精锻机发展现状及结构介绍
1.径向锻机概况
1. 1径向锻机特点
径向锻机又称“径向锻机”，是世界上最先进的锻造设备之一。径向锻机具有脉冲锻打和多向锻打的特点，而且脉冲锻打频率高、速度快、每次变形量很小，省去了锻造后的打磨等工序，可实现从坯料到成品的直接加工。径向锻机沿径向从多个方向锻打，使金属变形处于三向压应力状态，有利于提高金属的塑性。
此外，径向锻机自动化程度高，生产的锻件精度高，做出的锻造件产品金属性能更加优异。
径向锻机每分钟锻造频次比传统液压机高出一倍，由于锻造频次高，坯料受打击形变产生的热量可抵消坯料散失到环境中的热量，因此加工过程中坯料温度变化较小，故此径向锻机也被称做等温锻造机。由于具有等温锻造的特点，径向锻机在加工温度范围窄的高合金钢、钛合金或难变形合金的生产中更为合适，提高了产品质量。在加热一次的坯料锻造总变形率的增加，大大提高了生产率和成材率。全自动的控制系统能保证产品有更高的精度。锻后尺寸公差达±1mm，减少了后续工序的加工余量。但如果锻压的工件较长，热处理时容易变形，需进行矫正。世界上有许多国家在有色金属、机械制造、国防工业等行业采用了径向锻机来生产合金结构钢、高强度合金钢、钛合金和难变形合金的产品。
用不同型号的径向锻机分别将钢锭或钢坯锻成圆形、方形、矩形截面的棒材或锻成旋转对称轴、实心轴和空心阶梯轴、锥度轴、厚壁管、炮管等。有的国家为了扩大产品范围，采用了液压锻压机和径向锻机联合作业，也有采用大小径向锻机联合作业的。70年代以来,精锻工艺又发展为精锻-轧制工艺，并创造了精锻-轧机组,它由一台多锤头的连续式径向锻机后带若干架轧机组成，主要用在合金钢厂生产小型棒材。
径向锻机可极大地改善劳动条件，减轻劳动强度，提高产品质量和生产效率，使锻造环境发生了根本的转变；可显著提高我国自由锻件的生产能力和生产技术水平，使我国锻压装备的研制水平位于国际前列，对促进我国重大装备制造业的技术进步和大型锻压装备的产业化，全面提高我国大型装备制造业总体水平具有重大战略意义。
径向锻机以其独特的四锤头锻造原理凸现了与汽锤等锻造工艺完全不同的品质，无可比拟的优势，不论锻造材质内外部质量，成材率，尺寸精度，自动化程度，经济性和对环境保护、对操作者安全等各个方面均有明显提高，是替代汽锤、水压机等开坯和锻造粗加工成型机械的更新换代产品。国内现役径向锻机主要用途是铁路机车车轴、炮管、特殊钢坯料、有色金属锻件和军工锻件加工。
1. 2 国外径向锻机发展情况
目前世界上只有奥地利GFM公司和德国SMS MEER公司能够生产径向锻机。其中奥地利GFM公司于1945年成立，是世界著名的径向锻机生产商，在全世界共生产了700台左右，其中汽车行业轴类专用的有160多台，中国目前一共有40多台径向锻机，50%都是在近10年引进的。德国SMS MEER公司于1999年开始研发液压径向锻机，一共生产了16台，中国6台，台湾1台。
奥地利GFM公司生产的径向锻机主要分为三种形式，即SX型、RF型和SKK型，其基本原理均为电机带动偏心轮对工件进行高频锻打，奥地利GFM公司在最初只有SX型径向锻机，该型号径向锻机在过去的50年中，已经累计销售数百台，吨位从0.15MN-16MN，锻造频次从2000rpm-143rpm。2000年GFM公司在SX型径向锻机的基础上成功研发RF型径向锻机。RF型径向锻机和SX径向锻机最重要的区别是锤头调节部分，RF型号采用液压进行调节，特点是频次可调，使得锻件的金相组织更均匀，能够获得更高的锻造比。
奥地利GFM公司的另一种径向锻机是SKK型径向锻机，该型号径向锻机主要应用在汽车和军工等领域，且以冷锻为主，SKK型径向锻机锻造频次高，精度高，最高频次可以达到2000次/min，但吨位一般不超过6MN。SKK型径向锻机的锤头调节采用丝杠螺母进行调节，丝杠螺母在工作时候，需承受锻造力的冲击，故此其吨位无法大型化。
