一錘子下去上萬噸,重型鍛壓機力量從哪里來的

還記得小時候每年春耕之時,就喜歡跟著大人去鐵匠鋪,主要是對打鐵非常感興趣,將鐵塊放入到火爐中不停的抽拉風箱,鐵塊燒得通紅后放在鐵板上,用一把小小的錘子不停翻來覆去的敲打,不時還能飛濺出鐵花,幾個小時后就能將鐵塊捶打成鋤頭和鐮刀來,有時候還能給自己打個小玩具。

打鐵是最原始的鍛造工藝,這種工藝因其非常實用的特點,幾千年以來一直是最主要的金屬鍛造工藝。

但鐵匠鋪也只能鍛打小塊的鐵,現代工業制造中對大件鋼鐵的需求量非常的大,各種大小和不同形狀的,人力鍛造肯定就不行了,這就需要鍛壓機這種超級鋼鐵的鍛壓設備了,那些被燒得通紅的超大圓餅,圓柱以及方塊在鍛壓機下很快就被錘成想要的形狀。

鍛壓機主要用于金屬成型,是通過錘擊的方法,將可塑狀態下的金屬材料變成需要的尺寸和形狀,它是現代工業中的必要裝備。

金屬材料通過鍛壓不僅可以得到零部件的形狀,還能夠改善金屬內部的組織結構,提高金屬的機械性能和物理性能,所以鍛壓機在航空航天,船舶制造,高鐵等領域廣泛應用。

鍛壓

鍛壓是對金屬施加外力,讓其變形以改變尺寸形狀以及性能,是一種金屬成型的加工方法,鍛壓是鍛造和沖壓的總稱。

沖壓是靠壓力機和模具的配合,對金屬材料施加外力,使材料按照模具的形狀塑性變形成需要的形狀和尺寸,最后從模具上分離的加工方法。

鍛造就是利用鍛壓機直接對金屬施加壓力,使之塑性變形的一種加工方法,根據鍛造成型的加工方法可以分為自由鍛,模鍛,擠壓,軋制和拉拔,還有根據工件的鍛造加工溫度還可以分為熱鍛和冷鍛。

鍛壓機的發展

鍛壓機的發展歷史就是伴隨著工業技術的發展同步進行的,自從人類開始發現和使用金屬以后,最早是使用石器來錘擊金屬來制造飾品和小用品,后來又發明了用畜力和水力來提升重錘鍛打工件,這也是最古老的鍛打機械。

18世紀隨著蒸汽機的發明,很快出現了以蒸汽為動力的鍛壓機,這能提供更大的動力,并迅速進入百噸級,也讓那些大件的鍛壓成為可能,鍛壓進入了應用動力時代,人類也進入到工業時代。

19世紀末開始出現了以電為動力的鍛壓機,并獲得了迅速發展。

20世紀初隨著重型機械設備的發展,出現了以油為工作介質的液壓鍛壓機,噸位也迅速提高,進入到萬噸級。

進入新世紀,隨著各個行業對復雜鍛件的需求變多,各國都在發展大噸位的鍛壓機以滿足需求,縱觀鍛壓機的發展幾乎就是人類重工業發展的縮影。

說到鍛壓機,就不得不提到一個叫帕斯卡物理學家,就是他做了一個砸桶實驗,后來人們就是利用其原理制造出最早的水力鍛壓機,真是東方有司馬光砸缸而西方有帕斯卡砸桶。

帕斯卡在密封的桶里裝滿了水,在上面開了一個圓孔塞裝一根長管,圓孔與長管連接處要密封住,然后從高處持續往水管中注水,當水加到一定量時,水桶就會炸裂開漏水。

桶爆了就是水給了桶太大的力,也就是桶受到了很大的水壓強,而將水管換成木塞用力按壓木塞,桶同樣會炸裂,這是因為在封閉的木桶內受到不管是水的壓力還是手壓木塞的壓力,要是受力的大小一樣桶同樣會破裂。

所以說,在封閉的桶內只要受到外力擠壓,而水具有流動性,所以就會向桶的四周傳遞這個壓強,也就是封閉的液體可以將壓強等大的傳遞到液體的每一個部分,這就是帕斯卡定律。

根據帕斯卡定律,在一個封閉的液體系統中給一個活塞施加壓力,另一個活塞就會產生相同的壓強,而如果那個大活塞的面積是小活塞的10倍,這就會讓那個大活塞產生比小活塞大出10倍的壓力。

人們最早發明和現在使用的大噸位水力鍛壓機,就是利用這種力量倍增器的原理制造出來的。

鍛壓機工作原理

帕斯卡定律

而現在常用的鍛壓機則是電動的,工作時由電動機帶動皮帶,再由大皮帶輪驅動偏心傳動軸,偏心傳動軸轉動帶動中間的滑塊和鍛錘直線上下運動,一次鍛壓完成后滑塊回程上行,鍛錘靠滑塊突然向下釋放的能量驅動完成鍛壓。

鍛壓機在鍛壓時靠的是沖擊力,所以在一個鍛壓過程中的時間就會很短,短時的最大功率比平均功率要大幾十倍以上,因此就在傳動系統中設置了飛輪來幫助滑塊對積蓄能量進行補充,一個鍛壓完成后飛輪會再次加速積蓄以備下個鍛壓使用。

現在世界上那些超大噸位的鍛壓機,如6萬噸或者8萬噸多是采用液壓缸作為動力驅動,這些巨無霸不僅可以熱鍛還能冷鍛,不但鍛造的工件尺寸大,力氣大,而且還能達到很高的精度和自動控制。


平??炊脫夠褪巧蕩蟠值母痔?,但它卻是衡量一個國家工業實力的重要標志,也是現代先進發展的重要裝備,尤其是大型鍛壓機世界上只有很少幾個國家能制造,所以更是被各國都視為國寶級裝備,能為國家的工程和制造業提供有力支持。

文中Gif截取自Youtube《Top 5 Amazing Forge Videos (eye candy)》《Draw Die》《Types of Forging Animation (Open Die Forging, Closed Die Forging 》《Physics - Application of Pascal's Law  in Hydraulics -English》《Mechanical Forging Press _ Operational Demonstration》
文中圖片截取自《America's Iron Giants - The World's Most Powerful Metalworkers》
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