文／胡景春，葉喜山·揚(yáng)州旋壓技術(shù)研究所

兩柱三梁四旋輪立式數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)

文／胡景春，葉喜山·揚(yáng)州旋壓技術(shù)研究所

圖1W 87K-1500×60型數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)

強(qiáng)力旋壓是一種通過旋輪對(duì)套在芯模上旋轉(zhuǎn)著的圓筒形坯料施加徑向壓力，并且旋輪也沿著坯料的軸向方向運(yùn)動(dòng)，從而使圓筒形坯料壁厚變薄、長(zhǎng)度延伸的金屬塑性成形方法。強(qiáng)力旋壓作為近代金屬壓力加工中新興的一種少無切削的加工方法，同其他加工方法相比，其生產(chǎn)的旋壓件具有產(chǎn)品精度高、綜合性能好、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)力旋壓是薄壁高精度筒形件最為有效的加工方法。

強(qiáng)力旋壓機(jī)有臥式和立式以及兩輪、三輪、四輪等不同的結(jié)構(gòu)形式，制造廠家可以根據(jù)用戶的技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。2010年，本研究所根據(jù)用戶的要求設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)兩柱三梁四旋輪立式數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)，型號(hào)為W 87K-1500×60，如圖1所示。

該旋壓機(jī)由上梁、下梁、立柱、活動(dòng)橫梁，四個(gè)旋輪及滑塊油缸裝置，主軸及變速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，垂直驅(qū)動(dòng)油缸組成的機(jī)械系統(tǒng)，液壓驅(qū)動(dòng)及伺服控制系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，電器及數(shù)字控制系統(tǒng)等部分組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

⑴該旋壓機(jī)的上、下梁用四個(gè)預(yù)緊螺栓連接兩個(gè)立柱，形成一個(gè)封閉式的剛性框架，這種結(jié)構(gòu)剛性好、簡(jiǎn)單可靠、開間大、便于操作。四個(gè)旋輪對(duì)稱分布在一個(gè)剛性動(dòng)梁內(nèi)，形成封閉力系，作用于坯料上的徑向力由動(dòng)梁內(nèi)力平衡掉，基本上不傳給立柱。四個(gè)旋輪滑塊采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，剛度好。驅(qū)動(dòng)油缸采用缸動(dòng)式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊。

⑵主軸采用兩擋機(jī)械變速和直流無級(jí)調(diào)速的變速系統(tǒng)，這樣，主軸可以在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)進(jìn)行無級(jí)變速，以滿足不同產(chǎn)品的加工工藝要求。

⑶四個(gè)旋輪的水平運(yùn)動(dòng)和動(dòng)梁的垂直運(yùn)動(dòng)由光柵尺來進(jìn)行位置檢測(cè)，共五軸控制，每一路都由一路電液伺服—光柵檢測(cè)裝置組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，共五路閉環(huán)。這五路閉環(huán)可以實(shí)現(xiàn)單一系統(tǒng)控制和任意組合系統(tǒng)控制或五軸聯(lián)動(dòng)控制，所以，該旋壓機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)直筒（等截面）的旋壓加工，還可以實(shí)現(xiàn)任意曲線筒（變截面）的旋壓加工。如果工藝需要，該旋壓機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)錯(cuò)距旋壓。錯(cuò)距旋壓時(shí)，通過調(diào)整墊片的厚度來調(diào)整每個(gè)旋輪的相互平面位置，使四個(gè)旋輪在不同的平面位置，這樣，四個(gè)旋輪在四個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制下，可以走出各自的工藝曲線，也就是說可以在一個(gè)垂直工藝行程過程中完成多個(gè)工藝道次，這大大地縮短了工件的旋制時(shí)間。四個(gè)旋輪的理想使用方法是成對(duì)使用，兩個(gè)對(duì)稱的旋輪做一個(gè)道次，這樣，在一個(gè)工藝行程中就可以完成兩個(gè)道次的工作量，從而節(jié)省大量的工件旋制時(shí)間。

⑷立式結(jié)構(gòu)適用于大直徑的強(qiáng)力旋壓機(jī)，因?yàn)榱⑹浇Y(jié)構(gòu)的芯模和坯料的重心、主軸中心相重合，機(jī)床振動(dòng)小，制件精度高。

⑸旋輪滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)有可調(diào)的定位拉桿，剛性限制滑塊的行程，主要起到保護(hù)旋輪和芯模的作用。旋制簡(jiǎn)單的筒形件時(shí)，可用拉桿作滑塊的剛性定位，這時(shí)可以關(guān)閉數(shù)字控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的筒形件工藝操作。

圖2毛坯與成形件

⑹由于主軸的回轉(zhuǎn)精度較高，所以可以在動(dòng)梁上設(shè)置切削裝置和磨削裝置，以便于工件的修邊和芯模磨損后的維修。

⑺該旋壓機(jī)近乎積木式的結(jié)構(gòu)形式，便于用戶根據(jù)自己的要求來修改各種工藝參數(shù)，如旋壓直徑、旋壓行程、旋壓力等。

⑻如果旋壓件的精度要求較高，那么該旋壓機(jī)的滑塊運(yùn)動(dòng)副可以均采用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌，由伺服電機(jī)和滾珠絲杠來提供驅(qū)動(dòng)力。

這是目前國(guó)內(nèi)第一臺(tái)可提供大的旋壓直徑的長(zhǎng)行程大噸位四旋輪立式數(shù)控強(qiáng)力旋壓機(jī)，其最大旋壓直徑為1500mm，最大正旋長(zhǎng)度為3000mm，最大旋壓力為60t。該旋壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、可靠，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。2012年本研究所又為國(guó)內(nèi)用戶生產(chǎn)了3臺(tái)同樣結(jié)構(gòu)的旋壓機(jī)，其中，兩臺(tái)旋壓機(jī)的正旋行程已達(dá)4000mm，反旋行程可達(dá)6000mm以上。

這種旋壓機(jī)主要用于大直徑長(zhǎng)筒形件的加工，對(duì)超強(qiáng)鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金筒形件來說是一種理想的加工設(shè)備，在某廠中用這種旋壓機(jī)生產(chǎn)出來的大直徑銅筒如圖2所示。該設(shè)備的研制成功，解決了我國(guó)大直徑長(zhǎng)管成形困難的難題，市場(chǎng)應(yīng)用前景十分樂觀。目前本研究所正在設(shè)計(jì)超長(zhǎng)管件的旋壓加工設(shè)備，以使旋壓加工的管件的長(zhǎng)度能夠達(dá)到30m。

這是一種全新結(jié)構(gòu)形式的強(qiáng)力旋壓機(jī)，具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，給我國(guó)旋壓機(jī)又增添了一個(gè)新的品種，對(duì)我國(guó)重型旋壓設(shè)備的制造有著很好的借鑒意義。

胡景春，研究員，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家，所長(zhǎng)，曾任黑龍江省旋壓技術(shù)研究所所長(zhǎng)，主要從事旋壓設(shè)備和工藝方面的研究，主持承擔(dān)了兩項(xiàng)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)，數(shù)控旋壓機(jī)專利11項(xiàng)。