德国SMS MEER公司生产的径向锻机采用液压驱动控制。SMS MEER公司液压径向锻机集成了普锻和快锻的功能，在破碎晶粒，改善材料机械性能和快速成型上有一定优势，但是锻造频率相对慢，能耗大约是GFM的3倍。
1. 3 国内径向锻机发展情况
国内研制径向锻机的过程目前分为两个阶段：
第一个阶段为上世纪80年代初到90年代末，该阶段国内参考国外引进的径向锻机，研制了径向锻机两台，并搬迁改造两台。其中1982年, 大连钢厂仿制了一台SX25型径向锻机, 该设备正常使用了20年,在2001年被大连湾乡镇企业买走, 至今闲置。
1993年, 由大连精锻技术研究所, 大连精工锻压高新技术开发公司牵头, 联合晋西机器厂, 大连化纤机械厂等单位, 将太原进口的SX40型径向锻机迁至大连, 改造后，重新安装, 于1994年11月投入生产。1996年, 由大连精工锻压高新技术开发公司提供技术, 大连市旅顺水师营镇制造了SX40型径向锻机一台1997年投产。
第二个阶段为20世纪初至今，该阶段研制径向锻机的单位有兰州兰石重工有限公司、陕西创新精密研究所有限公司、中国重型机械研究院有限公司、青岛海德马克智能装备有限公司、陕西宝信重工有限公司等多家单位。
其中2010年兰州兰石重工有限公司投资研制了1.6MN径向锻机，该设备目前完成了热试车阶段，后由于该公司搬迁，设备于2015年重新安装并重新安装调试，目前该径向锻机正在进行工业实验阶段。
2013年陕西宝信重工有限公司为宝鸡钛业集团的SX13径向锻机进行电气升级改造及主机维修。
2014年陕西宝信重工有限公司已完成5MN径向锻机图纸设计，但并未试制。同年该公司为陕西宝鸡拓普达钛业有限公司进口的3.4MN径向锻机进行安装、调试及设备升级改造工作，目前该设备已正常使用一年多。
2015年陕西创新精密研究所有限公司研制的1.25MN径向锻机进入试制阶段，目前还未完成总装工作。
2016年青岛海德马克智能装备有限公司（原青岛华东机械）为无锡透平叶片公司制造的10MN双锤头液压径向锻机目前已完成热试车。
2016年太原通泽重工有限公司为江苏标新集团制造15MN快精锻机，该精锻机于2018年10月完成热试车。
2018年葛鹏团队为宝鸡拓普达钛业有限公司SX25精锻机进行大修改造工程，历时三个月目前已完成。
2018年葛鹏团队为宝鸡拓普达钛业有限公司SX16精锻机进行机械、液压、润滑电控改造，目前该项目已进入安装阶段。
2.径向锻机分类及其特点
2.1按传动方式不同分类
a机械传动径向锻机: 径向锻机的主传动方式为电机机械传动，该传递方式简单易维护，使用及维护费用低，该结构径向锻机可以进行热锻、温锻和冷锻，最大锻比可达到1:16，锻造精度高，但锻透性一般。
b液压传动径向锻机：径向锻机的主传动为液压传动，该传动方式中机械机构简单，但液压控制系统及电气控制系统复杂，使用及维护成本较高，该结构径向锻机可以进行开坯和热锻，锻造精度较机械传动径向锻机差很多，但锻透性较好。
2.2机械传动径向锻机结构简介
机械传动径向锻机主传动方式为机械传动，主驱动电机通过齿轮传递扭矩与转速至偏心轴，偏心轴旋转，带动滑块往返运动，从而带动锤头的往返运动，机械传动径向锻机目前典型机构有SX型、RF型和SKK型。
SX型、RF型和SKK型三种结构形式的精锻力均由电机-偏心轴传递，主要区别为锤头调节部分，其中SX型径向锻机锤头调节采用双偏心结构，即锤头调节机构使用另一套偏心机构，通过偏心机构的旋转来实现锤头位置的调整。RF型径向锻机锤头调节通过调节偏心轴与锤头之间的液压油容积来实现的，当调整油腔容积增大时，锻造尺寸变小，当调整油腔容积变小时，锻造尺寸变大，从而实现锤头调节功能。SKK型径向锻机锤头调节通过偏心轴与锤头之间的涡杆旋转带动蜗轮，再带动螺母旋转，从而带动连杆运动，进而实现锤头调节功能。
