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第10章螺旋压力机一、螺旋压力机的原理及特性1.螺旋压力机的工作原理原理：采用螺旋机构传递飞轮能量。通过摩擦、液压或电机直接驱动等传动装置使飞轮加速转动以积蓄能量，同时，由螺旋副将飞轮的旋转运动转化为滑块的上、下直线运动。螺旋压力机是用螺杆﹑螺母作为传动机构﹐并靠螺旋传动将飞轮的正反向回转运动转变为滑块的上下往复运动的锻压机械。2.用途：用于金属零件的模锻、校正、挤压、压印、切边和冲压等工序。是进行叶片、齿轮等零件精密模锻的最佳锻压设备。3.特性：a.工作行程前存储能量E=½Iω²+½mv²I—飞轮转动惯量ω—飞轮角速度m—滑块质量v—滑块直线速度工作瞬间能量全部释放(与锤的工作特性相同)b.工作时机身行程封闭离心，对基础震动冲击小，不需要庞大的基础。（兼有压力机的工作特性）优点：1、工艺适应性广：可根据变形量的要求提供能量a）没有固定的下止点，当第一击锻模未打靠时可进行第二击。b）滑块速度较低，适于锻造一些对变形敏感的铝、铜等合金材料c）有顶出装置便于复杂零、精密模锻的成形2、锻件竖向精度高由于没有固定的下死点，机身等零件的弹性变形和热变形均可由滑块位移来补偿。3、机器结构简单、成本低、维修方便。4、模具结构简单、寿命高。5、飞轮能量在一次加压时被全部消耗掉对产品产生很大的变形能量。6、锻造时成形速度极快，最适用于热锻，温锻加工。缺点：行程次数较低，生产率低；承受偏载能力差只适用于单模膛模锻；摩擦损耗大，传动效率低。§10.1螺旋压力机的分类及参数一、分类1.机械摩擦传动—摩擦压力机2.液压传动—液压螺旋压力机3.电动传动—电动螺旋压力机4.离合器式螺旋压力机5.气液螺旋压力机二、主要技术参数1、公称压力Fg：在此压力下螺旋压力机工作时能提供较多的有效能量。不是压力机的最大压力。最大打击能量：ET=½Iωmax2、许用力Fa：螺旋压力机连续打击时所允许的最大载荷，为公称压力的1.6倍，是螺旋压力机最有实用意义的力参数。3、最大打击ET：螺旋压力机所能提供的最大打击能量，是螺旋压力机的最主要的技术参数。反映了设备的最大工作能力。4、滑块最大行程S：滑块从设计规定的上止点到下极限位置之间的距离。行程较大，能加工变形程度较大、高度较高的工件，通用性强。5、滑块行程次数n0：螺旋压力机每分钟能完成的全行程的次数。n0=60/t。t为螺旋压力机空行程时滑块往复运动一次的时间。6、最小装模高度。7、工作台尺寸。螺旋压力机的型号表示方法其型号用汉语拼音字母、英文字母和数字表示。螺旋压力机分为以下5种型号：53型：双盘摩擦螺旋压力机。55型：离合器式螺旋压力机。57型：液压螺旋压力机。58型：电动螺旋压力机。59型：气液螺旋压力机。例如：JB53-200A型号的意义J-机械压力机代号。B-同一种型号的第二次变型。53-双盘摩擦螺旋压力机。200-主参数，公称压力为2000KN。A-第一次改进。结构组成：五大组成部分传动部分工作部分机身部分操纵系统附属装置图10-33000kN双盘摩擦压力机结构图1、机身2、滑块3、螺杆4、斜压板5、缓冲圈6、拉紧螺栓7、飞轮8、传动带9.11、摩擦盘10、传动轴12、锁紧螺母13、轴承14、支臂15、上横梁16、制动装置17、卡板18、操纵装置19、拉杆20、顶料器座大型的采用液压或气动助力设备工作特征：无固定下死点，对较大的模锻件可多次打击成形，可进行单打、连打和寸动。打击力与工件的变形量有关，变形大时打击力小，变形小(如冷击)时打击力大，与锻锤相似。它的滑块速度低(约0.5米/秒，仅为锻锤的1/10)，打击力通过机架封闭，故工作平稳，振动比锻锤小得多，不需要很大的基础。装有打滑保险机构，将最大打击力限制在公称压力的2倍以内，以保护设备安全。分类：按传动机构的类型可以分为：摩擦式、电动式、液压式、离合器式。按螺旋副的工作方式分为螺杆直线运动式、螺杆旋转运动式和螺杆螺旋运动式三大类。按螺杆数量分为单螺杆、双螺杆和多螺杆式。