副螺桿液壓螺旋壓力機(jī)

副螺桿液壓螺旋壓力機(jī)其傳動原理為德國哈森公司發(fā)明，該公司曾研制成功鍛擊力為125MN 的HSPRZ 型液壓螺旋壓力機(jī)。由于副螺桿與銅制副螺母間有一定的摩擦損失影響整機(jī)傳動效率，該公司就轉(zhuǎn)而發(fā)展HSPRZ 系列液壓馬達(dá)式螺旋壓力機(jī)。

由于我國液壓馬達(dá)式螺旋壓力機(jī)性能較差，而油缸和副螺旋副制造容易，1974～1978 年，華中理工大學(xué)黃樹槐教授及其研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合我國國情，用減摩工程塑料作副螺母，使這種傳動方案獲得了可行性。

該項(xiàng)成果于1978 年獲全國科技大會獎(jiǎng)，其中，布質(zhì)酚醛樹脂層壓材料制造的副螺母與國內(nèi)首次研發(fā)的集成閥構(gòu)成的副螺桿液壓驅(qū)動系統(tǒng)，于1983 年獲國家技術(shù)發(fā)明三等獎(jiǎng)。經(jīng)數(shù)家葉片與齒輪精鍛企業(yè)的應(yīng)用，能較好地精鍛生產(chǎn)，但也顯露出滑塊回程速度緩慢，行程次數(shù)不易提高，因而生產(chǎn)效率也難以提高。其原因是活塞下面的環(huán)形面積小，導(dǎo)致回程力小所致，而且較難解決。

中小型齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)及手動生產(chǎn)線

1980～2006 年，黃樹槐教授及其研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)的研發(fā)及不斷完善，成功開發(fā)出J58K型160～1600t 系列產(chǎn)品。J58K 型齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。其傳動過程及工作原理是，電機(jī)通過小齒輪帶動飛輪及與飛輪固定在一起的螺桿作正反旋傳，螺桿帶動滑塊上下往復(fù)運(yùn)動，向下運(yùn)動時(shí)完成鍛造功能，向上運(yùn)動時(shí)使滑塊回到初始位置。

圖1 J58K 齒輪傳動電動螺旋壓力機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

這種電動螺旋壓力機(jī)同傳統(tǒng)摩擦壓力機(jī)比較，其性能有如下特點(diǎn)：

⑴小型齒輪采用布質(zhì)酚醛樹脂制造，與鋼質(zhì)大齒輪（飛輪）間的接觸摩擦系數(shù)僅為兩種鋼質(zhì)齒輪的1/6，又因小齒輪材質(zhì)輕轉(zhuǎn)動慣量小，加上傳動鏈短，傳動效率大為提高，還因工作時(shí)才運(yùn)轉(zhuǎn)，綜合節(jié)省電能30%以上，且隨著壓力機(jī)噸位的增大而增加。

⑵齒輪傳動為剛性傳動系統(tǒng)，傳動速比穩(wěn)定，因此，滑塊行程與鍛擊力能可精確控制，有利于提高模具使用壽命。

⑶其力能特性介乎于熱模鍛壓力機(jī)的靜載和模鍛錘的動載之間，而又接近于動載特性，加上采用長滑塊與導(dǎo)軌裝置，抗偏載能力強(qiáng)，工藝適用范圍寬，尤其適合于溫、熱精鍛工藝。

⑷可與加熱、制坯及切邊沖孔等輔助設(shè)備通過機(jī)器人或?qū)Ｓ脵C(jī)械手建立半自動化或自動化生產(chǎn)線，可有效提高工藝的穩(wěn)定性和鍛件質(zhì)量的一致性。

⑸結(jié)構(gòu)簡單、使用、維護(hù)簡單方便。其手動生產(chǎn)線就是坯料由中頻感應(yīng)加熱→制坯→預(yù)鍛→終鍛→切邊、沖孔→校正，全流程均手工操作。

⑹J58K 型齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)及手工操作生產(chǎn)線在湖北、浙江、江蘇、上海、廣東、山東、重慶、四川、河南及吉林等省市的汽車、拖拉機(jī)、工程機(jī)械、礦山機(jī)械及電力金具等的零部件制造企業(yè)推廣應(yīng)用，所生產(chǎn)的鍛件品種超過100余種。粗略統(tǒng)計(jì)，全國鍛造行業(yè)應(yīng)用的各種螺旋壓力機(jī)約為1500臺，該型壓力機(jī)約占50%，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

大中齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)與自動化生產(chǎn)線

2007～2016 年，我公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)在繼承黃樹槐教授開創(chuàng)的，齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)研發(fā)及推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)上，研發(fā)2500t 和4000t大型齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)，這期間共研制J58K-2500型20余臺，J58K-4000 型5 臺。湖北三環(huán)鍛造有限公司采用首臺J58K-2500 型電動螺旋壓力機(jī)(圖2)，通過“壓扁、預(yù)鍛、終鍛”小飛邊精鍛工藝生產(chǎn)軌鏈節(jié)精密鍛件(圖3)，鍛件材料利用率提高到90%以上，節(jié)能顯著。徐州徐工鐵路裝備有限公司等單位采用J58K-1600和J58K-2500型電動螺旋壓力機(jī)連線生產(chǎn)了支重輪、大型圓柱體、軸承套圈、挖機(jī)支承座等大中型鍛件，其中大型圓柱體環(huán)形齒輪坯，節(jié)材節(jié)能效果好。湖北三環(huán)鍛造有限公司采用首臺J58K-4000 型電動螺旋壓力機(jī)(圖4)通過立式小飛邊精鍛工藝生產(chǎn)盤式轉(zhuǎn)向節(jié)精密鍛件(圖5)，同熱模鍛壓力機(jī)上采用水平開式模鍛比較，材料利用率由72%～73%提高到86%～88%。

