一、 常用锻压设备概述

    由于锻造加工工艺方法是多种多样的，所以，其加工设备也是种类繁多的。按照锻造加工工艺方法的不同，一般把锻压设备分为自由锻设备和模锻设备两大类。

    1． 自由锻设备

    根据对锻件作用力的性质，可以把自由锻设备分为锻锤和液压机两类。前者，常用的有空气锤和蒸汽-空气锤两种；后者，主要是自由锻水压机。

    2． 模锻设备

    同样根据对锻件作用力的性质，可以把模锻设备分为锤和压力机两类。锤上模锻所用的设备有蒸汽-空气模锻锤、无砧座锤、高速锤等。压力机上模锻所用的设备主要有摩擦压力机、曲柄热锻压力机、平锻机和模锻水压机。

    以下，我们将选择锻造车间最常用的几种设备来介绍它们的结构，工作原理及其安全技术。

    二、 自由锻常用设备

    （一） 空气锤

    空气锤是应用很广泛的一种自由锻造设备，它可以用于各种自由锻造工序。也可用作胎模，在某些缺乏模锻设备的工厂里，还有用它来进行模锻的。

    空气锤的打击能量（或吨位）以它落下部分的重量表示。如落下部分的重量是4000N，则称该锤为400kg 空气锤。最常用的空气锤，落下部分的重量在1000~7500N之间，大于7500N的空气锤，一般被蒸汽-空气锤代替。

    空气锤是靠电力驱动机构的作用，利用本身产生的压缩空气，推动落下部分动作，同蒸汽-空气锤比较，它的安装费用低，适合于小厂、修配厂使用，也适合小型锻件的生产。其工作原理如图1所示。 

    开动电动机后，带动曲轴连杆机构1旋转，而使压缩气缸3内的活塞2作上下直线运动，当向下时，压缩气缸下部的空气被压缩，经过下阀室8内的旋阀进入工作气缸5的下部空间。这时，工作气缸的上部空间缺气。作用在工作活塞6下面的空气压力，使落下部分向上运动。

    当压缩气缸的活塞2向上时，压缩气缸的上部气被压缩，并经过上阀室4内的上旋阀进入工作气缸的上部空间，工作气缸下部空间缺气。作用在工作活塞上面的空气压力和活塞本身重量的共同作用，使落下部分向下，打击放在下砧7上的金属。通过关闭或改变气道通路的大小，就能使锤头得到连打、单打、上悬和下压等不同的动作。

    （二） 蒸汽-空气锤

    蒸汽-空气锤是利用蒸汽或压缩空气带动锤头工作的，常用的双柱拱式蒸汽锤的构造如图3所示。其主要组成部分有工作汽缸1，落下部分2（活塞、锤杆、锤头和上抵铁），带导轨的左右机架3，带下抵铁的砧座4和操纵手柄5等。 

    蒸汽-空气锤的工作原理如图3左上方局部放大图所示，当滑阀6在图示位置时，沿进气管7的新蒸汽进入滑阀汽缸8，并从滑阀的外面绕过而进入工作汽缸活塞9的上部空间，使活塞9，锤杆10和锤头向下运动进行锤击。这时原先在工作汽缸1下部空间的废汽则进入滑阀汽缸并通过滑阀中间的孔，顺着排气管11排出。当滑阀6移至下在位置时，则新蒸汽进入工作汽缸活塞的下部空间，并给予活塞压力，使锤头上升。先前进入工作汽缸上部的废汽就直接经排气管11排出。

    蒸汽-空气锤用4~9×101325Pa的蒸汽或压缩空气来推动活塞，使之以6~8m/s的速度向下运动。故落下部分能量可显著增大，锤击功能可大为提高。但必须有一套辅助设备，如蒸汽锅炉或空气压缩机等，但此空气锤复杂。蒸汽-空气锤的吨位一般为0.5~5t。3t以下常见的是悬臂式机架，而5t锤则通常是桥式结构。蒸汽-空气锤适合锻造中型或较大的锻件。

    （三） 水压机

    1． 水压机的工作原理

    水压的工作原理是根据帕斯卡液体静压定律而来的。即：加在密封容器内的液体的压强（单位面积上的压力）能够按照它原来的大小向液体各个方向传递。根据这一原理，如图4所示，在连通的容器中的柱塞D＜sub＞1＜sub＞和D＜sub＞2＜sub＞所受到的压力和它们的端面面积成正比。因此在小柱塞上作用一个小的力P＜sub＞1＜sub＞，则大柱塞上就产生一个增大的力P＜sub＞2＜sub＞。这力所增大的倍数，就等于大柱塞端面面积比小柱塞端面面积所增大的倍数，这一关系可以用以下方程式来表示：

     （1）    或 （2）

    式中 P＜sub＞1＜sub＞、F＜sub＞1＜sub＞、D＜sub＞1＜sub＞——作用在小柱塞上的力以及小柱塞的横截面积和直径。

     P＜sub＞2＜sub＞、F＜sub＞2＜sub＞、D＜sub＞2＜sub＞——大柱塞所产生的力以及大柱塞的横截面积和直径。

    水压机就是根据这个原理制造的。

    图5可以形象地说明水压机的工作原理：泵室2和水压机工作缸4通过管道3连接成密闭的连通容器。当水泵起动后，作用在水泵柱塞1（相当于小柱塞）上的力P＜sub＞1＜sub＞，通过管道3在工作柱塞5（相当于大柱塞），产生出增大了的力P＜sub＞2＜sub＞，再借助于上砧6，将其压力作用在置于下砧8的坯料7上，使之变形。   
    图5（略） 水压机的工作原理

    1―水泵柱塞 2―泵室 3―管道 4―水压机的工作缸 5―工作柱塞 6―上砧 7―坯料 8―下砧

    2． 水压机本体的构造和工作过程

    水压机的构造如图6所示。工作时高压水（200×101325Pa左右）沿管13进入安装在上横梁3上的工作缸1内，并压

在柱塞2上使其下降。这时与柱塞固定在一起的活动横梁4也沿着立柱5随同下降。活动横梁的下端装有上抵铁11，下降时便对置于下抵铁12上的锻件施加压力。下抵铁固定在下横梁6上。

  
    图6（略） 水压机

    1―工作缸 2―柱塞 3―上横梁 4―活动横梁 5―立柱 6―下横梁 7―回程缸 8―小柱塞 9―小横梁 10―拉杆 11―上抵铁 12―下抵铁 13、14―高压水管

    活动横梁的回升由回程缸7来完成，这时工作缸排水，而高压水沿管14进入回程缸7，并推动小柱塞8使其上升。同时通过小横梁9，拉杆10带动活动横梁也随着上升，这样就完成了水压机的一个工作过程。因此，通过对操纵手柄的控制，就可以使水压机得到预压、施压、回程（提升）、上悬（停止）等四种动作。

    各种形式的自由锻水压机的结构主要构成部分都大致如此，其工作过程则是完全一致的。所不同的是，一些主要构件（如机架、工作缸和回程缸等）的结构、位置和数量上有所差异。例如：机架有四柱式、双柱式、也有单臂式；工作缸有单缸、双缸、三缸和多缸之分。