塔、柴油机、动车、船机重型曲轴等关键部件的模锻、自由锻。

2 锻压设备现状

2.1 锤类设备

（1）往复式空气锤：最大吨位能达到1t左右常用于自由锻、胎模锻工艺，重击次数较高。

（2）电液锤：最大吨位能达到10t以上，常用于自由锻。由于锻击瞬间锤速较低，约6～7m/s，对模锻件模腔充满能力较差，不适宜大型模锻。此外，对驱动介质液压油油温需强制冷却，阻尼式电液锤漏油污染环境，损害工人身体健康。

（3）蒸气锤、湿空气驱动的蒸气锤（开路系统）：通常蒸气锤只有16～32t的规格，德阳二重生产过100t对击锤。它的主要缺点是能耗大，但仍比电液锤有优势。

（4）夹板锤（落锤）：最大约8t，锤打击速度太慢，只能用作自由锻、冲床切边、劈铁、冷作等。

2.2 锻压机类

（1）热模锻压力机：由于其结构特点，只能用到一半的力。行程固定，锻造精度高。

（2）自由锻造水压机：相比自由锻重型气锤速度更慢，锻件加温次数多，锻件氧化严重。

3 新型气动锻锤

这是一种闭路循环供气的气动锻锤，其原理参见图1所示。循环流程：干燥空气（柔性气囊）—增压器增压—空压机升压—压力罐储能—驱动锻锤—气水分离器—干燥空气（柔性气囊），由此可见，工作过程中锻锤排气口的空气不放空大气，而是经由柔性气囊继续上述循环作功，驱动锻锤进行锻造。类似家用冰箱的循环原理。系统允许一定的压缩空气泄漏，泄漏空气无毒，不污染环境。泄漏不到影响锻击力时一般不检修，需补气时可以启动备用小型鼓风机。在锻锤排气口气水分离器和空压机中间冷却器都有排水阀，随时将凝结水排到系统以外，以确保系统内空气的干燥度（实际上系统中水蒸气含量很少）。柔性气囊材料采用透气较差的布料，工作状态只需半瘪半鼓，视其体积大小用小型鼓风机向囊内补气，容易实现自动补气。

4 汽锤的关键技术

（1）干燥空气：系统中的干空气反复循环驱动锻锤，与外界湿空气完全隔离。系统循环使用100%干空气提高了空压机的效率，干燥空气、水蒸气、湿空气三种相比，干燥空气无水缩现象应该是最“硬”的，应按100%计算气量。

（2）空压机增压技术：增压式空压机提高一倍排气量，是增压柴油机移植技术，在重型卡车、内燃机车上得到广泛应用。采用多级高压鼓风机，转子离心式无机械摩擦，低压大流量，节能省电，国内已有多家企业生产。当增压式空压机工作时，增压器占有一定压差，属于轻负荷半空转状态，电流较小。这就相当于一个人蹬三轮，另一个人推三轮，达到地面的作用力不变，比一个人蹬三轮时用的力轻多了。

（3）热空气膨胀效应：空压机末级排气不加冷却器，若采取保温措施，热空气加冷却时体积缩小，容易损失能量。

（4）空气膨胀作功制冷效应：气水分离在空气分离装置和制冷工程中主要有两个元件产生冷量，一个是高压节流阀效应，另一个就是气体膨胀机。气体在锻锤气缸中推动活塞膨胀作功时，锻锤等效一个气体膨胀机的制冷效应，水蒸汽受冷后凝结在气水分离器管壁上，靠液体的重力通过一手阀排出。

（5）气动力学合理：升锤时活塞下面进气，活塞上面排气，锤击时活塞上面进气，活塞下面排气，无油液阻尼，无漏油污染，排气阻力可忽略不计。

（6）充分利用重力资源：自由落体加气体推力，据有较高的冲击能量。锻件重量轻、拔模角小、加热次数少稀有合金氧化损失少，锻件强度高。

5 新型气动锻锤原理的应用

根据新型气动锻锤原理可以开发出1～35t自由锻、模锻、对击锤、落锤和气动压力机等六大系列180个锻锤品种。

1～35t气动模锻锤：耗电量是同吨级模锻电液锤的2/3，锻击速度≥9m/s，锤击次数≥60/min，模腔充填好，能够模锻各种重量不同形状复杂的钢制锻件、铜锻件、铝合金航空锻件。