圖2 J58K-2500 型電動螺旋壓力機(jī)

圖3 鏈軌節(jié)精密鍛件

圖4 J58K-4000 型電動螺旋壓力機(jī)

圖5 盤式轉(zhuǎn)向節(jié)精密鍛件

同時(shí)，根據(jù)國外自動化鍛造技術(shù)迅速發(fā)展的態(tài)勢及國內(nèi)的市場需求，及時(shí)開發(fā)了自動化鍛造生產(chǎn)技術(shù)。首先，根據(jù)用戶計(jì)劃生產(chǎn)的鍛件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定出精鍛工藝方案，以此為基礎(chǔ)著重研究了所需主機(jī)噸位及加熱、制坯、切邊沖孔、校正設(shè)備與機(jī)器人的合理配置；基于精鍛工藝流程的設(shè)備與機(jī)器人的優(yōu)化布局；基于生產(chǎn)節(jié)拍要求的生產(chǎn)線上所有設(shè)備與機(jī)器人動作的時(shí)序規(guī)劃制訂；自動化生產(chǎn)控制系統(tǒng)軟件開發(fā)等。

近10 年來，以這些關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)、公司為汽車零配件等制造行業(yè)建立了以齒輪傳動式電動螺旋壓力機(jī)為主機(jī)，采用機(jī)器人操作的自動化精鍛生產(chǎn)線70 余條。其中，為馬勒三環(huán)氣門驅(qū)動(湖北)有限公司建立氣門精鍛生產(chǎn)線27 條，該公司為國際知名的德國馬勒氣門驅(qū)動公司控股的合資公司，合資之初，馬勒公司原打算采用德國Lasco 公司生產(chǎn)的數(shù)控電動螺旋壓力機(jī)、德國的機(jī)器人和氣門精鍛工藝及模具，經(jīng)過近一年的考察，發(fā)現(xiàn)J58K 型電動螺旋壓力機(jī)與Lasco 電動螺旋壓力機(jī)性能相當(dāng)，而價(jià)格僅為Lasco 的1/3，華中科技大學(xué)研發(fā)的氣門閉式精鍛工藝及鋼結(jié)硬質(zhì)合金模芯與階梯式預(yù)應(yīng)力組合凹模技術(shù)先進(jìn)，因此，這些設(shè)備和技術(shù)均采用中方的設(shè)備和技術(shù)。目前，年產(chǎn)高端氣門8000 萬支以上，成為亞洲第一大氣門企業(yè)，同傳統(tǒng)設(shè)備和工藝比較：材料利用率提高12%以上，鍛件合格率由約95%提高到接近100%，模具壽命提高到18 萬件，為了嚴(yán)格控制氣門鍛件精度一般控制使用到15 萬件為止，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效率顯著。為青島三星精鍛齒輪股份有限公司建立汽車直錐齒輪溫鍛自動化生產(chǎn)線3 條，所生產(chǎn)的差速器直錐齒輪齒形精度8 ～9 級，達(dá)到直接裝車使用要求。

直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)的研究及應(yīng)用

2016 我公司研發(fā)了直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)，由于直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)性能更優(yōu)越，所以第一臺樣機(jī)J58ZK-500 型(圖6)調(diào)試好后，立即被浙江躍進(jìn)有色金屬有限公司采用，到目前已有J58 ZK-215/315/400/500/630/1000/1600 型在客戶處使用，客戶反映良好。目前正在研發(fā)噸位更大直驅(qū)式電動螺旋壓力機(jī)以滿足更多用戶要求。

圖6 J58ZK-500 型電動螺旋壓力機(jī)

結(jié)束語

根據(jù)《中國制造2025》所提出的制造業(yè)沿著數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，開發(fā)以數(shù)控電動螺旋壓力機(jī)為主機(jī)的智能自動化鍛造生產(chǎn)線，乃至智能自動化專業(yè)鍛造廠。其特點(diǎn)是在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，圍繞鍛件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、尺寸精度及質(zhì)量要求、鍛件材料的物理性能(力學(xué)、導(dǎo)電、導(dǎo)磁)及尺寸規(guī)格，壓力機(jī)滑塊模鍛成形速度、位移、鍛模工況、潤滑條件及鍛造溫度等因素的變化或波動，以自動化精鍛生產(chǎn)線為載體的整個(gè)智能化精鍛系統(tǒng)，具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自調(diào)整的功能，確保獲得高合格的精密鍛件，達(dá)到提質(zhì)增效的目的。