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螺旋压力机的发展与创新

2020-09-05
 螺旋压力机是一种能将飞轮旋转能量转化为模具上下运动做功的机器,它的结构起源是古老的印刷机。由于旋转能量能够带来极大的能量,但飞轮旋转能量又必须通过螺旋装置(螺杆螺母)才能把力传到模具上,受作用力与反作用力的影响,使得机身、螺杆、螺母等一些对力敏感部件也受到封闭力影响,因此螺旋压力机特别适合大能量成形,但作用力受限的机器。
螺旋压力机模锻有如下优点:
1、打击时噪音比较小。电动螺旋压力机一般打击速度都是0.7米/秒,且一般用于大变形一次成形场合,锻造时不会产生瞬间的冲击力,因此噪音很小,是一种环保类产品。
2、打击速度适中,便于塑性较差的金属成形,因此特别适合铝合金等材料的锻造。
3、锻造范围广,适用于模锻、镦锻、精压、校正、切边、弯曲等成形工序。由于滑块行程不固定,并设有顶料装置,适用于无飞边模锻及长杆类锻件的镦锻,也可用于挤压和切边工序。
4、安全性高。由于速度适中,操作方便,因此工人操作安全性较高。
5、极易实现自动化生产线。由于电动螺旋压力机锻造过程中,不易出现跳模等异常情况,工艺过程比较稳定,因此易于实现自动化。
螺旋压力机的缺点如下:
1、相比锻锤,能量大,锻造力小,不适合形状复杂及薄壁类锻件,打击时,机身受封闭力,一旦超负荷极易出现机身开裂问题。选择螺旋压力机的吨位须适应特性。
 
设备型号 打击能量 公称打击力 打击频次
630吨电动螺旋压力机 80KJ 6300KN 20/分钟
25KJ数控模锻锤 25KJ 10000KN 60/分钟
80KJ数控模锻锤 80KJ 31500KN 60/分钟

