锐意进取，削减成本

　　为了更高效地产出复杂的钛零件，越来越多的车间开始采用先进的锻造设备，来进一步扩展现有的数控能力，以制出只需要最少加工步骤的近净形零件。某些情况下，锻造工艺精确到甚至不需要额外加工。

　　车间将锻造纳入其加工范围，优势多多。随着液压锻造机的控制和自动化程度的提高，可将精密的钛零件锻造到严格的公差范围内，且产量相对较高。锻造还可以将钛的投入成本降低50%。

　　然而，为了以精准的规格锻造钛零件，车间需要合适的设备，并对生产参数进行极为严格的控制。幸运的是，在液压机设计、控制和自动化方面的进展，有助于优化零件质量、生产和价格。

　　位于宾夕法尼亚州的FPD 公司是一家专门生产航空航天及医疗零件的机械厂。为了经济有效地生产大型、复杂的钛合金零件，这家公司投资购买了一台新的定制冲压机，能够控制更大的吨位冲压。

　　“我们想扩大锻造零件范围，需要一台更大的冲压机，对钛合金零件进行更复杂的控制。我们现有一台2500 吨冲压机，但对钛合金零件加工来说比较小，同时我们还需要改进控制、质量和生产周期。”FPD 公司总经理Jeff Speicher 说。为实现生产目标，FPD 公司与Erie Press Systems 公司展开了合作。Erie 公司专门生产机械锻造冲压机及单独设计的液压机，成立于1895 年，现为北美最大锻造设备供应商Ajax- CECO-Erie Press 集团中的重要成员。

　　尽管Erie 公司是这套系统的设计、制造者，但FPD 公司针对设计要求提了大量意见。最后，一台定制的高速液压机问世了。它能够以完全控制的、可编程的速度和负载曲线，在整个行程中实现3000 吨的产能。“这台定制冲压机，加上我们的工程能力及工具，使我们在为航空航天和医疗设备行业制造钛零件时，始终能够保证极严格的公差。合适的设备生产出来的锻件非常一致，令我们可以生产出接近净值的形状，只需最小程度的额外加工，甚至根本无需额外加工。而且，如果一个零件需要额外再钻孔、镗孔或其他次要特征的加工，我们也能做到。”Speicher 解释说。他补充说FPD 公司可以现场提供广泛的五轴数控加工服务。

　　锻造行程和力的精准控制

　　据Speicher 介绍，Erie 公司的锻造设备采用了独特的伺服液压系统，可以更好地控制锻造行程和应用力。冲压机控制装置可对蓄能器和排放阀进行调制，保持编程的速度，不受负载的影响，确保锻造性能的一致性。这种配置，为在宽广的速度范围内灵活锻造各种零件提供了可能。如果采用机械调整蓄能器排放速度，是不可能做到的。

　　在制造某些几何形状零件时，由于钛的变形率，需要在整个零件成形过程中采用不同的速度曲线。针对变形率的调整，使FPD 公司能够改进模具寿命，还能通过在冲程后期填充模腔腹板和角部，实现更精美的细节。Speicher 说，伺服液压系统在定义这些参数时允许极高的分辨率。此外，冲压机位置控制器会向FPD 的工厂服务器发布与每个零件的锻造周期相对应的高速绘图或数字签名，供存档和参考。

　　FPD 公司还可以控制冲压机以特定的力或预定的吨位限制来冲制零件。此外，冲压机可以在位置精度小于0.01 英寸（0.25mm）的范围内运行到设定位置。

　　Erie 冲压机的人机界面（HMI）使操作员能够看到冲压机的功能，并预测它应该如何执行。它是通过动态的动画模型和原理图、实时趋势和图表来实现的。人机界面是一种软件应用程序，它以图形化的方式向操作人员展示有关各种过程状态的信息，格式看起来就像实际的机器或显示面板。这些信息可以通过个人电脑、笔记本电脑或智能手机，在本地（机器上）或远程（工厂内或场外）访问。

　　Ajax-CECO-Erie Press 集团制造的3000 吨冲压机，特点是液压机设计、控制和自动化，有助于优化零件的质量、产量和价格。

　　延长寿命，降低成本

　　Speicher 说：“Erie 冲压机在设计中采用了非常友好、基于图形的人机界面，即使是不熟悉锻造工艺的人，也能一步一步地了解它的使用方法。”他还指出：这家锻造冲压机制造商的人机界面系统，是实际机器运行时的“数字孪生”。

　　“冲压机上的传感器可以监测滑块的位置、泵的输出、阀门的位置等，所有这些参数都会被监测、显示在冲压机的屏幕上。通过人机界面，操作员就能看到机器的实时运行情况。”Speicher 说。

　　人机界面还能帮助操作人员监控正在发生的事情，有足够的洞察力来成功排除故障，并在需要时及时让设备重新上线。例如，操作员可以快速地从顶层动画原理图中“钻下去”，查看特定零件（如阀门和泵）的性能，找到零件编号和接线方案信息。最新的PDF 技术文件和机器上每个零件的原理图都是可搜索的，可以根据需要快速显示。

　　Erie 公司锻造设备的自动化性能，使操作员能够在10 分钟内更换热模。锻造转换完全不需要动手，只需要向人机界面输入。钛合金坯料和工件在电炉中预热，而模具则在离线状态下预热。操作员在联锁门系统后面工作以确保安全。他会使用操纵杆将工具转移到冲压机中，由液压夹紧，在生产路由器上扫描条形码，在控制器中调用特定零件的锻造程序。

　　FPD 公司与Erie 公司合作，加入了一些安全功能，比如在工具组和零件的条形码与路由器不匹配的情况下禁止程序执行，以及在进入自动模式之前操作员必须打开安全模式。

　　Speicher 说：“因为我们的生产过程中有大量的短流程，现在我们可以每天设置多次，这大幅提升了生产能力。”

　　FPD 公司表示，控制冲程速度也有助于延长工具的使用寿命。“有了液压伺服控制，操作者可以以更大的控制力来改变冲压机的冲压速度，从而延长工具的使用寿命。根据我们的内部统计，这台新冲压机使工具的寿命延长了约 50%。”Speicher 说。

　　与传统加工方法相比，此举还可以大大节省成本。“根据零件的几何形状，比起用棒材、板材或钢坯加工零件，我们通常可以降低30%-50% 的单价。因为我们使用的材料更少，而钛是非常昂贵的。”Speicher 解释说。

　　对于机械加工车间来说，在现有加工能力的基础上增加先进的钛合金零件锻造，可以提高生产速度和控制能力，还可以大大降低投入成本——所有这些都提高了竞争力。