两柱三梁四旋轮立式数控强力旋压机

文／胡景春，叶喜山·扬州旋压技术研究所

两柱三梁四旋轮立式数控强力旋压机

文／胡景春，叶喜山·扬州旋压技术研究所

图1W 87K-1500×60型数控强力旋压机

强力旋压是一种通过旋轮对套在芯模上旋转着的圆筒形坯料施加径向压力，并且旋轮也沿着坯料的轴向方向运动，从而使圆筒形坯料壁厚变薄、长度延伸的金属塑性成形方法。强力旋压作为近代金属压力加工中新兴的一种少无切削的加工方法，同其他加工方法相比，其生产的旋压件具有产品精度高、综合性能好、材料利用率高等优点。强力旋压是薄壁高精度筒形件最为有效的加工方法。

强力旋压机有卧式和立式以及两轮、三轮、四轮等不同的结构形式，制造厂家可以根据用户的技术要求进行设计制作。2010年，本研究所根据用户的要求设计制造了一台两柱三梁四旋轮立式数控强力旋压机，型号为W 87K-1500×60，如图1所示。

该旋压机由上梁、下梁、立柱、活动横梁，四个旋轮及滑块油缸装置，主轴及变速驱动系统，垂直驱动油缸组成的机械系统，液压驱动及伺服控制系统，润滑系统，电器及数字控制系统等部分组成。其结构特点如下：

⑴该旋压机的上、下梁用四个预紧螺栓连接两个立柱，形成一个封闭式的刚性框架，这种结构刚性好、简单可靠、开间大、便于操作。四个旋轮对称分布在一个刚性动梁内，形成封闭力系，作用于坯料上的径向力由动梁内力平衡掉，基本上不传给立柱。四个旋轮滑块采用滑动导轨，刚度好。驱动油缸采用缸动式结构，结构紧凑。

⑵主轴采用两挡机械变速和直流无级调速的变速系统，这样，主轴可以在较大的转速范围内进行无级变速，以满足不同产品的加工工艺要求。

⑶四个旋轮的水平运动和动梁的垂直运动由光栅尺来进行位置检测，共五轴控制，每一路都由一路电液伺服—光栅检测装置组成闭环控制系统，共五路闭环。这五路闭环可以实现单一系统控制和任意组合系统控制或五轴联动控制，所以，该旋压机不仅可以实现直筒（等截面）的旋压加工，还可以实现任意曲线筒（变截面）的旋压加工。如果工艺需要，该旋压机还可以实现错距旋压。错距旋压时，通过调整垫片的厚度来调整每个旋轮的相互平面位置，使四个旋轮在不同的平面位置，这样，四个旋轮在四个闭环控制系统的控制下，可以走出各自的工艺曲线，也就是说可以在一个垂直工艺行程过程中完成多个工艺道次，这大大地缩短了工件的旋制时间。四个旋轮的理想使用方法是成对使用，两个对称的旋轮做一个道次，这样，在一个工艺行程中就可以完成两个道次的工作量，从而节省大量的工件旋制时间。

⑷立式结构适用于大直径的强力旋压机，因为立式结构的芯模和坯料的重心、主轴中心相重合，机床振动小，制件精度高。

⑸旋轮滑块机构设有可调的定位拉杆，刚性限制滑块的行程，主要起到保护旋轮和芯模的作用。旋制简单的筒形件时，可用拉杆作滑块的刚性定位，这时可以关闭数字控制系统，实现简单的筒形件工艺操作。

图2毛坯与成形件

⑹由于主轴的回转精度较高，所以可以在动梁上设置切削装置和磨削装置，以便于工件的修边和芯模磨损后的维修。

⑺该旋压机近乎积木式的结构形式，便于用户根据自己的要求来修改各种工艺参数，如旋压直径、旋压行程、旋压力等。

⑻如果旋压件的精度要求较高，那么该旋压机的滑块运动副可以均采用滚动直线导轨，由伺服电机和滚珠丝杠来提供驱动力。

这是目前国内第一台可提供大的旋压直径的长行程大吨位四旋轮立式数控强力旋压机，其最大旋压直径为1500mm，最大正旋长度为3000mm，最大旋压力为60t。该旋压机运行平稳、可靠，具有国内领先水平。2012年本研究所又为国内用户生产了3台同样结构的旋压机，其中，两台旋压机的正旋行程已达4000mm，反旋行程可达6000mm以上。

这种旋压机主要用于大直径长筒形件的加工，对超强钢、铝合金、钛合金、铜合金筒形件来说是一种理想的加工设备，在某厂中用这种旋压机生产出来的大直径铜筒如图2所示。该设备的研制成功，解决了我国大直径长管成形困难的难题，市场应用前景十分乐观。目前本研究所正在设计超长管件的旋压加工设备，以使旋压加工的管件的长度能够达到30m。

这是一种全新结构形式的强力旋压机，具有国内先进水平，给我国旋压机又增添了一个新的品种，对我国重型旋压设备的制造有着很好的借鉴意义。

胡景春，研究员，享受国务院政府特殊津贴专家，所长，曾任黑龙江省旋压技术研究所所长，主要从事旋压设备和工艺方面的研究，主持承担了两项国家级重点科技攻关项目，获省科技进步奖2项，数控旋压机专利11项。