锻压机床轻量化研究现状和发展趋势分析

吕德曦

（广东锻压机床厂有限公司）

摘要：锻压机床对金属塑性变形加以应用，进一步实现对零件的成形加工。锻压机床属于机床中的一种，又以驱动动力形式的不同分为两类：其一，机械压力机床；其二，液压压力机床；加工范围砸100kN到100000kN之间，在板材冲压、弯曲以及锻造等成形加工中应用广泛。本课题在分析锻压机床轻量化研究现状进行分析的基础上，进一步探究了锻压机床轻量化的发展趋势，希望以此为锻压机床轻量化工作的优化及完善提供一些具有价值的参考建议。

关键词：锻压机床；轻量化；研究现状；发展趋势

锻压机床在成形加工工艺生产工作中应用广泛，比如在板材冲压、弯曲以及锻造等作业中便得到广泛的应用。但是，必须重视的是，锻压机床的钢材消耗量很大，这与现代节能降耗、绿色生产理念相违背[1]。因此，国内外均开始越来越重视锻压机床轻量化生产作业的实现。不少学者在锻压机床轻量化研究过程中，提到需采取优化的设计方法，并加强对锻压机床的故障诊断，以期提高锻压机床运行的可靠性及安全性。总之，从锻压机床应用效益的提升角度考虑，本课题针对“锻压机床轻量化研究现状和发展趋势”进行分析与探究具备一定的价值意义。

一、锻压机床轻量化研究现状分析

锻压机床轻量化是锻压机床发展的一个必要过程，无论是国外还是国内，均非常重视锻压机床轻量化的实现。下面便从国外、国内两大角度对锻压机床轻量化进行研究，具体研究现状如下：

（一）锻压机床轻量化国外研究现状

从西方一些发达国家来看，这些国家的锻压机床制造商为了使制造成本得到有效节省，会对机床结构的优化设计非常重视，同时也非常重视机床轻量化的实现。例如：德国的舒勒公司便具备国际上先进的锻压机床设计制造技术，所生产出现的产品特点突出，优势明显，在功能上非常全面，在重量上偏轻，在可靠性上非常高，在控制精准度上非常高。与国内同类产品比较，机床床身质量降低超过10%，同时在可靠度上提升大约2倍[2]。

值得注意的是，国外研究者特别重视锻压机床轻量化的研究。有学者对锻炼机床的快速响应设计特点进行了研究，进一步针对锻炼机床的特点和制造的敏捷性、虚拟性以及柔性三者之间的联系性进行了探究，最后得出结论：在快速设计得到有效优化及完善的基础上，制造企业的发展将能够得到有效促进。与此同时，还提出了以知识工程环境为基础的集中产品快速开发体系结构，通过研究认为：基于设计环节，对制造及装配充分重视，能够使产品的开发时间得到有效节约。此外，还有学者表示，在整体设计过程当中，空间系统快速设计非常关键，在设计过程中，明确具体的任务需求，同时给出功率、载荷以及质量等关键参数，快速设计系统便可以结合相应的流程快速地进行设计计算，结合考虑到整个生命周期的条件下，能够使锻炼机床的设计得到优化，从而实现轻量化。

（二）锻压机床轻量化国内研究现状

由于锻压机床轻量化是锻压机床的必然发展趋势，因此学者以及相关技术人员也充分重视锻压机床轻量化的实现。从现状来看，我国技术人员为了使锻压机床床身部件在局部上得到有效优化及完善，对相关优化软件进行了开发；但同时必须认识到的是，其设计还处于静态设计环节，在机床系统动态加工考虑上，显得不够充分，对于机床可靠性方面潜在的问题未能进行有效地解决，这样便会使机床的使用寿命难以得到保障，从而使机床的维护成本加大[3]。因此，对于我国锻压机床制造企业来说，有必要注重锻压机床的刚度、强度以及动态性能等方面的优化，融合先进的技术，使国内锻压机床制造水平赶上西方发达国家的步伐，从而使锻压机床轻量化制造得到有效实现。

