400MN電動螺旋壓力機

文/韓林源，黃寶麗，董志坤·青島益友鍛壓機械有限公司

400MN電動螺旋壓力機

文/韓林源，黃寶麗，董志坤·青島益友鍛壓機械有限公司

韓林源，副總經理、總工程師，主持開發了中國第一臺離合器式電動螺旋壓力機。

鍛壓機床是工業基礎裝備的重要組成部分之一，在航空航天、汽車制造、交通運輸、冶金化工等重要工業領域得到廣泛應用。在工業發達國家，鍛壓機床的技術水平和擁有量，已經成為其工業發達程度的重要標志。

我國鍛壓機床雖然經過了半個多世紀的發展，通過國家經濟建設規劃的實施，已經從只能生產單機（如各種普通和專用的壓力機、液壓機、錘）發展到能夠生產裝備機械化、半自動化和自動化鍛壓生產線，大、重型鍛壓機和具有各種特殊功能的先進特種鍛壓機床。

在國民經濟中冶金、電力、航空航天、運輸等都需要相當數量的大型鍛件，而目前我國生產這類鍛件的大型鍛壓機還需要進口，為了實現大型壓機的國產化，降低鍛造廠的設備投入成本，專注生產研發螺旋壓力機和熱模鍛壓力機的青島益友鍛壓機械有限公司（簡稱青島益友）在積累大量電動螺旋壓力機設計和實踐經驗的基礎上，應客戶要求成功研發了4萬噸電動螺旋壓力機。

工藝設計

4萬噸電動螺旋壓力機（圖1）的生產工藝結合了鍛錘、液壓機和離合器式螺旋壓力機三者的優點，是鍛造電站長葉片類鍛件，飛機上航空發動機等高性能特種鋼、鈦金屬和鎳基高溫合金類鍛件的理想之選。與傳統的螺旋壓力機或鍛錘相比，4萬噸電動螺旋壓力機具有以下優點：

圖1 4萬噸電動螺旋壓力機模擬圖

⑴采用新型離合器，不僅使壓力機成形能量顯著增加，還可以減少40%左右的能源消耗，是名副其實的高效裝備。

⑵這臺壓力機的沖擊速度在0.25～0.55m/s之間可調，鍛造行程可控，打擊能量可變。

⑶可生產冶金質量更優、組織性能更均勻、尺寸更精確的大型整體鍛件。

⑷能夠靈活地滿足核電、燃機、航空、航天、軍工領域不斷發展的需求，并滿足客戶的特殊需求。

⑸起動電流小，能量儲備大。

設備特點

采用液壓推力軸承，可有效解決打擊過程產生的軸向沖擊力，采用雙重潤滑配置，并且全效、多點流量控制，確保該傳動采用離合器式結構，可有效消減傳動部分的慣量逆補，保證了電機的使用壽命。

該離合器式電動螺旋壓力機包括機架，安裝在機架上方的驅動電機，由驅動電機帶動的離合飛輪，安裝在離合飛輪上的離合器，離合器接合后帶動其旋轉的摩擦盤，與摩擦盤固定在一起、由電機驅動的電動飛輪，固定在電動飛輪上的螺桿，安裝在螺桿下部、帶有內螺紋的滑塊。離合器式電動螺旋壓力機，打擊能量大，工藝適應范圍廣，可靠性和安全性強，使用壽命長，電機總功率低，可廣泛用于壓力加工成形工藝生產過程中。該設備在鍛件生產方面突出的特點為：

⑴根據工件所需的變形速度任意選擇打擊速度。

⑵有效地解決了離合器式螺旋壓力機螺旋副單面往復受力的工作狀態（即打擊和回程時螺桿齒牙下面和螺母齒牙上面一直接觸無法潤滑冷卻），同時解決了電動螺旋壓力機變形能小的問題。

