J58K型数控电动螺旋压力机简介

数控电动螺旋压力机

一、螺旋压力机发展趋势

模锻件在汽车、工程机械、铁路车辆、航空、国防等工业中应用广泛，随着轿车工业、国防工业的发展，对模锻件的精度要求越来越高，例如汽车发动机连杆模锻件质量公差仅±4克，气门采用精密模锻成形后，只需磨削加工。传统模锻设备如模锻锤、热模锻压力机，很难制作出精密模锻件。螺旋压力机由于滑块没有固定的下死点，是生产精密模锻件的理想装备。

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

摩擦压力机是最老的螺旋压力机，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，滑块下行时在0.65左右，滑块回程时在0.35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）打击能量不易精确控制。

2、液压螺旋压力机

由于螺旋压力机能锻造出精密锻件，为了发展大吨位的螺旋压力机，60年代末以来，国外研发成功大型液压螺旋压力机，随后液压螺旋压力机成为我国锻压界的研究热门。但是，国内只有华中科技大学研发成功6.3MN、16MN液压螺旋压力机，获我国锻压机械第一个国家发明奖（三等），并在生产中得到应用。国外液压螺旋压力机最大吨位达140MN。

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。其特点是具有高的打击能量，滑块在小行程能输出额定能量值和达到最大锻击力；最大吨位为112MN。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，HASENCLEVER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

外得到广泛应用，吨位从1.6MN到250MN，最大冷击力可达320MN，是目前除航空用模锻液压机外吨位最大的模锻设备。德国生产电动螺旋压力机的主要企业有Müller Weingarten公司、LASCO公司和Beche公司，Müller Weingarten公司生产2.5MN～250MN三个系列29种规格的产品，LASCO公司生产1.6MN～32MN 2个系列13个规格的产品，日本ENOMOTO公司生产2.3MN～10MN 3个规格的产品（以上均为长期运行允许载荷）。

二、武汉新威奇科技有限公司生产的J58K系列数控电动螺旋压力机工作原理、性能介绍

1、J58K数控电动螺旋压力机传动方案

电动螺旋压力机目前有两种传动形式，一是电机的转子与螺杆轴连为一体的直接传动形式，如Müller Weingarten公司45MN以下的电动螺旋压力机和华中科技大学80年代初研制成功的JD58-100型电动螺旋压力机，如图所示。

这一方案的特点是传动环节少，但要设计低速、大扭矩专用电机，螺杆导套磨损后会影响电机的气隙，电机出现故障维修不易。二是电机经齿轮或皮带传动带动螺杆的形式。Müller Weingarten公司PZS系列44MN～320MN电动螺旋压力机采用这一方案。这一方案的特点是专用电机转速较高，转矩较小，可以设计少数几种规格的专用电机系列供不同吨位压力机使用，电机出现故障时，更换方便，维护简单；同时，螺杆导套磨损后不会影响电机性能。J58K系列数控电动螺旋压力机采用了这一方案。

2、J58K系列数控电动螺旋压力机的工作原理

电机经小齿轮、大齿轮、螺杆带动滑块运动，大齿轮有足够的惯量，起着飞轮储能的作用。输入启动信号后，电机由静止状态经小齿轮、大齿轮带动滑块加速下行，电机达到预先设置的打击能量所要求的转速时，利用大齿轮储存的动能作功，使制件成形。大齿轮释放能量后，电机立即带动大齿轮反转，返回一定转角后，电机进入制动状态，由电动机转为发电机，使大齿轮带动滑块回到预先设置的位置。此阶段飞轮的能量可经电机反馈到电网，因而能耗损失很小。由于滑块回程时靠电机制动，机械制动器仅在滑块接近上死点时才工作，制动材料不易磨损，不需经常更换。

采用齿轮传动，为平衡齿轮的径向作用力均采用双电机驱动，以避免螺杆轴套产生偏磨。小齿轮与传动电机轴采用摩擦联结，可防止电机超载。J58K-630以上电动螺旋压力机飞轮内装有摩擦安全装置。

电动螺旋压力机工作原理图

3、J58K系列数控电动螺旋压力机电力拖动系统

电动螺旋压力机电力拖动系统主要有两种形式，以Müller Weingarten公司为代表的变频驱动拖动系统和以ENOMOTO公司为代表的交流伺服电机拖动系统。华中科技大学武汉新威奇科技有限公司对两种系统均进行了长期的试验研究，得出以下看法：

（1）两种拖动系统在性能上没有显著的差别。世界上生产电动螺旋压力机数量最多（已有3000多台）、吨位最大的Müller Weingarten公司采用变频驱动拖动系统得到用户的好评和认可，武汉新威奇科技有限公司所拟定的ABB公司变频驱动拖动及所采用的硬件配置方案，与Müller Weingarten公司产品完全相同，从而保证了J58K系列电动螺旋压力机的使用性能和可靠性。

（2）适于电动螺旋压力机的大功率交流伺服电机价格昂贵,大吨位电动螺旋压力机目前无法采用。

4、J58K系列数控电动螺旋压力机主机结构

（1）机身

J58K-1600及以下系列数控电动螺旋压力机的机身采用整体铸钢结构，J58K-2500及以上系列的机身采用组合结构。机身均经过三维有限元分析和优化设计，在降低局部应力，保证强度及刚度的条件下，使机身具有合理的结构。

（2）螺杆及螺母

螺杆及螺母的结构参数根据多年积累的经验选择。螺杆采用高强度合金钢，螺母采用高强度铸铜。考虑到国产材料和制造工艺与德国公司尚有差距，采用的安全系数较大。例如Müller Weingarten公司5MN电动螺旋压力机的螺杆直径为180mm，而J58K-500螺杆直径为225mm，