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[摘 要]螺旋压力机是主要的热锻造设备之一，是现代金属制造业的基础设备，是国家工业的支柱和发达水平的标志。本文主要是对压力机的发展历史、模锻件数字化改造及其发展趋势进行了描述，指出模锻设备在改造前存在的问题及解决的方法。
[关键词]模锻设备；螺旋压力机；智能化
中图分类号：TP323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0100-01
一、螺旋压力机的发展历史及技术演进
上世纪苏联研制了电机直接驱动的2000kN螺旋压力机试验机，由于电机长期处于正反转和起动到停止工作状态，发热十分严重、温度达120°C以上。鉴于当时电机及控制技术水平，问题无法得到解决。后来变频器用于电动螺旋压力机。变频器使电机起动电流减小，发热降低，转速得到控制，使电动螺旋压力机开始发展。交流伺服电机驱动的螺旋压力机也有发展。压力机存在的诸多生产和设备上的问题如：在滑块向上运动的初始位置，电机以额定转速全负荷运转，滑块速度为0，此时刻摩擦打滑能量损失为100%，效率为0，一个周期有效能耗约占50%。靠摩擦盘传递动力，损失大，效率低、横轴移动依靠人力或气动，打击力控制不准确，稳定性差，人力成本高。人力操作的压力机，打击力不均匀，易产生不合格品，且工作效率低。为了改进和解决这些问题，德国哈森公司采用低转速大扭矩液压马达，通过螺杆带动滑块回程，使得机器既有离合器传动，又有滑块回程的液压传动，使设备变得更加复杂。此外，也有压力机采用左右双摩擦盘分别压紧飞轮边缘产生的摩擦力驱动飞轮和杠杆使滑块往复运动对工件实施打击来工作，存在高能耗、高污染、工作效率低、维修费用高、工作噪音大等缺陷，由液压式、离合器式、电动式等多种形式的压力机替代，但是，这些设备也同样存在诸多如结构复杂、能耗高、产品误差大、维护困难等诸多问题，并未广泛推广应用，致使双盘摩擦压力机仍旧被企业广泛使用。随着技术的进步，高效节能的数控电动螺旋压力机是由PLC程序控制的新型螺旋压力机，占据市场的主导，提高效率、节能环保，成为模锻市场的主要通用设备。
二、螺旋压力设备的现状
锻造是机械工业的基础，也是高耗能产业。我国拥有锻造生产线约3万条以上，其中95%以上纯人工操作，锻造产业工人逾50万人。由于锻造车间劳动强度大，生产环境十分恶劣，招工难、员工流失严重等问题日益凸显出来，已经成为制约锻造企业经营发展的主要瓶颈。1999年至2007年，国家多次发文淘汰摩擦压力机。目前，国内高端锻压设备已经能够实现自给自足。
技术在进步，螺旋压力机的技术水平也在不断提高。近些年，国内在螺旋压力机的的技术升级上也下了很大功夫，现在的数控螺旋压力机就是一个很大的提升，采用国外先进的控制技术。注重设备生产的细节的改进和提升。但是，模锻加工过程中的噪音和环境恶劣；产品质量和效率的底下；随着我国人员结构的变化，制约模锻加工过程中的人员短缺是企业扩大生产、提高效率的瓶颈是现代模锻加工需要解决的问题。
三、螺旋压力机的优点
数控电动螺旋压力机具有以下优点，弥补摩擦压力机在对环境和资源浪费上的缺点又提高了我们的工作效率，降低了成本；数控电动螺旋压力机相比摩擦压力机，可提高生产效率30%以上；节约原材料，数控电动螺旋压力机由于打击精度高，比摩擦压力机锻件要节约10%以上的原材料；节约人工，数控电动螺旋压力机可实现1人作业，甚至无人作业，比摩擦压力机减少2-3名操作者；减少废品损失，数控电动螺旋压力机成形进度高，工件尺寸公差可控制在0.15mm以内，比摩擦压力机小80%以上，废品损失比摩擦压力机下降50%以上；降低模具费用，数控电动螺旋压力机打击时拥有智能控制，可减轻模具载荷，模具使用寿命比摩擦压力面提高20%以上；节能环保，数控电动螺旋压力机当滑块停止时，主电机同时停止运转，而摩擦压力机则是在持续运转，经实际测算可节约35%以上的电耗.同时在生产过程中噪音和震动非常小，适用于居民作业；节约维修费用，比摩擦压力机故障率低，方便维护，可降低维修费用50%以上；结构简单，打击力大，数控电动螺旋压力机采用双电机驱动和齿轮传动方式，传动效率高，打击力比同型号的摩擦压力机要大5%-10%；可进行程序锻造，数控电动螺旋压力机主机能按预先设置的每工步打击能量自动运行，能方便调整行程高度，回程位置准确，不会冲顶，特别适合大锻件连击锻打和薄件锻打，同时对设备的影响最小。
四、螺旋压力机的发展趋势
随着网络的发展及5G的推广，螺旋压力机在数控后的发展趋势应该是人工智能与网络化结合的发展趋势，解决人员短缺、提高产品质量，减少材料浪费及提高效率。螺旋压力机的发展趋势如下例：由1台自动上料机、1台中频炉、1台电动螺旋压力机、1台预锻冲床、1台切边冲床、1台自动喷墨机、1台自动飞边推料机和3台6轴工业机器人组成。锻造生产工艺流程简述：中频加热炉冲床预锻制坯电动螺旋压力机精锻成型开式冲床切边。基于可编程控制器PLC的现场总线，构成连接智能现场设备、机器人和自动化系统的全数字、开放的通信网络，多机器人协同操作和智能控制、模锻生产线自动运行、生产过程的全方位监控，实现了主体设备与自动化设备/控制系统的协同操作和智能运行：智能装备的开发具有开放性，系统可方便地与其它现场设备进行智能集成。