螺旋壓力機的結構特點及選用

文/夏巨諶·華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室

螺旋壓力機的結構特點及選用

文/夏巨諶·華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室

螺旋壓力機在我國鍛造行業中應用廣泛，據粗略統計，至今有2100余臺，其中，摩擦壓力機超過1500臺，離合器式螺旋壓力機60余臺，電動螺旋壓力機超過500臺，還有由馬達驅動的螺旋壓力機等不同于上述三種形式的螺旋壓力機，各種螺旋壓力機的數量超過我國全部模鍛設備的50%。鍛造業中一些技術力量較薄弱和近年新建企業在選用螺旋壓力機時經常碰到的三個方面的問題是：其一，在各種螺旋壓力機中到底如何選擇適合于本企業所需的類型；其二，如何選擇螺旋壓力機的噸位；其三，能否在螺旋壓力機上進行多模膛模鍛。針對這三個問題，筆者根據多年從事模鍛技術尤其是精密模鍛技術及裝備的研發應用與所掌握的國內外相關文獻資料進行回答，本篇為第一個問題提供參考和幫助。

各種螺旋壓力機的基本結構及工作原理

目前使用較多的螺旋壓力機主要分為摩擦壓力機、液壓馬達驅動的液壓螺旋壓力機、離合器式螺旋壓力機和電動螺旋壓力機四種。下面分別介紹其結構、工作原理及四種螺旋壓力機的特點比較。

圖1 J53型雙盤摩擦壓力機結構

⑴摩擦壓力機。傳統J53型雙盤摩擦壓力機結構，如圖1所示。電機通過皮帶輪帶動摩擦盤旋轉，當右邊的摩擦盤同飛輪接觸時，飛輪與其連接為一體的螺桿作旋轉運動而儲存能量，與此同時，飛輪、螺桿及滑塊向下作直線運動，在滑塊通過鍛模鍛造前的瞬間，操作系統控制橫軸使右摩擦盤與飛輪脫開，左摩擦盤與飛輪接觸，在此換向的瞬間，滑塊包括螺桿和飛輪組成的運動部件，依靠所儲存的能量完成鍛造功能，使毛坯成形為鍛件。在上、下模打靠且運動部件所儲存的能量完全釋放的瞬間，左摩擦盤帶動飛輪反轉進而帶動滑塊回到初始位置，飛輪同左、右摩擦盤均處于脫開狀態，一個工作循環結束。

⑵液壓螺旋壓力機。我國從德國引進的HSPRZ630型液壓螺旋壓力機結構，如圖2所示。工作原理與摩擦壓力機相似，其工作過程為，液壓系統驅動液壓馬達與其同軸緊固為一體的小齒輪旋轉，進而驅動飛輪即大齒輪及與其連接為一體的螺桿作螺旋運動，最終帶動滑塊作上下往復直線運動，實現鍛造功能。當大齒輪下端面與小齒輪下端面平齊或接近時，滑塊處于上限位置，當兩者的上端面平齊或接近時，滑塊處于下限位置，相應地完成一個工作循環。它也稱為液壓馬達式液壓螺旋壓力機。由于液壓傳動效率高和液壓元件標準化程度高，使液壓驅動裝置結構緊湊合理，故特別適用于大型螺旋壓力機。目前，世界上最大的是HSPRZ1180型液壓螺旋壓力機，其公稱壓力為140MN，螺桿直徑達1.18m。

圖2 HSPRZ630型液壓螺旋壓力機結構

圖3 NPS型離合器式螺旋壓力機結構

⑶離合器式螺旋壓力機。最早由德國辛佩坎公司研制成功的NPS型壓力機的結構，如圖3所示。離合器式螺旋壓力機與傳統的螺旋壓力機的區別并不在于傳動方式上（摩擦、液壓、電機直接傳動），而在于飛輪的工作方式完全變了。主電機通過三角皮帶驅動飛輪，使它單向自由旋轉。工作時由液壓推動離合器活塞，使與螺桿連成一體的離合器從動盤與飛輪結合，帶動螺桿作旋轉運動，通過固定連接在滑塊上的螺母，使滑塊向下運動，并進行鍛擊。隨著鍛擊力的增加，使飛輪的轉速降低到一定數值時，控制離合器系統的脫開機構將起作用，通過控制頂桿頂開液壓控制閥使離合器脫開，飛輪繼續沿原方向旋轉，恢復速度。與此同時，利用固定在機身上的液壓回程缸，使滑塊向上回程，完成一個工作循環。

國內，北京機電研究所同青島青鍛鍛壓機械有限公司開發了離合器螺旋壓力機系列產品。

⑷電動螺旋壓力機。德國惠加頓公司制造的PZS系列重型電動螺旋壓力機結構，如圖4所示。其工作原理是，電機經小齒輪驅動飛輪部件（大齒輪）及與其緊固為一體的螺桿旋轉儲能，旋轉的螺桿通過與滑塊緊固為一體的螺母帶動滑塊作上下往復運動，實現鍛造功能。當電機達到打擊能量所要求的轉速時，利用飛輪部件所儲存的動能作功，使鍛件成形。飛輪部件釋放能量后，電機立即帶動飛輪部件（大齒輪）反轉，反轉一定轉角后，電機進入制動狀態，滑塊回到初始位置。

國內，青島益友鍛壓機械有限公司、青島青鍛鍛壓機械有限公司、武漢新威奇科技有限公司和淄博桑德機械設備有限公司等開發了與此原理相似，但結構上各具特色的中小型電動螺旋壓力機系列產品。

圖4 電動螺旋壓力機結構

四種螺旋壓力機的性能特點比較

為了便于對螺旋壓力機進行選用，下面將四種螺旋壓力機的結構、螺桿運動方式、能耗、許用壓力（P許）與公稱壓力（Pg）之比、抗偏載能力等性能特點列于表1。

表1 四種螺旋壓力機的性能特點比較

螺旋壓力機的工藝適應性

為了說明螺旋壓力機的工藝適應性，首先將模鍛錘、熱模鍛壓力機和螺旋壓力機三種常用模鍛設備的技術性能進行比較（表2），然后再將這三種設備適合完成的模鍛工序進行比較（表3）。

表2 三種常用模鍛設備的主要性能比較

表3 三種常用模鍛設備適合完成的工序比較

選用螺旋壓力機的基本判斷方法

根據螺旋壓力機適合于多品種、中小批量模鍛件生產的這一前提，進一步提出判斷方法。

⑴由表2和表3的比較不難看出，螺旋壓力機適合于采用鐓粗、壓扁制坯、預鍛和終鍛成形的回轉體和近似回轉體鍛件，以及采用彎曲制坯、預鍛和終鍛長軸類鍛件的開式模鍛生產。

⑵由表2可看出，螺旋壓力機還適合于餅盤類及高度尺寸不大的回轉體鍛件整體凹模無飛邊模鍛，以及軸向尺寸不大的枝丫類鍛件垂直可分凹模的無飛邊模鍛。

⑶由表1可看出，離合器式和電動螺旋壓力機因抗偏載能力好，可用于多模膛模鍛，對于長軸類鍛件，宜采用輥鍛或楔橫軋機制坯，組成半自動或全自動化生產線進行大批量生產。