1～35t气动自由锻锤：耗电量是同吨级自由锻电液锤的2/3，锻击速度≥9m/s，锤击次数≥60/min，比在自由锻造水压机上锻造相同重量锻件，加热火次要少一半。

1～35t气动模锻落锤：耗电量是同吨级气动模锻锤1/2，（气动落锤是指锻锤气缸上腔通大气，只留有缸头保险器，锻锤升锤时下腔通入压缩空气，落锤时上腔不通入压缩空气，锻锤作自由落体下落）适于模腔较浅，重量较轻的锻件，耗电少。

1～35吨气动自由锻落锤：耗电量是同吨级气动自由锻锤的1/2，适于重量较轻的锻件，砸个弯、拍个扁的都行，耗电少。

1～350kN气动冲床：很有特色，耗电量是同吨级气动锻锤的1/4，冲压次数20/min，上滑块越接近工件速度越大，很符合切边、冲裁、折弯、拉伸等工艺要求。无下死点、无闷车，可实现急停并直接返回、寸动等，无离合器、制动器、曲柄、连杆等，下落速度连续可调，结构简单，容易实现自动控制。

13t/m～300t/m对击锤：耗电量是电液对击锤的2/3，锻击速度≥9m/s，锤击次数≥60/min。下锤头采用机械传动，有连杆拉杆换向式、滑轮钢带式、滑轮链条式、滑轮钢绳式。锻锤的传动、驱动系统中尽量不用阻尼发热液压油传动，功耗、污染太大。

钛铝镁高温合金专用，液压机/锻锤式复合锻机：液压机/锻锤的复合式锻机，完全达到冲击+保压的工艺要求。

6 新型气动锻锤的其他技术

（1）锤身、导轨：本技术专利只涉及供气、驱动方式，对锤身、导轨等没有特殊限制，现有液气锤所采用的技术都可以用。

（2）下砧技术创新：配套上述各系列锻锤，它能提供30t～1000t的下砧质量，浇铸、加工、吊装、运输都很方便，可分为：气浮式微上跳下砧技术模式1，气浮式微上跳下砧技术模式2。

（3）润滑：无油润滑空压机、锻锤：活塞可采用四氟环，漏气量可能稍大些；有油润滑：在压力罐底部装有放油阀，空压机1级气水分离器排水阀，锻锤排气口气水分离器排水阀，都能排出废油。另外，柔性气囊下部要使用耐油材料，其底部有放油口。

（4）空压机、增压器三种控制模式，节能省电。电控模式采用连击Y接法，空转星型接法；气控模式：压力罐7kg/cm2表压时由定压阀顶开泄荷阀，使空压机、增压器无负荷空转电流很小；气电的复合模式，实现空压机、增压器与锻锤同步随动。

7 结论

目前，蒸空气锤已接近完善，提高气锤效率关键不在气锤本身，而是在于使用什么介质驱动锻锤。此外，在供气方式上也不一定要走单一活塞式空压机老路，例如新近出现的螺杆式空压机+增压器；增压器+增压器+增压器+消喘振装置等方式，都能提供节电高气压大风量驱动，充分利用空气的各种特性，是发挥气锤能力的重要研究课题。

[1]中国机械工程学会塑性工程学会主编.锻压手册第三卷.北京：机械工业出版社出版，2000.

[2]施裕斌,主编.船舶动力装置.人民交通出版社出版，1989.

[3]汤学惠,主编.制氧工问答.冶金工业出版社出版，2001.

[4]1立方水能产生多少水蒸汽.www.baidu.com.

[5]高中物理.题组精编第三册.浙江教育出版社，2002.

[6]中学物理大全.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

张国庆（1953-）男，高级技工，从事锻造工艺设计与生产