400MN电动螺旋压力机

文/韩林源，黄宝丽，董志坤·青岛益友锻压机械有限公司

400MN电动螺旋压力机

文/韩林源，黄宝丽，董志坤·青岛益友锻压机械有限公司

韩林源，副总经理、总工程师，主持开发了中国第一台离合器式电动螺旋压力机。

锻压机床是工业基础装备的重要组成部分之一，在航空航天、汽车制造、交通运输、冶金化工等重要工业领域得到广泛应用。在工业发达国家，锻压机床的技术水平和拥有量，已经成为其工业发达程度的重要标志。

我国锻压机床虽然经过了半个多世纪的发展，通过国家经济建设规划的实施，已经从只能生产单机（如各种普通和专用的压力机、液压机、锤）发展到能够生产装备机械化、半自动化和自动化锻压生产线，大、重型锻压机和具有各种特殊功能的先进特种锻压机床。

在国民经济中冶金、电力、航空航天、运输等都需要相当数量的大型锻件，而目前我国生产这类锻件的大型锻压机还需要进口，为了实现大型压机的国产化，降低锻造厂的设备投入成本，专注生产研发螺旋压力机和热模锻压力机的青岛益友锻压机械有限公司（简称青岛益友）在积累大量电动螺旋压力机设计和实践经验的基础上，应客户要求成功研发了4万吨电动螺旋压力机。

工艺设计

4万吨电动螺旋压力机（图1）的生产工艺结合了锻锤、液压机和离合器式螺旋压力机三者的优点，是锻造电站长叶片类锻件，飞机上航空发动机等高性能特种钢、钛金属和镍基高温合金类锻件的理想之选。与传统的螺旋压力机或锻锤相比，4万吨电动螺旋压力机具有以下优点：

图1 4万吨电动螺旋压力机模拟图

⑴采用新型离合器，不仅使压力机成形能量显著增加，还可以减少40%左右的能源消耗，是名副其实的高效装备。

⑵这台压力机的冲击速度在0.25～0.55m/s之间可调，锻造行程可控，打击能量可变。

⑶可生产冶金质量更优、组织性能更均匀、尺寸更精确的大型整体锻件。

⑷能够灵活地满足核电、燃机、航空、航天、军工领域不断发展的需求，并满足客户的特殊需求。

⑸起动电流小，能量储备大。

设备特点

采用液压推力轴承，可有效解决打击过程产生的轴向冲击力，采用双重润滑配置，并且全效、多点流量控制，确保该传动采用离合器式结构，可有效消减传动部分的惯量逆补，保证了电机的使用寿命。

该离合器式电动螺旋压力机包括机架，安装在机架上方的驱动电机，由驱动电机带动的离合飞轮，安装在离合飞轮上的离合器，离合器接合后带动其旋转的摩擦盘，与摩擦盘固定在一起、由电机驱动的电动飞轮，固定在电动飞轮上的螺杆，安装在螺杆下部、带有内螺纹的滑块。离合器式电动螺旋压力机，打击能量大，工艺适应范围广，可靠性和安全性强，使用寿命长，电机总功率低，可广泛用于压力加工成形工艺生产过程中。该设备在锻件生产方面突出的特点为：

⑴根据工件所需的变形速度任意选择打击速度。

⑵有效地解决了离合器式螺旋压力机螺旋副单面往复受力的工作状态（即打击和回程时螺杆齿牙下面和螺母齿牙上面一直接触无法润滑冷却），同时解决了电动螺旋压力机变形能小的问题。

