第6章 螺旋压力机

6.1 螺旋压力机概论
6.1.4 螺旋压力机的应用范围

广泛的工艺实用性：
（1）螺旋压力机既能用来完成锻锤能完成的工艺，又能用来完成压 力机能完成的工艺，如各种热模锻、板料冲压和切边等工艺; （2）由于螺旋压力机一般都设臵有下顶料装臵，因而又适宜于顶镦、 挤压 、闭式模锻等工艺。 （3）螺旋压力机还具有一个很大的特点，即滑块行程不固定，因而 也没有固定的下死点，因此特别适合于精整、精压、压印、校正、粉末 冶金锻造等工艺。同样由于行程不固定，模锻精度不受压力机弹性变形 的影响，所以螺旋压力机被公认为是进行叶片、齿轮等零件精密模锻的 最佳锻压设备。
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.3 螺旋压力机的优缺点

锻造时的成型速度极快，最适用于热锻，温锻加工：
螺旋压力机接近下死点时的滑动速度极快（通常为800mm/ 秒左右）， 可见模具挤压材料的时间非常短。因此可以趁加热的材料冷却前瞬间完 成加工。一般用曲柄式压力机或者肘杆式压力机进行热锻造时，因在下 死点附近滑块的运动速度很低，造成了模具与被加工的热态材料接触时 间长，模具温度过高而须采取水冷却措施。一般来说加热锻造时，与模 具接触时间越短，模具温度变化不大，则模具寿命越长。 螺旋压力机所产生的锻冲力作用于机身的框架之上，基础振动相对 较小。结构简单零件较少，购入价格与维修成本低廉，可提高生产效率。 伺服马达驱动机无离合器机构。制动器在停电等紧急时刻亦无消耗，维 修成本极其节约。加压能量可简单准确地预先设定，每个行程反复实施 无出入的加压。因伺服驱动机没有导致变动的摩擦离合器，每次都可以 产生相同的成形能量，实施精准的加压。可组入全自动化生产线，伺服 驱动压力机与传统的摩擦驱动机相比，可节能30%至50%。 西安交通大学机械工程学院模具与塑性加工研究所

结构原理
其工作机构由飞轮、螺杆和滑块组 成。通过传动机构驱使飞轮加速转动以 积蓄能量，同时，由螺旋副将飞轮的旋 转运动转化为滑块沿导轨的直线运动， 将模具安装在滑块底面和工作台上，且 可完成各种塑性加工工艺。手动螺旋压 力机人力转动飞轮使滑块上下活动。
图6-1手动螺旋压力机
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图6-4 老式的摩擦螺旋压力机
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.2 螺旋压力机的发展历史

螺旋压力机的地位：
螺旋压力机在金属和非金属材料塑性加工中有十分重要的地位。目 前螺旋压力机是我国应用最为广泛的模锻设备，占全部模锻设备的37%， 超过蒸空模锻锤(31.4%)及热模锻压力机(3.4%)的总和。螺旋压力机凭借 良好的力能特性被公认为是针对叶片等零件进行精密锻造的最佳模锻设 备，在汽车、航空、国防等工业领域中应用广泛。
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.1 螺旋压力机的工作原理

螺旋压力机的两种工作原理图：
图6-2.a飞轮螺旋运动式
图6-2.b飞轮旋转运动式
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.1 螺旋压力机的工作原理

螺旋压力机工作过程：
图6-3.a人力驱动的螺旋压力机
图6-3.b博物馆的螺旋压力机
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6.1.2 螺旋压力机的发展历史

螺旋压力机的发展：
在欧洲的博物馆中，亦展示有若干通过静压进行热锻造的螺旋压力 机。现在大多使用的锻造用螺旋压力机，已发展到可在外螺栓轴上端 安装蓄积能量的飞轮方式（ 转轮）。由于人力操作旋转飞轮非常疲劳， 随后在机械上部安装了2 片可以持续运转的摩擦盘（摩擦板），成功地 通过连杆将牛皮缠绕在飞轮上，相互接触使之运转产生动力。这便是 摩擦驱动的螺栓压力机，即所谓的摩擦螺旋压力机。 二战前（1945年以前），操作工人用手动方向盘操纵连杆的方式为 主流。战后连杆方式消失，取而代之的是通过油压或空压气缸与继电 器控制的按键开关和脚踏板来操作，进而采用了通过编码装臵来直接 感知滑动速度来控制压头速度（加压能量控制） 的方式。
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.1 螺旋压力机的工作原理

螺旋压力机的特点：
（1）依靠旋转运动储蓄能量，打击过程中能量全部释放，每一打 击可输出高额有效能量。因此它具有锻锤的工作特性，是一种锤类设 备。 （2）不是通过曲柄或连杆等的离心结构，而是通过螺旋结构加压 产生压力。螺旋压力机基本可视作属于机械类压力。打击力封闭于机 身，不传于基础。扭矩不封闭，传于基础。在飞轮的动能转变为工件 塑性变形功的过程中，其对工件的打击力始终等于作用于框架式机身 上的垂直作用力， 即闭式机架将此两力形成一个封闭力系。这种传力 特性与压力机的传力特性一样。因而螺旋压力机在工作过程中又不象 锻锤那样对基础、地基造成很大的冲击与振动。
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.1 螺旋压力机的工作原理