按工艺用途分为粉末制品压力机、万能压力机、冲压用压力机、锻压用压力机等。按结构形式分为有砧座式和无砧座式等。1、机架2、滑块3、电动机4、螺杆5、螺母6、带7、摩擦盘8、飞轮9、操纵气缸10、大齿轮(飞轮)11、小齿轮12、液压马达13、液压缸14、电动机定子15、电动机转子(飞轮)16、回程缸17、离合器图10-4螺旋压力机的传动类型图10-5螺旋副的工作方式10.2.1摩擦压力机工作原理：电动机通过摩擦盘带动飞轮轮缘而使飞轮旋转。双盘式摩擦压力机应用最广。特点：动作较快，可使滑块停在行程内的任意位置，一旦超负荷时，只引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，而不致损坏机件。1、分配阀液压缸2、分配阀3、液压缸4、活塞5、操纵手柄6、拨叉7、曲杆8、操纵杆9、控制杆10、上碰块11、上行程限位板12、下行程限位板13、下碰块14、弹簧15、压力计16、溢流阀17、液压泵18、电动机19、油箱图10-6摩擦压力机操纵系统原理图图4-6J53-2500T双盘螺旋摩擦压力机图4-7FPRN系列摩擦螺旋压力机1、7、手轮2、6、气缸3、5、摩擦盘4、横轴8、飞轮9、主螺杆10、主螺母11、滑块12、机身图4-8采用气动操纵系统的摩擦压力机10.2.2气动摩擦压力机10.2.3电动螺旋压力机工作原理：压力机的工作是靠转子和定子之间的磁场产生的力矩，驱动转子(飞轮)正、反转，通过主螺旋副的螺旋运动，使滑块完成工作循环。图4-14电动螺旋压力机1、主螺杆2、导套3、制动器4、转子5、电动机定子6、风机图4-15J58系列电动螺旋压力机J58系列电动螺旋压力机是一种工艺适用性极强的锻压设备。它既能用于热锻，又能用于精锻、精整；既能适用于不锈钢复底锅压力焊接工艺，又能适用于钛合金叶片及其他叶片的精密锻造。具有结构简单、体积小、传动链短、操作便捷、运行安全、维修工作量小的特点，该机打击能量可准确设置，打击力有显示，可根据成型精度调节能量、打击力，以减少模具的机械应力和热接触时间，延长模具寿命。结构组成：电动机定子5，安装在机身上，而电动机的转子4(即为飞轮)与主螺杆上端相连，二者均为圆筒形。转子高度为滑块行程加定子高度，由低碳铸钢制成，结构简单、加工容易，可靠性好。压力机的工作是靠转子和定子之间的磁场产生的力矩，驱动转子(飞轮)正、反转，通过主螺旋副的螺旋运动，使滑块完成工作循环。特点：传动环节少、容易制造、操作方便、冲压能量稳定。与同吨位摩擦压力机相比，每分钟行程次数提高了2～3倍，不必经常更换磨损件，近年来增长很快，并向大型化发展。数控电动螺旋机：打击能量可精确设置，成形精度高，制件公差小，适合于精密锻造。模具载荷减轻，比摩擦压力机模具寿命明显提高。电耗降低，结构简单，故障率低，易于维护，无液压驱动单元，使用维护费用明显减少。可进行程序锻造，主机能自动按预先设置的每工步打击能量运行。打击后，滑块还可在下死点停顿，停顿时间能预先设置，以适应某些工艺的要求。由于采用了变频驱动，不会对工厂电网产生冲击和影响其它设备运行。行程高度方便调整，回程位置准确安装了自主研发的吨位指示器，精确控制打击力，保护主机不致超载。图4-16数控电动螺旋机10.2.4液压螺旋压力机特点：工作速度较高，生产率较高。便于采用能量预选和工作过程的数控，操作方便，容易实现压力机以最佳的能耗工作。成本较高，一般液压螺旋压力机都为较大型设备。液压螺旋压力机液压缸传动式压力机液压马达传动式压力机螺旋运动液压缸式压力机直线运动液压缸式压力机分类：1、液压马达-齿轮式液压螺旋压力机：它的飞轮是一个大齿轮5，由若干个带小齿轮6的液压马达7驱动，使之正转或反转，从而带动主螺杆3滑块2上、下运动，完成工作循环。大齿轮的厚度等于小齿轮的厚度加上滑块行程，因此，飞轮的结构尺寸很大。若干个液压马达均匀分布在飞轮的圆周上，并固定在压力机的机身上。高压油由液压泵蓄能器供给。