我国有学者对锻炼机床床身结构优化设计方法进行了研究，提出了围绕车床床身结构进行优化设计的思想，进一步对三个阶段的数学模型进行了构建，对结构优化设计理念及方法加以应用，使床身结构的技术性能及经济性得到有效提升。此外，我国还有学者分析了10MN水压机液压缸系统的故障树，以可靠性要求为依据，对旧水压机系统采取了相应的改进措施，使系统的可靠性得到有效提高。总之，从现状来看，国内在锻压机床轻量化研究工作方面，还有待进一步推进，从而为锻压机床轻量化价值效益的实现奠定坚实的基础。

二、锻压机床轻量化发展趋势探究

在上述分析过程中，认识到现状下国内外对锻压机床轻量化作出了大量的研究，但是在设计方面还有待优化。从锻压机床轻量化的发展趋势来看，首先其内容势必朝向三大方面发展：其一，轻量化设计内容注重机床结构件及运动部件的优化；其二，轻量化设计注重整机结构的优化；其三，注重整机可靠性的提升。结合这三大方面的发展内容，本人认为锻压机床轻量化发展的主要趋势如下：

（一）轻量化设计发展趋势

从典型的锻压机床来看，主要的构成成分包括：上梁、下梁、动梁以及动力驱动部件等，其床身质量为整机质量的50%到60%之间，万吨液压机床的质量>600吨[4]。对于锻压机床来说，在钢材消耗量上非常高。从传统设计角度来看，床身的结构参数大部分来自于设计工作人员的经验以及相关产品的比较，采取的设计计算能够起到校核的作用，但是也存在控制精度偏低以及运动部件易受到磨损等问题。因此，在未来发展过程中，便需要注重现代设计理论的应用，针对基础结构件进行轻量化设计，与此同时对机床的运动部件进行轻量化设计，在确保锻压机床刚度、强度以及动态性能优良的前提条件下，使床身质量减轻，同时使运动部件的质量减轻，这样便能够使制造的成本得到有效节约，进一步使运行能耗得到有效降低。

（二）整机结构轻量化发展趋势

在传统的锻压机床设计过程中，应用的是靜态设计方法，此类方法在系统动态特性方面的考虑表现的缺失，从而导致制造的产品在动态品质上偏差，存在振动、噪声等频繁发生的问题，这样便使得运动部件的控制精度受到很大程度的影响。因此，在未来发展过程中，整体结构轻量化势必朝向动态设计方向发展，比如：通过动态性能仿真，以系统动态特性为依据，利用智能优化算法，使锻压机床整体轻量化得到有效实现，这样便能够解决传统锻压机床在动态方面的噪声、振动问题得到有效解决。

（三）整机可靠性发展趋势

在锻压机床轻量化设计过程中，必须考虑到整体的可靠性，因此整机可靠性是锻压机床未来发展的一大必然趋势[5]。采取整机可靠性实验分析，对锻压机床的整体寿命进行研究，然后对典型锻压机床故障树模型进行构建，并对失效产生的原因进行分析，进一步利用新型的材料以及新型的结构，便能够使容易失效的零部件的可靠性得到有效提高，进而使刚强度偏大零部件的尺寸得到有效降低。总之，整体可靠性的实现需依靠锻压机床故障树模型以及相关新型结构材料的应用，需对此充分重视。

三、结语

通过本课题的探究，认识到现状下锻压件轻量化设计问题引起了国内外学者的重视，同时也认识到了我国在锻压机床轻量化设计潜在的一些问题。因此，有必要在洞悉问题的基础上，促进锻压机床轻量化的设计及发展，结合西方发达国家的经验，整合技术，注重新型材料、结构的应用，从而使锻压机床轻量化设计水平得到有效提高，进一步提高锻压机床在实际应用过程中的经济效益及社会效益。

参考文献：

[1]何彬.疲劳寿命约束下冷镦机床身的拓扑优化[J].机床与液压，2014，22：50-52.

[2]何彬.锻压机床床身结构拓扑与尺寸的协同优化综述[J].湖北理工学院学报，2015，05：6-9.

[3]申远，金一，褚彪，骆念武，竺长安.基于遗传算法的锻压机床多目标优化设计方法[J].中国机械工程，2012，03：291-294.

[4]张冲.锻压机床用改性铝合金的组织与性能研究[J].热加工工艺，2016，23：1001.

[5]石建伟，时春生，王玉山.锻压机床生产企业机械设备发展趋势及其安全管理[J].安徽科技，2014，06：15-16.endprint