螺旋压力机的结构特点及选用

文/夏巨谌·华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

螺旋压力机的结构特点及选用

文/夏巨谌·华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室

螺旋压力机在我国锻造行业中应用广泛，据粗略统计，至今有2100余台，其中，摩擦压力机超过1500台，离合器式螺旋压力机60余台，电动螺旋压力机超过500台，还有由马达驱动的螺旋压力机等不同于上述三种形式的螺旋压力机，各种螺旋压力机的数量超过我国全部模锻设备的50%。锻造业中一些技术力量较薄弱和近年新建企业在选用螺旋压力机时经常碰到的三个方面的问题是：其一，在各种螺旋压力机中到底如何选择适合于本企业所需的类型；其二，如何选择螺旋压力机的吨位；其三，能否在螺旋压力机上进行多模膛模锻。针对这三个问题，笔者根据多年从事模锻技术尤其是精密模锻技术及装备的研发应用与所掌握的国内外相关文献资料进行回答，本篇为第一个问题提供参考和帮助。

各种螺旋压力机的基本结构及工作原理

目前使用较多的螺旋压力机主要分为摩擦压力机、液压马达驱动的液压螺旋压力机、离合器式螺旋压力机和电动螺旋压力机四种。下面分别介绍其结构、工作原理及四种螺旋压力机的特点比较。

图1 J53型双盘摩擦压力机结构

⑴摩擦压力机。传统J53型双盘摩擦压力机结构，如图1所示。电机通过皮带轮带动摩擦盘旋转，当右边的摩擦盘同飞轮接触时，飞轮与其连接为一体的螺杆作旋转运动而储存能量，与此同时，飞轮、螺杆及滑块向下作直线运动，在滑块通过锻模锻造前的瞬间，操作系统控制横轴使右摩擦盘与飞轮脱开，左摩擦盘与飞轮接触，在此换向的瞬间，滑块包括螺杆和飞轮组成的运动部件，依靠所储存的能量完成锻造功能，使毛坯成形为锻件。在上、下模打靠且运动部件所储存的能量完全释放的瞬间，左摩擦盘带动飞轮反转进而带动滑块回到初始位置，飞轮同左、右摩擦盘均处于脱开状态，一个工作循环结束。

⑵液压螺旋压力机。我国从德国引进的HSPRZ630型液压螺旋压力机结构，如图2所示。工作原理与摩擦压力机相似，其工作过程为，液压系统驱动液压马达与其同轴紧固为一体的小齿轮旋转，进而驱动飞轮即大齿轮及与其连接为一体的螺杆作螺旋运动，最终带动滑块作上下往复直线运动，实现锻造功能。当大齿轮下端面与小齿轮下端面平齐或接近时，滑块处于上限位置，当两者的上端面平齐或接近时，滑块处于下限位置，相应地完成一个工作循环。它也称为液压马达式液压螺旋压力机。由于液压传动效率高和液压元件标准化程度高，使液压驱动装置结构紧凑合理，故特别适用于大型螺旋压力机。目前，世界上最大的是HSPRZ1180型液压螺旋压力机，其公称压力为140MN，螺杆直径达1.18m。

图2 HSPRZ630型液压螺旋压力机结构

图3 NPS型离合器式螺旋压力机结构

⑶离合器式螺旋压力机。最早由德国辛佩坎公司研制成功的NPS型压力机的结构，如图3所示。离合器式螺旋压力机与传统的螺旋压力机的区别并不在于传动方式上（摩擦、液压、电机直接传动），而在于飞轮的工作方式完全变了。主电机通过三角皮带驱动飞轮，使它单向自由旋转。工作时由液压推动离合器活塞，使与螺杆连成一体的离合器从动盘与飞轮结合，带动螺杆作旋转运动，通过固定连接在滑块上的螺母，使滑块向下运动，并进行锻击。随着锻击力的增加，使飞轮的转速降低到一定数值时，控制离合器系统的脱开机构将起作用，通过控制顶杆顶开液压控制阀使离合器脱开，飞轮继续沿原方向旋转，恢复速度。与此同时，利用固定在机身上的液压回程缸，使滑块向上回程，完成一个工作循环。

国内，北京机电研究所同青岛青锻锻压机械有限公司开发了离合器螺旋压力机系列产品。

⑷电动螺旋压力机。德国惠加顿公司制造的PZS系列重型电动螺旋压力机结构，如图4所示。其工作原理是，电机经小齿轮驱动飞轮部件（大齿轮）及与其紧固为一体的螺杆旋转储能，旋转的螺杆通过与滑块紧固为一体的螺母带动滑块作上下往复运动，实现锻造功能。当电机达到打击能量所要求的转速时，利用飞轮部件所储存的动能作功，使锻件成形。飞轮部件释放能量后，电机立即带动飞轮部件（大齿轮）反转，反转一定转角后，电机进入制动状态，滑块回到初始位置。

国内，青岛益友锻压机械有限公司、青岛青锻锻压机械有限公司、武汉新威奇科技有限公司和淄博桑德机械设备有限公司等开发了与此原理相似，但结构上各具特色的中小型电动螺旋压力机系列产品。

图4 电动螺旋压力机结构

四种螺旋压力机的性能特点比较

为了便于对螺旋压力机进行选用，下面将四种螺旋压力机的结构、螺杆运动方式、能耗、许用压力（P许）与公称压力（Pg）之比、抗偏载能力等性能特点列于表1。

表1 四种螺旋压力机的性能特点比较

螺旋压力机的工艺适应性

为了说明螺旋压力机的工艺适应性，首先将模锻锤、热模锻压力机和螺旋压力机三种常用模锻设备的技术性能进行比较（表2），然后再将这三种设备适合完成的模锻工序进行比较（表3）。

表2 三种常用模锻设备的主要性能比较

表3 三种常用模锻设备适合完成的工序比较

选用螺旋压力机的基本判断方法

根据螺旋压力机适合于多品种、中小批量模锻件生产的这一前提，进一步提出判断方法。

⑴由表2和表3的比较不难看出，螺旋压力机适合于采用镦粗、压扁制坯、预锻和终锻成形的回转体和近似回转体锻件，以及采用弯曲制坯、预锻和终锻长轴类锻件的开式模锻生产。

⑵由表2可看出，螺旋压力机还适合于饼盘类及高度尺寸不大的回转体锻件整体凹模无飞边模锻，以及轴向尺寸不大的枝丫类锻件垂直可分凹模的无飞边模锻。

⑶由表1可看出，离合器式和电动螺旋压力机因抗偏载能力好，可用于多模膛模锻，对于长轴类锻件，宜采用辊锻或楔横轧机制坯，组成半自动或全自动化生产线进行大批量生产。