螺旋压力机的做功计算：
在空程向下运动的阶段积蓄能量，在接触锻件前所具有的能量为 旋转运动部件的动能和滑块部件的直线运动动能两大部分，即
E 1 1 J 2 mv 2 2 2
6-1
式中，E为运动部分能量；J为飞轮及螺杆等的转动惯量；m为直线 运动部分质量，ω为飞轮角速度， v为平移滑块速度。 由螺旋机构可知，滑块线速度与飞轮角速度的关系为
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.3 螺旋压力机的优缺点

锻件精度高：
螺旋压力机上模锻时，锻件竖向精度依靠模具打靠来保证，与打击力 及热膨胀无关，所以锻件的垂直精度高。

机器结构简单、成本低廉、维修方便：
就基建投资及动力消耗而言，螺旋压力机远低于模锻锤，螺旋压力机 结构简单，再加上无严格的下死点，螺旋压力机打击速度远低于锻锤， 模具承受冲击小，相应的模块尺寸小，也不需要昂贵的模具材料，模具 可用T形螺栓固定。而且在螺旋压力机上模锻时，毛坯与模具加压接触的 时间比在热模锻压力机上短，毛坯传给模具上的热量少，因此模具寿命 高。
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6.1.2 螺旋压力机的发展历史及地位

螺旋压力机的起源：
公元15 世纪，德国人约翰唐地贝格发明的活字印刷机被当做榨葡萄 和橄榄油的木制螺栓压榨机械来使用。涂上油墨的活字板通过螺栓装 臵压摁在纸上，这正是螺旋压力机的起源，同时也是所有压力机械的 起源（印刷业和出版业使用压力机名称，也源于此），该装臵如图所 示。
螺旋压力机的工作过程分为空程向下运动、工件加工变 形、回程向上运动的三个阶段组成。 螺旋压力机向下行程中，逐渐加速的部分(主要为飞轮)储 存了大量的动能。当固结于滑块的上模碰到毛坯时，被迫在 短暂的时间内突然停止，能量全部释放。同时飞轮产生巨大 的惯性力矩，该力矩通过螺旋副及止推副转化为滑块与工作 台间的巨大压力对毛坯进行压制，毛坯吸收能量，产生弹塑 性变形。
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6.1.3 螺旋压力机的优缺点

工艺万能性强：
螺旋压力机对变形量较大的工艺可提供较大的能量，对变形量较小的 工艺可提供较大的力量故在螺旋压力机上可完成模锻、挤压、精压、校 正、切边、弯曲等多种工艺。同时又由于下述三个原因，扩大了工艺范 围，增加了工艺上的灵活性： （1）由于没有固定的下止点，无需担心因材料尺寸超标或加热温度不 均而发生过度负荷，以及滑动卡死（因超负荷产生的咬死停止） 的情况； （2）滑块法速度较低，适于锻造一些对变形速度非常敏感的铝铜等合 金材料; （3）有顶出装臵，便于复杂零件的成型及精密模锻.
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6.1.5 螺旋压力机的主要技术参数
螺旋压力机的主要技术参数反映了其工艺能力、加工零件的尺寸范围以 及有关生产率等指标。世界各国有不同的规定同一国家各厂家也有差异。 例如，有的国家以螺杆的直径为主参数，有的国家以标称力为主参数。 就行程次数而言各厂家也不统一，有的区分为理论行程次数及实际行程 次数，有的又分为连续打击行程次数及在一定条件下的行程次数等。
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6.1.3 螺旋压力机的优缺点

操作容易、公害小、劳动条件好：
螺旋压力机操作方便省力，减轻了操作者的劳动强度；操作容易， 便于培养操作者；振动、噪声公害小，有利于保护劳动力及改善环境。

飞轮对产品产生很大的变形能量：
飞轮能量在一次加压时被全部消耗掉，超过公称能力的负荷作用于 压力框架上的现象时有发生，因此容许能力通常设计为公称能力的2 倍， 即便进行2 倍程度的反复加工也没问题。
第6章 螺旋压力机
6.1 螺旋压力机概论
6.2 螺旋压力机的结构 6.3 螺旋压力机的力能关系
6.4 电动螺旋压力机的计算机控制
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6.1 螺旋压力机概论
6.1.1 螺旋压力机的工作原理

定义
螺旋压力机是利用其飞轮螺旋滑块 组成的工作机构中的旋转运动和直线运 动的动能使毛坯产生塑性变形的一种锻 压设备。
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6.1.3 螺旋压力机的优缺点

锻造时的成型速度极快，最适用于热锻，温锻加工：
螺旋压力机加工工件时滑块的反弹可缩短与模具的接触时间，延长 模具寿命。如一般的曲柄式压力机，肘杆式压力机与螺旋式压力机的弯 曲曲线如滑动行程线图所示。
图6-5 三种机械压力机与螺旋压力机滑块行程与时间的关系曲线对比
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