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螺旋壓力機(jī)依靠螺旋副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的直線運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行工作。按作用力的性質(zhì)，可將其分為兩類：一類是沖擊力；另一類是靜壓力。通常所講的螺旋壓力機(jī)主要是指沖擊力。其工作過程類似于錘，又稱之為螺旋錘。
 表1—12為機(jī)械壓力機(jī)、錘與螺旋壓力機(jī)三種鍛壓設(shè)備的性能比較。從表l-2中可以看出，螺旋壓力機(jī)在成形加工過程中具有獨(dú)特的優(yōu)勢，它兼有鍛錘和機(jī)械壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，而克服了兩者的缺點(diǎn)。其主要特點(diǎn)如下：①由于其行程不固定，可消除機(jī)械壓力機(jī)因機(jī)身變形對工件精度的影響，適應(yīng)性廣，可通過多次打擊獲得所需變形；②由于變形速度相對于鍛錘低，有利于金屬充分再結(jié)晶，特別適合于低塑性合金鋼和有色金屬鍛造；③打擊力可以較準(zhǔn)確地控制；④由于沖擊振動(dòng)小，不但減少了基礎(chǔ)投資，也大大改善了勞動(dòng)條件。采用模具打套的方法，在螺旋壓力機(jī)上可以獲得較高的鍛件精度，比曲柄壓力機(jī)高l一2級。比錘上模鍛高2～3級。
螺旋壓力機(jī)在塑性加工中具有十分重要的地位。根據(jù)中國鍛壓協(xié)會(huì)提供的資料，目前螺旋壓力機(jī)是我國應(yīng)用最為廣泛的模鍛設(shè)備，占全部模鍛設(shè)備的37％，超過蒸空模鍛錘(31．4％)及熱模鍛壓力機(jī)(3．4％)的總和。
1．螺旋壓力機(jī)的發(fā)展簡史
螺旋壓力機(jī)是最古老的成形設(shè)備之一，具有十分悠久的發(fā)展歷史。很久以前，歐洲就有木制螺旋壓力機(jī)，用來壓制葡萄汁和橄欖油。15世紀(jì)德國人Joharm Gensleisch(1400～1468)在木制螺旋壓力機(jī)的基礎(chǔ)上，制成了螺旋印刷機(jī)，它可以說是螺旋壓力機(jī)和其他機(jī)械壓力機(jī)的老祖宗。在歐洲語言中，壓力和印刷(Press)這兩個(gè)詞的詞根相同。16世紀(jì)初，意大利人采用螺旋壓力機(jī)壓制金屬藝術(shù)品和硬幣。18世紀(jì)以前，由人力驅(qū)動(dòng)的螺旋壓力機(jī)，到19世紀(jì)中葉，出現(xiàn)了由蒸汽驅(qū)動(dòng)的機(jī)械壓力機(jī)。
最早用于現(xiàn)代工業(yè)化大生產(chǎn)的螺旋壓力機(jī)，靠摩擦盤傳遞動(dòng)力，簡稱摩擦壓力機(jī)。它在19世紀(jì)初開始使用。1877年德國公布了摩擦壓力機(jī)的首個(gè)專利。由于結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，摩擦壓力機(jī)至今仍在廣泛應(yīng)用。其最大的缺點(diǎn)是摩擦傳動(dòng)效率低，約為50％～55％，其總效率僅為20％～25％。近百年來，人們一直尋求改進(jìn)的方法，主要目標(biāo)是：①提高傳動(dòng)效率，降低能耗；②加大設(shè)備噸位，提高工作能力；③提高打擊能量的控制精度和操作的自動(dòng)化程度。
20世紀(jì)是螺旋壓力機(jī)大發(fā)展的時(shí)期。20世紀(jì)20年代，人們開始研制液壓螺旋壓力機(jī)，40年代末期投人工業(yè)應(yīng)用。20世紀(jì)30年代，前蘇聯(lián)開始電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的研制，20世紀(jì)50年代末期，德國開始生產(chǎn)螺旋壓力機(jī)，到70年代末，德國辛佩坎公司研制成功離合器式螺旋壓力機(jī)。20世紀(jì)末期，日本Enomoto公司開發(fā)研制成功伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)螺旋壓力機(jī)。
進(jìn)入2l世紀(jì)，螺旋壓力機(jī)仍在蓬勃發(fā)展，已經(jīng)形成品種多樣、規(guī)格齊全、自動(dòng)化程度高的特色，為人類文明的發(fā)展繼續(xù)作出貢獻(xiàn)。
2．幾種典型的螺旋壓力機(jī)
(1)摩擦壓力機(jī) 摩擦壓力機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)最早出現(xiàn)的螺旋壓力機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，迄今已有近200年的歷史，仍在廣泛使用。除了 用在鍛壓行業(yè)外，亦用于建材行業(yè)。
摩擦壓力機(jī)的主要問題是電動(dòng)機(jī)需帶動(dòng)摩擦盤始終高速旋轉(zhuǎn)，而飛輪在一個(gè)循環(huán)中還需改變旋轉(zhuǎn)方向，在換向時(shí)飛輪和摩擦盤產(chǎn)生嚴(yán)重打滑。這不但低了傳動(dòng)效率，也加劇了摩擦帶的磨損。為解決這一問題，20世紀(jì)就有人進(jìn)行了改進(jìn)，先后開發(fā)了三盤式和雙電動(dòng)機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的摩擦壓力機(jī)。由于摩擦盤工作和回程具有不同的速度特性，摩擦盤和飛輪間的相對滑動(dòng)速度得以降低，設(shè)備性能得到一定改善。但是由于增加了結(jié)構(gòu)和操作的復(fù)雜性，從而增加了制造和維修費(fèi)用，未能得到廣泛應(yīng)用。
