高柔性螺旋压力机的最新发展

译/韩剑峰·西马克梅尔工程（中国）有限公司

高柔性螺旋压力机的最新发展

译/韩剑峰·西马克梅尔工程（中国）有限公司

直驱式电动螺旋压力机

型号SPE

直驱式电动螺旋压力机为整体式结构，是具有高打击能量的重型锻造设备，下模固定，顶部实施打击，适合重型的模锻、镦粗和轻量的校直、校正打击。

驱动功能

通过电机的逆时针运转，螺杆加速，滑块随着螺母向下实施打击行程。若达到预设速度，即意味着能同时获得相应比例的能量，或者到达了打击行程回程终点，电机将自动关闭，滑块将在无驱动力作用下与模具打击接触。电机旋转方向的更迭实现滑块的上行，通过电机的制动，滑块可停止在任意可选的上停止位。

停止位置的外部保持制动安全装置稳定中心盘，通过螺杆和螺母避免重力作用下滑块的意外下移。

控制系统可对打击能量、打击次序（任意次序和打击能量下可预选5次打击）、顶料器功能（减速、保持）等进行自由编程。

打击行程可以自由设定缩短，当然，驱动行程的减少将降低最大可实施打击的能量。例如，70％的打击行程最大可获得70％的打击能量。

在螺杆法兰轴承上的液压垫通过过载泄压阀对设备进行过载保护，确保不会超出限定压力。通过电机绕组内的温度探头，监控电机驱动系统的过载。

功能和特点

西马克梅尔（奥姆科哈森克莱沃模锻部）研发的直驱式螺旋压力机（如图1所示）与其他飞轮驱动螺旋压力机不同，显著特点是设备与驱动电机直接连接，无需任何齿轮组或其他传动机构。

图1 SPE系列直驱式电动螺旋压力机

图2 液压过载保护与摩擦盘过载保护的螺旋压力机能量/力对比图

目前，众所周知的直驱式螺旋压力机是基于异步电机的驱动原理，而西马克梅尔的电机系统则采用类似于上海高速列车的“磁悬浮”技术。

在原始设计指导下，定子作为设备机架的一部分，转子作为飞轮盘，定子和转子通过电感应产生磁场。同时，电机转子取代了螺旋压力机飞轮的功能（储存能量）。

新式的西马克梅尔直驱式螺旋压力机通过“永磁激励转子”的同步电机驱动，基于此新式设计，定子也作为设备机架的一部分，转子也作为飞轮盘。但是本质的不同是转子采用非常简单的结构，无需任何励磁绕组，简化为外径上固定永磁铁的钢环。

更高的安全性和成形精度

机械部件的技术研发也从未停止，压机设计得到进一步的发展。值得引起关注的是整体式刚性机架和最新发展的过载保护装置。

设备过载保护的压力限定通过在螺杆法兰轴承上的一个压力垫来实现。液压垫位于设备的直接传递力矩上，若超出设备限定的压力最大值，限压阀启动将高压油向常压油箱中泄压，直到超出的能量得到释放。

在锻造过程中，若由于飞轮能量过多而导致可允许最大打击力超出设备限值时，过载保护启动。液压过载保护在直驱式电动螺旋压力机上的应用，第一次实现了“无物质损耗”保护方式，液压过载保护与摩擦盘过载保护的螺旋压力机能量/力对比图，如图2所示。在更高阶锻造打击力范围内的能量，得到更加有效的利用。能量损耗仅在超出可允许最大锻造打击力的情况下出现，也就是说，在打击力超出最大冷击力值90％以上时出现。与之相对的传统摩擦盘的过载保护，在相同的冷击速度条件下，摩擦损耗在最大冷击力的60％～70％时，就已出现。过载沿螺杆轴线中心位置均匀减缓，设定能量精度的高重复性得以保障，无需摩擦块等磨损件。

SPE系列压机保证机械精密度的主要原因有：

压机机架采用坚固耐用的整体式机架设计，具有极高的横向和纵向刚度。这使压机对滑块具有非常高的偏载抵抗力，因而螺旋压力机可承受更高的偏载载荷。

螺杆和飞轮作为一体运转，中间无摩擦离合器。这意味着它们之间完全直接对接。

更短的打击接触时间，对于需要精密变形量大的锻件成形，以及滑块相对于模具的跳动均会产生积极影响。实际应用中同时提高了模具的寿命。

螺杆的密封安装区域保护螺杆和润滑油不会受到污染，并确保精确的润滑油供应量。静压飞轮轴承的应用将摩擦降至最小值，提高整个驱动系统效率。

同步电机的电动直驱概念

在过去，转子上固定永磁铁的同步电机仅仅应用在小电机领域，例如时钟。磁铁的机械剩磁完全足够去实现低扭矩和其他性能要求。直到今天，永磁铁材料得到突飞猛进的发展，更小的系统可以产生更大的能量，材料的改善使得更多工艺应用成为可能。

在接下来的二十年里，专家致力于研究永磁铁材料的能量密度怎样得到更大的增长。单一材料在一些专用领域得到了更加详尽的优化。随着高能量永磁铁的发展，相应元件的生产更加具有经济性，也带动同步电机在工业中得到越来越广泛的应用。

同步电机作为线性电机功能不仅应用在永磁铁滑道方面（磁悬浮），更多应用在电梯和舰船驱动领域。在压机制造领域，仅有西马克梅尔公司将其应用于SPE系列螺旋压力机驱动系统设计上。经实践检验，独有的驱动简单结构使转子无任何能量损失，其效率因子大大高于异步电机。这是因为转子永磁体的应用，使得内建磁场所需的感应等效虚拟能量降低。也就是说，用于转换电能甚至其他同等能量的有效能量得以降低，例如，机械能和电能转换。

通过实践证明，用户通过降低有效能量和等效虚拟能量的要求可以节约大量成本。

同步电机设计简单、结构紧凑。由于不存在绕组，转子结构简单坚固耐用，具有非常高的动态属性，可以满足螺旋压力机高生产利用率的要求。由于永磁体的应用，转子上不会产生热量，这意味着，转子无需冷却，定子可采用水冷方式冷却。避免了采用空冷系统在电机区域产生的大量污染，保证了设备运行的稳定性。

新式直驱式电动螺旋压力机的性能已经在实践中经过了严格的检验，位于德国尼德施塔特费尔德的Warmpresswerk Max B.Schachmann GmbH锻造公司采用该革新技术压机，实现了更高的生产率，锻件的平行度和外形质量得以优化，模具寿命也得到显著的延长。

西马克梅尔SPE系列直驱式电动螺旋压力机，可允许持续打击力从6.3MN提高到200MN，螺杆直径从200mm提高到1120mm。