[科普中國]-高速錘

背景介紹

高速錘是20世紀50年代末期才發(fā)展起來的一種新型鍛壓設(shè)備。它的動作原理是以高壓氣體作介質(zhì)，借助手一種觸發(fā)機構(gòu)，使高壓氣體突然膨脹，以推動錘頭系統(tǒng)和框架系統(tǒng)作高速相對運動而產(chǎn)生懸空打擊。

高速錘的打擊速度比其他鍛壓設(shè)備高。例如，曲柄壓力機的滑塊運動速度為0.3~1.5m/s，蒸汽一空氣兩用模鍛錘的打擊速度為5~9m/s，而高速錘的打擊速度可高達12~25m/s。由于高速錘是懸空高速打擊，因此，與同能量的蒸汽一空氣兩用模鍛錘相比，它的質(zhì)量要輕得多，體積要小得多。

高速錘特點由于高速錘是懸空打擊，且有減震裝置，因此，打擊力基本上不傳到基礎(chǔ)上去，對地面幾乎是沒有振動，這樣高速錘就不需要像模鍛錘那樣龐大的基礎(chǔ)，對廠房的要求也低，節(jié)省投資。由于高速錘打擊速度高，金屬在模腔中的流動速度很快，充填性能好，對形狀復(fù)雜、薄壁、高肋的零件和高強度鋼、耐熱鋼以及鉬、鎢、鉭等高熔點難變形的金屬，它都能進行加工。在高速錘上所制的鍛件，加工精度高（可達0.02mm），表面粗糙度低（達0.001μm以下），同時提高了力學(xué)性能和使用性能。

快放油結(jié)構(gòu)的高速錘，種類很多，其特點是打擊速度稍低（12~18m/s），能量、行程、速度等可以方便地調(diào)節(jié)，回程快，循環(huán)周期短。在這種錘上不但能進行精密鍛造，而且還能部分代替模鍛錘進行一般模鍛。我國以高壓氮氣為主要動力形式，同時也有汽油爆發(fā)、火藥爆炸等形式。1

高速錘分類高速錘按照其工作原理可分為以下幾類。

1、液氣式

（1）單向驅(qū)動

a、快放油式：分強迫式及壓差式兩類。

b、氣壓懸掛式：分端面及徑向兩類。

c、機械托鎖式：分行程可變及行程固定兩類。

（2）對擊式

a、雙向驅(qū)動。

b、液壓聯(lián)動。

2、內(nèi)燃式

3、純氣式

高速錘是一種打擊速度為12~25m/s的懸空對擊式模鍛錘。其組成包括錘頭系統(tǒng)、框架系統(tǒng)和機座系統(tǒng)三個
部分。

（1）錘頭系統(tǒng)

包括錘桿、錘頭、上模等。此系統(tǒng)在打擊過程中向下運動。

（2）框架系統(tǒng)

包括框架和安裝在框架上的零部件（如回程缸、工作缸、頂出缸、保險鎖、下模和模座等）。此系統(tǒng)在打擊過程中向上運動。

（3）機座系統(tǒng)

包括機座及安裝在機座上的零部件（如外導(dǎo)軌、減震器缸體等）。此系統(tǒng)在打擊過程中靜止不動。

高速錘鍛造高速錘鍛造是在高速錘上完成的鍛造工藝方法。高速錘是利用高壓氣體（通常是14MPa的空氣或氮氣），在極短的時間內(nèi)突然膨脹來推動錘頭高速鍛打工件的一種新型鍛壓設(shè)備。利用高速錘可以擠壓鋁合金、鈦合金、不銹鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等材料葉片，精鍛各種回轉(zhuǎn)體零件（如環(huán)形件、齒輪、葉輪等），并適用于一些高強度、低塑性、難變形金屬的鍛造。

高速錘的結(jié)構(gòu)如下圖所示，高壓氣體及錘頭自重，使錘頭向下運動。高速錘在打擊之前，回程缸先把錘頭頂起，然后錘桿下部的高壓缸內(nèi)充入高壓氣體，將錘頭懸住。打擊時先引入高壓油啟動打擊閥，向高壓缸上部引入高壓氣體，錘頭開始向下運動，隨后，高壓氣體在高壓缸上部急劇膨脹，推動錘頭高速向下運動，同時高壓缸帶動床身系統(tǒng)向上運動，完成打擊動作。錘擊之后，回程缸將錘頭頂起，頂出機構(gòu)頂出鍛件。2

高速錘鍛造特點由于高速錘鍛造時變形速度快，所以填充性能好，慣性力大，熱效應(yīng)低，摩擦系數(shù)小。高速錘打擊坯料使金屬在極短的時間（0.001~0.002s） 內(nèi)完全變形，而且在鍛件上要產(chǎn)生徑向及軸向的慣性力，這樣可近似認為金屬無熱量散失或熱量散失很小，熱效應(yīng)低，在變形過程中有較高的塑性及較低的抗力。另外，慣性力的存在使得在徑向的慣性流動有利于塑性變形，單位變形力有所降低，這種高速鐓粗時的金屬流動特點，為鍛造徑向成形的大面積薄腹板類齒輪、葉輪創(chuàng)造了有利的條件。但在高速擠壓時，它往往使擠壓件受破壞。所以在設(shè)計正擠壓件時，應(yīng)預(yù)先計算金屬在擠壓時的流動速度，使它小于許可臨界速度，避免產(chǎn)生慣性斷裂。

另外，高速錘打擊速度越快，金屬與模具之間的相對滑移速度也就越快，而相應(yīng)的摩擦系數(shù)越小，這樣金屬變形較均勻，附加應(yīng)力小，對低塑性材料鍛造較為有利。2