(1) SX型径向锻机主传动工作原理如下图所示，主驱动电机与齿轮箱的高速齿轮轴通过轮胎式联轴器联接，并将主驱动电机的扭矩传递到齿轮箱，齿轮箱中通过11个齿轮组成多组齿轮副，用来保证四个锤头的锻造的同步，同时传递扭矩，齿轮箱中的四个大齿轮通过浮动盘联轴器与锻造箱中的飞轮相联接，飞轮通过键与偏心轴联接，保证了扭矩和转速同步的传递到四个偏心轴，偏心轴安装在滑块和连杆中，当偏心轴旋转时，连杆即可进行正玄式的往复运动，对工件实施锻打，偏心轴安装在锻造箱偏心套中，偏心套装配在锻造箱体的孔中，偏心套的旋转中心与偏心轴的旋转中心之间不同心，故此当偏心套旋转时即可实现偏心轴的位置变化，同时带动连杆的位置变化，从而实现锤头大行程的变化，锤头调节的驱动是通过驱动油缸带动连杆，再带动偏心套的旋转。该结构中采用两套偏心系统，其中一套为偏心轴，另一个为偏心套，两套偏心系统配合完成锻打和锤头调节任务。
(2) 采用双偏心结构的有如下特点：
1)使锻打部分的结构强度大为增加，提高了整个机器运转的可靠性；
2)在卧式径向锻机上采用双滑块偏心双偏心结构，便于采取措施防止氧化皮的侵扰，而且在锻造箱体上可以开出排氧化皮的下孔道和排烟的上孔道；
3)连杆纯往复锻打动作；
4)各锤头的运动不同时受约束，提高了运转的独立性，连杆的导向性也极大改善。
5)滑块的往复运动惯性较大，增加了主驱动电机的启动扭矩和功率，不容易引起机器的震动。
2.3液压传动径向锻机结构简介
液压传动径向锻机的主传动方式为液压传动，该结构径向锻机主要由一个高刚性机架和安装在机架内的四个锻造主缸与模具组成,锻造缸是通过双头螺栓固定于框架。整个框架固定在基础上。
4个缸体单元是相同的，并且每一个都包括一个锤杆。锤杆是由液压驱动，并通过一个可编程的伺服单元来进行控制。
4个锤杆中的每一个仅通过被集成在每个锤体缸中的一个阀门来进行控制；锤杆的运动速度，向前和向后，是由先导油缸控制的，工作缸随动，从而实现先导缸对每个变形行程的变形速度、回程和锻造精度的控制。
4个锤杆的同步性，是由先导缸的伺服控制来保证，为获得良好的允许误差，需测量先导缸活塞和锤杆的位置（通过内置于先导缸和锤杆中的磁致伸缩传感器），用以对锤杆的定位进行动态控制。
主机机架上安装有检测装置，实时对工件位置及温度进行检测。
该结构的径向锻机具有如下特点：
液压式径锻机锤头在接触工件时整个行程中都可以施加同样的锻造力，而机械式径锻机只能在锤头行程下死点才能施加最大的锻造力，即机械式径锻机锻造变形是基于冲击变形，变形发生在锻件表层。而由于液压传动具有缓冲和静压保压作用，变形发生在锻件整个截面。机械式径锻机必须设定比较小道次压下量，而液压式径锻机的道次压下量和锤击循环时间是可以大范围调控的。
液压式径锻机对变形工艺参数有更大、更灵活的调整余地，这一点对提高锻件心部锻透性是极其有利的。生产出的锻件从表层到内芯都被全面而均匀地锻压，形成全截面的细晶组织。
由于液压式径向锻机造价高，一般适用于吨位大于10MN的径向锻机，同时维护成本及使用成本较机械传动径向锻机要高很多，致使目前使用较多的均为机械传动径向锻机。
精锻机目前已经在国内广泛使用，但属于中国自己的精锻机还有很多路要走，笔者通过本文抛砖引玉，与国内有识之士共同推进中国精锻机的发展。
本文作者从事精锻机研究已多年时间，致力于精锻机国产化，打破国外进口，让更多厂家可以使用精锻机而努力，在此期间负责过兰石重工1.6MN精锻机主机设计及后续整改安装项目、5MN精锻机研发、1.25MN精锻机研发等多台精锻机的设计研发，并完成了国内首台1.6MN精（径向）锻机（SX13精锻机）的试制，该项目获得2015年度兰州市科技部一等奖，2016年度中国机械制造工艺协会一等奖，参与并完成多台精锻机的维修、安装等工作。