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(jié)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(yè)中應用廣泛，據(jù)粗略統(tǒng)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(qū)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(shù)量超過我國全部模鍛設備的50%。鍛造業(yè)中一些技術力量較薄弱和近年新建企業(yè)在選用螺旋壓力機時經(jīng)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(yè)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(jù)多年從事模鍛技術尤其是精密模鍛技術及裝備的研發(fā)應用與所掌握的國內(nèi)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(jié)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(qū)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(jié)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(jié)構

⑴摩擦壓力機。傳統(tǒng)J53型雙盤摩擦壓力機結(jié)構，如圖1所示。電機通過皮帶輪帶動摩擦盤旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(tǒng)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(zhuǎn)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(tài)，一個工作循環(huán)結(jié)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(jié)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(tǒng)驅(qū)動液壓馬達與其同軸緊固為一體的小齒輪旋轉(zhuǎn)，進而驅(qū)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(xiàn)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(huán)。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(qū)動裝置結(jié)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(jié)構

圖3 NPS型離合器式螺旋壓力機結(jié)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(jié)構，如圖3所示。離合器式螺旋壓力機與傳統(tǒng)的螺旋壓力機的區(qū)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(qū)動飛輪，使它單向自由旋轉(zhuǎn)。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(jié)合，帶動螺桿作旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速降低到一定數(shù)值時，控制離合器系統(tǒng)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(xù)沿原方向旋轉(zhuǎn)，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(huán)。

國內(nèi)，北京機電研究所同青島青鍛鍛壓機械有限公司開發(fā)了離合器螺旋壓力機系列產(chǎn)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(jié)構，如圖4所示。其工作原理是，電機經(jīng)小齒輪驅(qū)動飛輪部件（大齒輪）及與其緊固為一體的螺桿旋轉(zhuǎn)儲能，旋轉(zhuǎn)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(xiàn)鍛造功能。當電機達到打擊能量所要求的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)一定轉(zhuǎn)角后，電機進入制動狀態(tài)，滑塊回到初始位置。

國內(nèi)，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(fā)了與此原理相似，但結(jié)構上各具特色的中小型電動螺旋壓力機系列產(chǎn)品。

圖4 電動螺旋壓力機結(jié)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(jié)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(jù)螺旋壓力機適合于多品種、中小批量模鍛件生產(chǎn)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(zhuǎn)體和近似回轉(zhuǎn)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(chǎn)。

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(zhuǎn)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(chǎn)線進行大批量生產(chǎn)。