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(dòng)原理為德國(guó)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(dòng)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(guó)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(shù)槐教授及其研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合我國(guó)國(guó)情，用減摩工程塑料作副螺母，使這種傳動(dòng)方案獲得了可行性。
該項(xiàng)成果于1978 年獲全國(guó)科技大會(huì)獎(jiǎng)，其中，布質(zhì)酚醛樹(shù)脂層壓材料制造的副螺母與國(guó)內(nèi)首次研發(fā)的集成閥構(gòu)成的副螺桿液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，于1983 年獲國(guó)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(dòng)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)及手動(dòng)生產(chǎn)線
1980～2006 年，黃樹(shù)槐教授及其研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行齒輪傳動(dòng)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的研發(fā)及不斷完善，成功開(kāi)發(fā)出J58K型160～1600t 系列產(chǎn)品。J58K 型齒輪傳動(dòng)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。其傳動(dòng)過(guò)程及工作原理是，電機(jī)通過(guò)小齒輪帶動(dòng)飛輪及與飛輪固定在一起的螺桿作正反旋傳，螺桿帶動(dòng)滑塊上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，向下運(yùn)動(dòng)時(shí)完成鍛造功能，向上運(yùn)動(dòng)時(shí)使滑塊回到初始位置。
這種電動(dòng)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(shù)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(dòng)慣量小，加上傳動(dòng)鏈短，傳動(dòng)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(dòng)為剛性傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)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(dòng)載之間，而又接近于動(dòng)載特性，加上采用長(zhǎng)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(guò)機(jī)器人或?qū)Ｓ脵C(jī)械手建立半自動(dòng)化或自動(dòng)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(jiǎn)單、使用、維護(hù)簡(jiǎn)單方便。其手動(dòng)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(dòng)式電動(dòng)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(chē)、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(guò)100余種。粗略統(tǒng)計(jì)，全國(guó)鍛造行業(yè)應(yīng)用的各種螺旋壓力機(jī)約為1500臺(tái)，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(huì)效益。
大中齒輪傳動(dòng)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)與自動(dòng)化生產(chǎn)線
2007～2016 年，我公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)在繼承黃樹(shù)槐教授開(kāi)創(chuàng)的，齒輪傳動(dòng)式電動(dòng)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(dòng)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，這期間共研制J58K-2500型20余臺(tái)，J58K-4000 型5 臺(tái)。湖北三環(huán)鍛造有限公司采用首臺(tái)J58K-2500 型電動(dòng)螺旋壓力機(jī)(圖2)，通過(guò)“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(dòng)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(tái)J58K-4000 型電動(dòng)螺旋壓力機(jī)(圖4)通過(guò)立式小飛邊精鍛工藝生產(chǎn)盤(pán)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(kāi)式模鍛比較，材料利用率由72%～73%提高到86%～88%。
同時(shí)，根據(jù)國(guó)外自動(dòng)化鍛造技術(shù)迅速發(fā)展的態(tài)勢(shì)及國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求，及時(shí)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)技術(shù)。首先，根據(jù)用戶(hù)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(dòng)作的時(shí)序規(guī)劃制訂；自動(dòng)化生產(chǎn)控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)等。
近10 年來(lái)，以這些關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)、公司為汽車(chē)零配件等制造行業(yè)建立了以齒輪傳動(dòng)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)為主機(jī)，采用機(jī)器人操作的自動(dòng)化精鍛生產(chǎn)線70 余條。其中，為馬勒三環(huán)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)(湖北)有限公司建立氣門(mén)精鍛生產(chǎn)線27 條，該公司為國(guó)際知名的德國(guó)馬勒氣門(mén)驅(qū)動(dòng)公司控股的合資公司，合資之初，馬勒公司原打算采用德國(guó)Lasco 公司生產(chǎn)的數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)、德國(guó)的機(jī)器人和氣門(mén)精鍛工藝及模具，經(jīng)過(guò)近一年的考察，發(fā)現(xiàn)J58K 型電動(dòng)螺旋壓力機(jī)與Lasco 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)性能相當(dāng)，而價(jià)格僅為L(zhǎng)asco 的1/3，華中科技大學(xué)研發(fā)的氣門(mén)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(mén)8000 萬(wàn)支以上，成為亞洲第一大氣門(mén)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(wàn)件，為了嚴(yán)格控制氣門(mén)鍛件精度一般控制使用到15 萬(wàn)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(chē)直錐齒輪溫鍛自動(dòng)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(jí)，達(dá)到直接裝車(chē)使用要求。
直驅(qū)式電動(dòng)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(dòng)螺旋壓力機(jī)，由于直驅(qū)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)性能更優(yōu)越，所以第一臺(tái)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(hù)處使用，客戶(hù)反映良好。目前正在研發(fā)噸位更大直驅(qū)式電動(dòng)螺旋壓力機(jī)以滿(mǎn)足更多用戶(hù)要求。
結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)《中國(guó)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(kāi)發(fā)以數(shù)控電動(dòng)螺旋壓力機(jī)為主機(jī)的智能自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)線，乃至智能自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)鍛造廠。其特點(diǎn)是在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)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(rùn)滑條件及鍛造溫度等因素的變化或波動(dòng)，以自動(dòng)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。