壓力機(jī)效率低，打擊力控制不精確，不適合于大噸位。但由于造價(jià)方面的優(yōu)勢，中小噸位尤其小噸位螺旋壓力機(jī)，目前仍以摩擦壓力機(jī)為主。我國最大噸位的摩擦壓力機(jī)是青島鍛壓機(jī)械公司在2004年研制的31500kN摩擦壓力機(jī)。
目前，這類螺旋壓力機(jī)的發(fā)展主要方向有：①提高控制水平，一些先進(jìn)的摩擦壓力機(jī)甚至裝有碼盤檢測飛輪速度；②提高自動(dòng)化程度，清華大學(xué)研制了摩擦壓力機(jī)的工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)打擊能量選擇、工作尺寸控制、抽真空、上下料機(jī)械手等多項(xiàng)自動(dòng)化工作。該系統(tǒng)用于壓磚生產(chǎn)線。
(2)液壓螺旋壓力機(jī) 與摩擦傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)有更高的效率。液壓泵的總效率在70％～80％，而柱塞泵則可達(dá)到90％以上，還可利用蓄能器儲(chǔ)存減速制動(dòng)時(shí)的能量。在20世紀(jì)20年代，開始研制液壓螺旋壓力機(jī)，以求發(fā)展更大噸位的設(shè)備。1948年美
國Bliss公司研制成功6300kN樣機(jī)。1972年德國Hc]ever公司制造了當(dāng)時(shí)世界最大的63000kN壓力機(jī)，設(shè)計(jì)噸位則達(dá)到250000KN。
液壓螺旋壓力機(jī)按驅(qū)動(dòng)方式分為兩種——液壓缸驅(qū)動(dòng)(推缸式)和液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)(副螺桿式)。液壓螺旋壓力機(jī)的效率大大提高，其加速傳動(dòng)效率在60％～70％，并且系統(tǒng)工作壽命大大提高；但與摩擦壓力機(jī)相比，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修成本也更高些。
(3)電動(dòng)螺旋壓力機(jī) 直接用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子來代替飛輪，或通過齒輪或傳動(dòng)帶帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，去除了低效率的摩擦傳動(dòng)，具有最短的傳動(dòng)鏈和較高的效率。前蘇聯(lián)學(xué)者基于這一想法，在1933年研制了電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的2000kN螺旋壓力機(jī)試驗(yàn)機(jī)，但由于電動(dòng)機(jī)長期處于正．反轉(zhuǎn)和起動(dòng)一停止工作狀態(tài)，發(fā)熱十分嚴(yán)重、溫度達(dá)120。C。鑒于當(dāng)時(shí)電動(dòng)機(jī)及控制技術(shù)水平的限制，這一問題無法得到解決，研制工作以失敗而中止。直到1966年，法國weinganen公司作了若干改進(jìn)，才開始批量生產(chǎn)800～23000kN的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)。
初期的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)并沒有達(dá)到人們所預(yù)期的效果，原因有兩個(gè)：一是電動(dòng)機(jī)頻繁起停，電能損失超過50％，電動(dòng)機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重；二是起動(dòng)電流過大(是穩(wěn)定負(fù)荷下的3～5倍)，對電網(wǎng)造成巨大沖擊。盡管將單臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)改成多臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，情況可以得到一些改善，但仍不能從根本上解決問題。
20世紀(jì)70年代以后，由于電力電子技術(shù)、電動(dòng)機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得到了飛速發(fā)展，為解決電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的問題帶來了契機(jī)。德國Lasco公司最先在世界上將變頻器技術(shù)用于電動(dòng)螺旋壓力機(jī)。weingarten所生產(chǎn)的電動(dòng)螺旋壓力饑也采用了變頻技術(shù)。它們的主要特點(diǎn)是：
1)采用變頻器使電動(dòng)機(jī)始終處于最佳工作狀態(tài)(轉(zhuǎn)差率為5％～7％)，不但電流大大減小，而且發(fā)熱得到大幅度降低。
2)濾波器使起動(dòng)電流對電網(wǎng)的沖擊進(jìn)一步減小。
3)采用電磁制動(dòng)、電能回饋，進(jìn)一步減少了電能損失。
采用變頻技術(shù)，電動(dòng)機(jī)效率提高了3倍，不僅大大提高了整個(gè)設(shè)備的控制水平及打擊能量，其他參數(shù)也可得到更加精確的控制。這就為螺旋壓力機(jī)向更加大型化、節(jié)能化發(fā)展鋪平了道路。