2、螺旋压力机承受偏心载荷的能力较差,通常用于单型槽模锻,制坯一般在其它辅助设备上进行。当锻件复杂工序多时,生产线上设备配置多,整条线投资大。
螺旋压力机在发展阶段中,出现了摩擦压力机、液压螺旋压力机、离合器式螺旋压力机、电动螺旋压力机四种主要传动形式,现比较如下:
1、摩擦压力机
     摩擦压力机是老式的螺旋压力机,结构简单、价格低廉是其主要特点。但是存在以下问题:
(1) 传动效率低,能量利用率只有10%左右。能耗高,在能源日益紧张的情况下,摩擦压力机的应用将受到制约。
(2) 摩擦带易磨损,需经常更换。
(3) 打击能量不易精准控制。
(4)摩擦带磨损粉末中重金属含量高,人体吸入危害极大。
2、液压螺旋压力机
    液压螺旋压力机是利用液压传动驱动飞轮旋转实现滑块上下运动的一种螺旋压力机。液压螺旋压力机性能优于摩擦压力机,但是存在以下问题:
(1) 液压系统复杂,管道敷设工作量大,液压泄漏对环境有污染。
(2) 维修技术水平要求高,一般锻造工厂维修困难。
(3) 价格远高于摩擦压力机。
3、离合器式螺旋压力机
    上世纪70 年代末推出,又称高能螺旋压力机。其特点是螺杆快速驱动滑块,滑块在小行程能输出额定能量值和达到锻击力,锻造频次高,我国锻造企业引入德国的螺旋压力机大多为此类型产品。但是存在以下问题:
(1) 机器结构十分复杂,既有机械离合器传动,又有用于滑块回程的液压传动。
(2) 常用的滑块回程方式是采用液压缸推动滑块,同时使螺杆作反向运动。在锻击和回程时,主螺杆和螺母的螺牙为同一受力面,润滑液不易补充,导致螺母螺牙容易损为解决这一问题,德国一家公司采用低速大扭矩液压马达,通过螺杆带动滑块回程,这样一来使原本十分复杂的机器变得更为复杂。
4、电动螺旋压力机
    电动螺旋压力机采用电机直接驱动飞轮,主机结构比摩擦压力机还要简单,由于近年电力电子技术取得很大进展,带动电动螺旋压力机得到很大发展,在国内外得到广泛应用。
   该类产品分为两大类:
   一类是电机的转子与螺杆连为一体的电机直接传动形式,这一方案的特点是传动环节少,但须设计低速、大扭矩专用电机,螺杆导套磨损后会影响电机的气隙,电机受震动影响易出现故障维修困难,因此国外也主要集中在中小规格上,国内这几年也在研究推广此技术,主要在小规格上,大部分锻造用户处在观望状态。
   二类是电机经齿轮或皮带带动飞轮螺杆的电机机械传动形式。由于此类产品采用的电机一般为高速,低扭矩型,因此需要通过减速装置降速提高扭矩。该类型由于采用的电机及相应的控制系统类型不同,造成了两种结构:
a、采用开关磁阻电机+控制系统:
    开关磁阻电机系双凸极可变磁阻电动机,其定、转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组。
优点是起动电流小,转子惯量小、不发热。
缺点是电机定转子均开有少数的齿槽,电机转动时齿槽效应较大,电机震动较大、噪声大;低速转矩脉动大;电机功率密度低,低于传统的异步电机,更低于永磁电机。另外很难做到伺服级,影响其应用到高精度的场合。
b、采用交流异步电机+变频器控制系统:
 交流异步变频电机是目前在国内大量使用的鼠笼式感应异步电动机的改进型。为了适应螺旋压力机的工况,在基座强度、防护等级、通风散热等方面做了改进,其定子、转子结构特性实质上与三相鼠笼感应异步电动机一样,定子上装有对称三相绕组,而在圆柱体的转子采用铸铝结构,依靠电磁感应作用产生电磁转矩。
优点是感应异步电动机在国内大量使用,维修方便。
缺点是起动电流较大、转子惯量大,并有电流通过。在频繁正反转的情况下易发热。安锻智能在深入研究各种传动形式的具体特点后,开发设计的小齿轮由高分子材料制造,强度高且重量轻,惯量不到同样尺寸钢齿轮的1/5,这样可以保证电机轴在频繁的正反转冲击中受损小,寿命长。
    安锻智能公司开发的电动螺旋压力机集众家所长,延续了电动螺旋压力机的优势,通过创新改造避开了旧结构的缺点,现叙述如下:
一、改进机身结构,提高机身抗过载能力,扩大电动螺旋压力机使用范围,提升压力机的可靠性。



 电动螺旋压力机输出的能量一部分用于锻件成形,一部分转化为机身弹性能量,当飞轮提供的有效能量远大于锻件实际需要的变形能时,这部分能量将大部分转化为机身弹性载荷,一旦弹性载荷超过允许值会大大缩短机身的寿命,严重的情况还会造成机身断裂。安锻智能开发的系列电动螺旋压力机全部对机身进行了优化设计,机身内部尤其在导轨受力处,增加了通常的加长筋板,1000吨(含1000吨)以上的压力机又增设了预应力拉杠,见上图。通过设计,多余的能量让拉杠来承受,大大提高了机身和整机的可靠性。
二、采用多种方式提高抗偏载能力
     安锻智能电动螺旋压力机吸收行业的长期积累经验,采用长滑块、长导轨的导向形式,导向精度高,抗偏载能力得以较大提高。除滑块长度对偏载有影响外,螺杆直径对偏载影响也很大,行业内的经验是偏载不能超过螺杆的投影面积。日本榎本机工株式会社开发的双螺杆宽台面电动螺旋压力机,实现多模腔锻造。安锻智能可根据用户需求,特殊设计大螺杆机型,满足多模腔用户的需求。
三、根据客户需求,定制各种锻件自动化生产线
    安锻智能根据按照客户锻件要求,为客户设计交钥匙的自动化生产线。