工作原理：图4-11液压马达-齿轮式液压螺旋压力机示意图1、拉杆2、滑块3、主螺杆4、主螺母5、大齿轮6、小齿轮7、液压马达2、螺旋液压缸式液压螺旋压力机：飞轮7的上方与主螺杆8同轴串联着副螺旋副，其导程和旋向与主螺旋副相同，副螺母4在支座上固定不动。副螺杆2(即为活塞杆)下端与飞轮7连接，上端为活塞1。高压油进入液压缸3上腔作用在活塞上时，活塞与副螺杆便相对副螺母下行并作螺旋运动，带动飞轮与主螺杆同步运动，同时飞轮加速积蓄能量。当液压缸上腔排油、下腔进油时，推动主、副螺杆反向做螺旋运动，于是滑块被提升回程。图4-12副螺杆式液压螺旋压力机传动部件结构图1、活塞2、副螺杆3、液压缸4、副螺母5、支座6、尼龙十字形联轴节7、飞轮8、主螺杆3、直动式液压缸式液压螺旋压力机：机身两侧装有两个液压缸3，其活塞杆与滑块铰接。当高压油进入液压缸上腔，作用在活塞上时，便推动滑块向下运动，带动主螺旋副运动，使飞轮旋转并积蓄能量。当高压油进入液压缸下腔，而上腔排油时，滑块便被提升回程。直动液压缸式螺旋压力机结构简单，制造容易，动作可靠，但主螺旋副在工作中磨损较严重，设备的传动效率也较低。图4-13直动液压缸式液压螺旋压力机1、飞轮2、主螺杆3、液压缸4、活塞5、滑块10.2.5离合器式螺旋压力机优点：打击能量高闷模时间短，模具使用寿命长抗偏载能力强生产效率高、节省能源。缺点：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。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，导致螺母螺牙容易磨损。图4-18J55系列离合器式螺旋压力机1、工作过程1）飞轮由电动机通过皮带驱动，总朝一向个方向旋转；2）向下行程时，由液压推动离合器接合，带动螺杆转动，通过固定在滑块上的螺母使滑块向下运动，进行打击；3）离合器接合后，飞轮转速逐渐下降，当飞轮转速降到一定数值时离合器脱开，飞轮继续沿原方向旋转，并逐渐恢复速度；4）打击完成后，液压回程缸推动滑块上行，完成一个工作循环。2、打击力的控制高能螺旋压力机一次打击能量不是飞轮的全部动能，通常设计为飞轮转速降12.5％时所释放的能量。该种螺旋压力机属于压力限定型设备，当出现下列情况时打击过程将结束：1）打击力增大到给定数值时，摩擦离合器打滑，螺杆很快停止运动。打击力可通过控制离合器缸的油压来设定；2）滑块行程达到给定数值时，位移传感器发出信号控制杠杆系统使离合器脱开。3、特点1）从动件惯性小，冷击时不会产生惯性螺旋压力机那样的冷击力；2）向下空程速度快，打击过程以飞轮同步速度快速完成；3）打滑时间短，换向速度快，闷模时间短（为10-20ms）；4）打击能量高，能保证在任意位置的能量发挥；5）根据螺旋副力矩与力的关系，螺杆上的作用力与打滑力矩相对应。离合器出现打滑时，打击过程即告结束。4、打击过程的三个阶段1）离合器出现打滑之前是它的主要工作阶段，打击性质同惯性螺旋压力机一样，但允许释放的能量不同；2）离合器打滑阶段和具有打滑飞轮的惯性螺旋压力机打滑阶段的情形一样，打滑阶段很短促，仅形成一个过渡；3）离合器脱开后，从动部分尚有部分动能，由于从动部分惯量较小，相当一台小的惯性螺旋压力机进行打击，打击强度不大即结束了打击过程，在冷击时不会产生惯性螺旋压力机那样的冷击力。可见这两种设备的工作特性截然不同。10.2.6螺旋压力机的工艺特性螺旋压力机的工作特性与锻锤相同，工作时依靠冲击动能使工件变形，工作行程结束时滑块速度减小为零。螺旋压力机的工艺适应性好，可用于模锻及各类冲压工序。螺旋压力机的滑块行程不固定，下止点可改变，工作时压力机模具系统沿滑块运动方向的弹性变形，可由螺杆的附加转角得到自动补偿，实际上影响不到制件的精度。适用于精锻、精整、精压、压印、校正及粉末冶金压制等工序。10.3螺旋压力机的力能关系一、螺旋压力机工作时的能量转化设备运动部分的动能：飞轮、螺杆、滑块的平动动能+飞轮、螺杆的转动动能。打击结束时，滑块速度为零，打击能量转化为：工件变形功、设备及模具弹性变形功、摩擦功。一、螺旋压力