離合器式螺旋壓力機(jī)是對摩擦壓力機(jī)的一種極為成功的改進(jìn)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：①效率高，比摩擦壓力機(jī)節(jié)能30％～40％；②打擊能量大，是摩擦壓力機(jī)的3倍，所以又稱高能螺旋壓力機(jī)；③生產(chǎn)率高，循環(huán)時(shí)間僅為摩擦壓力機(jī)的70％；④可在大的行程范圍獲得最大打擊力和最大成形速度；⑤悶?zāi)r(shí)間短，模具壽命長；⑥電流沖擊小，僅為普通摩擦壓力機(jī)的1／3左右。
目前，該類壓力機(jī)國內(nèi)已有北京機(jī)電研究所、青島鍛壓機(jī)械公司等多家廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)噸位已達(dá)63000kN。
離合器的控制是這種壓力機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。國內(nèi)不少大學(xué)和研究部門對這種離合器的工作原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究。山東大學(xué)開發(fā)了一種新型快卸壓高能螺旋壓力機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、卸壓快、傳動(dòng)效率高的特點(diǎn)。
 3．螺旋壓力機(jī)的新進(jìn)展
(1)交流伺服驅(qū)動(dòng)電動(dòng)螺旋壓力機(jī) 近20多年來，交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)步入了工業(yè)應(yīng)用階段，與直流伺服驅(qū)動(dòng)相比，表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。20世紀(jì)末，發(fā)達(dá)工業(yè)國家開始將這一技術(shù)應(yīng)用于成形設(shè)備。日本ENOMOTO公司在不久前聲稱他們在世界上首次開發(fā)成功交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺旋壓力機(jī)(圖1．3)。它有兩種傳動(dòng)方式：一種是將扁平型伺服電動(dòng)機(jī)直接安裝在螺桿上(ISOI-)S型)；另一種則是通過傳動(dòng)帶帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)(SOOZI．s型)。由于采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，使螺旋壓力機(jī)具有更加優(yōu)越的工作性能：①節(jié)能可達(dá)50％；②可獲得更高的控制和鍛造精度；③適應(yīng)性廣，一種設(shè)備可完成從小到大的多種鍛件的壓制，更適應(yīng)小批量多品種的柔性化生產(chǎn)。該產(chǎn)品目前的最大噸位為16000kN，安裝有兩臺(tái)100kW的伺服電動(dòng)機(jī)。
 (2)楔型電動(dòng)螺旋壓力機(jī)為了提高螺旋壓力機(jī)的抗偏載能力，德國Lasco公司開發(fā)了世界首臺(tái)SKP型楔式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)(圖1．4)。該機(jī)采用螺旋帶動(dòng)楔塊，楔塊推動(dòng)滑塊上下運(yùn)動(dòng)工作。這種傳動(dòng)形式除抗偏載能力強(qiáng)外，由于楔形機(jī)構(gòu)的增力作用，電動(dòng)機(jī)容量亦可相應(yīng)減小。
(3)多擊式電動(dòng)螺旋壓力機(jī) 山東大學(xué)根據(jù)壓磚工藝要求，開發(fā)了在一次行程中，具有輕重兩次打擊的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)。該機(jī)采用高轉(zhuǎn)矩可逆電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，螺母與滑塊的連接采用特殊結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)先輕后重兩次打擊。 總之，摩擦壓力機(jī)雖然能耗高、控制精度低，但具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，在我國應(yīng)用十分廣泛，仍具有很大的市場。但從節(jié)能考慮，其發(fā)展應(yīng)得到一定控制，尤其應(yīng)當(dāng)限制大噸位的摩擦壓力機(jī)的發(fā)展。
離合器式螺旋壓力機(jī)具有效率高、打擊能量大、控制精度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前螺旋壓力機(jī)，尤其是大噸位螺旋壓力的發(fā)展方向。
由于電力電子、電機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛躍發(fā)展。為電動(dòng)螺旋壓力機(jī)注入了新的活力。它不但可以使控制更加精確，而且可將離合器、制動(dòng)器等耗能部件去除，進(jìn)一步減少能耗，具有很大的發(fā)展前途，應(yīng)予以足夠地重視。
進(jìn)一步提高螺旋壓力機(jī)的自動(dòng)化程度，使打擊力、速度、位置等參數(shù)的控制更加精確、方便，將是螺旋壓力機(jī)今后繼續(xù)發(fā)展的方向。
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