⑶工艺适用性极强，该机既能用于热锻又能用于精锻、精整及钛合金叶片的精密锻造，传动链短，运行安全，操作便捷，打击力和能量可准确设置、准确显示。

⑷可根据成形精度调节能量及打击力，以减少模具的机械应力和热接触时间，达到提高模具使用寿命的目的。

主体结构

电动螺旋压力机机架可以分为分体式结构，由上横梁、左右立柱、底座组成，通过四根拉杆预紧在一起，形成一个闭式的受力框架。主电机通过一个框架被固定在压机的机架上，飞轮平放在压机的顶部，外缘有齿形，与电机轴上的小齿轮相啮合；飞轮通过花键与螺杆的上部相连，螺杆的下部通过螺纹与固定在滑块内部的铜螺母相啮合，螺杆只作旋转运动。当开关磁阻电动机正反向旋转时，滑块通过螺旋副把旋转运动变为滑块的直线运动，进行打击和提升。当滑块需要停止时，通过飞轮上部的闸瓦式弹簧制动器进行制动（进气打开、断气制动），如图2所示。

图2 4万吨电动螺旋压力机示意图

电机控制系统采用国际先进的开关磁阻电动机调速系统，其基本结构如图3所示，该调速系统具有以下优点：

⑴高起动转矩，低起动电流。当起动扭矩为额定扭矩的1.5倍时，起动电流只达到额定电流的30%，具有软起动特性，无过冲起动电流。

图3 开关磁阻电动机示意图

⑵电机可以频繁的正反起停、切换。

⑶功率因数高。在任何状态下功率因数均大于98%。

⑷系统效率高。系统整体效率比变频器调速效率高出3%～10%。

⑸电机调速范围广。可以实现压机的打击能量在5%～120%的范围内可任意调节，而且精度高。

⑹可以实现数字化控制。

⑺电机过载能力强。

⑻缺相可欠功率运行，不会损坏电机及控制器。

⑼电机转子为硅钢片叠加，结构简单，可靠性高。

该系列压力机的主要优点：

⑴电机运行功率因数高、机械传动链简单等特点决定该机节能效果好。

⑵压机打击力稳定可靠。

⑶圆柱型双导轨结构，抗偏载能力强，适合多工位锻造，提高锻件的生产效率。

⑷触模时间短，提高模具使用寿命，是安全和环保型设备。

适用范围

近几年随着我国经济尤其是航空工业的发展，我国现有的压力机规模早已不能满足现代航空工业的发展需求，大型锻件主要通过自由锻造铸坯的方式生产，甚至不得不依赖进口，制约了我国国防、航空航天及其他领域重型设备的开发与研制。

目前，青岛益友研发的400MN离合器式电动螺旋压力机是世界上最大的螺旋压力机，该电动螺旋压力机能够在与工件短暂接触过程中以巨大的打击力成形金属产品，最大打击力可达到42000t。该压机适用于能源动力，可锻造百万等级超临界汽轮机、百万级核电站机组的大型叶片、电站大型涡轮叶片，在燃汽轮机领域可锻造压气机盘、整体盘和涡轮盘、机匣、鼓筒、轴盘类、压气机叶片及导向叶片、变形合金涡轮叶片等，航空航天及船舶动力部分，如大型高精曲轴、连杆，工程机械及军事工程，如大型盘类引导轮、主动轮、矿山机械大型刮板及主从动链轮，主要产品如图4、5、6所示。

图4 高压压气机盘锻件

图5 TC17合金整体叶盘

图6 钛合金风扇叶片和汽轮机叶片

结束语

进入21世纪以来，中国锻压机床行业经过多种方式（技术引进、合作生产、合资）运作，与国外先进企业合作打造品牌产品，快速提升了我国锻压机床的整体水平，近年设计制造的许多产品，其技术性能指标已经接近或达到世界先进水平，在柔性生产和智能化方面取得了长足进步。但国外知名企业在技术创新、产品开发和名牌效应方面的进步更快，因此，青岛益友期望并努力追赶国外先进技术，尽快生产出400MN电动螺旋压力机，以提高中国锻压装备水平，为中国锻造企业的发展提供有力的保证，使得中国的锻件产品具有更高更强的竞争力。同时，期望中国锻压设备制造企业共同努力，打造出更多、更好具有中国自主品牌的锻压设备，提高中国锻压设备在国际市场的竞争力。