⑶工藝適用性極強，該機既能用于熱鍛又能用于精鍛、精整及鈦合金葉片的精密鍛造，傳動鏈短，運行安全，操作便捷，打擊力和能量可準確設置、準確顯示。

⑷可根據成形精度調節能量及打擊力，以減少模具的機械應力和熱接觸時間，達到提高模具使用壽命的目的。

主體結構

電動螺旋壓力機機架可以分為分體式結構，由上橫梁、左右立柱、底座組成，通過四根拉桿預緊在一起，形成一個閉式的受力框架。主電機通過一個框架被固定在壓機的機架上，飛輪平放在壓機的頂部，外緣有齒形，與電機軸上的小齒輪相嚙合；飛輪通過花鍵與螺桿的上部相連，螺桿的下部通過螺紋與固定在滑塊內部的銅螺母相嚙合，螺桿只作旋轉運動。當開關磁阻電動機正反向旋轉時，滑塊通過螺旋副把旋轉運動變為滑塊的直線運動，進行打擊和提升。當滑塊需要停止時，通過飛輪上部的閘瓦式彈簧制動器進行制動（進氣打開、斷氣制動），如圖2所示。

圖2 4萬噸電動螺旋壓力機示意圖

電機控制系統采用國際先進的開關磁阻電動機調速系統，其基本結構如圖3所示，該調速系統具有以下優點：

⑴高起動轉矩，低起動電流。當起動扭矩為額定扭矩的1.5倍時，起動電流只達到額定電流的30%，具有軟起動特性，無過沖起動電流。

圖3 開關磁阻電動機示意圖

⑵電機可以頻繁的正反起停、切換。

⑶功率因數高。在任何狀態下功率因數均大于98%。

⑷系統效率高。系統整體效率比變頻器調速效率高出3%～10%。

⑸電機調速范圍廣。可以實現壓機的打擊能量在5%～120%的范圍內可任意調節，而且精度高。

⑹可以實現數字化控制。

⑺電機過載能力強。

⑻缺相可欠功率運行，不會損壞電機及控制器。

⑼電機轉子為硅鋼片疊加，結構簡單，可靠性高。

該系列壓力機的主要優點：

⑴電機運行功率因數高、機械傳動鏈簡單等特點決定該機節能效果好。

⑵壓機打擊力穩定可靠。

⑶圓柱型雙導軌結構，抗偏載能力強，適合多工位鍛造，提高鍛件的生產效率。

⑷觸模時間短，提高模具使用壽命，是安全和環保型設備。

適用范圍

近幾年隨著我國經濟尤其是航空工業的發展，我國現有的壓力機規模早已不能滿足現代航空工業的發展需求，大型鍛件主要通過自由鍛造鑄坯的方式生產，甚至不得不依賴進口，制約了我國國防、航空航天及其他領域重型設備的開發與研制。

目前，青島益友研發的400MN離合器式電動螺旋壓力機是世界上最大的螺旋壓力機，該電動螺旋壓力機能夠在與工件短暫接觸過程中以巨大的打擊力成形金屬產品，最大打擊力可達到42000t。該壓機適用于能源動力，可鍛造百萬等級超臨界汽輪機、百萬級核電站機組的大型葉片、電站大型渦輪葉片，在燃汽輪機領域可鍛造壓氣機盤、整體盤和渦輪盤、機匣、鼓筒、軸盤類、壓氣機葉片及導向葉片、變形合金渦輪葉片等，航空航天及船舶動力部分，如大型高精曲軸、連桿，工程機械及軍事工程，如大型盤類引導輪、主動輪、礦山機械大型刮板及主從動鏈輪，主要產品如圖4、5、6所示。

圖4 高壓壓氣機盤鍛件

圖5 TC17合金整體葉盤

圖6 鈦合金風扇葉片和汽輪機葉片

結束語

進入21世紀以來，中國鍛壓機床行業經過多種方式（技術引進、合作生產、合資）運作，與國外先進企業合作打造品牌產品，快速提升了我國鍛壓機床的整體水平，近年設計制造的許多產品，其技術性能指標已經接近或達到世界先進水平，在柔性生產和智能化方面取得了長足進步。但國外知名企業在技術創新、產品開發和名牌效應方面的進步更快，因此，青島益友期望并努力追趕國外先進技術，盡快生產出400MN電動螺旋壓力機，以提高中國鍛壓裝備水平，為中國鍛造企業的發展提供有力的保證，使得中國的鍛件產品具有更高更強的競爭力。同時，期望中國鍛壓設備制造企業共同努力，打造出更多、更好具有中國自主品牌的鍛壓設備，提高中國鍛壓設備在國際市場的競爭力。