不同装备之间实现信息互联互通和有效集成实现了“工厂互联网”全覆盖；针对现场工艺要求可灵活定制对应的从自动线运行到监控的配套解决方案，基于三维模型的产品设计与仿真，建立产品数据管理系统，使产品的质量和技术得到实时监控，智能检测拓展；总线的高速通信保障了现场设备与工业机器人的紧密连接，将模锻自动生产线的生产节拍时间尽可能减少，使得每生产一件产品的质量状况都能第一时间在生产管理系统得以明确体现，使生产过程与生产管理系统对接；全数字通讯的总线连接方式，减少了不可控因素，加上物理层的抗干扰性与数据链路层的纠错能力，为系统在锻造的恶劣工况条件下的稳定运行提供保障。能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等信息，及时掌握现场真实数据及进度，系统数据处理及时、准确；系统具有对生产工况与现场设备进行在线故障诊断、报警、记录等功能，实现了在线智能维护及远程控制。智能系统的维护能够保障生产过程各项数据的采集、处理以及执行结果过程的准确性和及时性，达到智能生产、检测、识别和处理复杂工况的目的，同时采用各项远程监控功能，为用户提供远程智能服务，方便应用。生产节拍按5—7件/分钟质量指标：锻件不允许有裂纹、折叠、过烧等缺陷；锻件上下模错位<0.4mm；锻件氧化皮凹陷深度<0.4mm；锻件切边后残留飞边<0.4mm。
结论
新一轮科技革命和产业变革加速演进，以互联网为基础的新一代信息技术与制造业深度融合正在形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点，制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇。智能制造是基于物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术应用的新的制造模式，贯穿于企业设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能，以智能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑，有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。
参考文献
[1]孙友松、李明亮，螺旋压力机发展综述，CMET锻压设备与制造技术，2005，9；
[2]范宏才，現代锻压机械，北京，机械工业出版社，1994
[3]王凤喜，大锻件生产行业与锻造技术发展，锻压机械，2002，4
[关键词]模锻设备；螺旋压力机；智能化
中图分类号：TP323 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0100-01
一、螺旋压力机的发展历史及技术演进
上世纪苏联研制了电机直接驱动的2000kN螺旋压力机试验机，由于电机长期处于正反转和起动到停止工作状态，发热十分严重、温度达120°C以上。鉴于当时电机及控制技术水平，问题无法得到解决。后来变频器用于电动螺旋压力机。变频器使电机起动电流减小，发热降低，转速得到控制，使电动螺旋压力机开始发展。交流伺服电机驱动的螺旋压力机也有发展。压力机存在的诸多生产和设备上的问题如：在滑块向上运动的初始位置，电机以额定转速全负荷运转，滑块速度为0，此时刻摩擦打滑能量损失为100%，效率为0，一个周期有效能耗约占50%。靠摩擦盘传递动力，损失大，效率低、横轴移动依靠人力或气动，打击力控制不准确，稳定性差，人力成本高。人力操作的压力机，打击力不均匀，易产生不合格品，且工作效率低。为了改进和解决这些问题，德国哈森公司采用低转速大扭矩液压马达，通过螺杆带动滑块回程，使得机器既有离合器传动，又有滑块回程的液压传动，使设备变得更加复杂。此外，也有压力机采用左右双摩擦盘分别压紧飞轮边缘产生的摩擦力驱动飞轮和杠杆使滑块往复运动对工件实施打击来工作，存在高能耗、高污染、工作效率低、维修费用高、工作噪音大等缺陷，由液压式、离合器式、电动式等多种形式的压力机替代，但是，这些设备也同样存在诸多如结构复杂、能耗高、产品误差大、维护困难等诸多问题，并未广泛推广应用，致使双盘摩擦压力机仍旧被企业广泛使用。随着技术的进步，高效节能的数控电动螺旋压力机是由PLC程序控制的新型螺旋压力机，占据市场的主导，提高效率、节能环保，成为模锻市场的主要通用设备。
二、螺旋压力设备的现状
锻造是机械工业的基础，也是高耗能产业。我国拥有锻造生产线约3万条以上，其中95%以上纯人工操作，锻造产业工人逾50万人。由于锻造车间劳动强度大，生产环境十分恶劣，招工难、员工流失严重等问题日益凸显出来，已经成为制约锻造企业经营发展的主要瓶颈。1999年至2007年，国家多次发文淘汰摩擦压力机。目前，国内高端锻压设备已经能够实现自给自足。
技术在进步，螺旋压力机的技术水平也在不断提高。近些年，国内在螺旋压力机的的技术升级上也下了很大功夫，现在的数控螺旋压力机就是一个很大的提升，采用国外先进的控制技术。注重设备生产的细节的改进和提升。但是，模锻加工过程中的噪音和环境恶劣；产品质量和效率的底下；随着我国人员结构的变化，制约模锻加工过程中的人员短缺是企业扩大生产、提高效率的瓶颈是现代模锻加工需要解决的问题。
三、螺旋压力机的优点
数控电动螺旋压力机具有以下优点，弥补摩擦压力机在对环境和资源浪费上的缺点又提高了我们的工作效率，降低了成本；数控电动螺旋压力机相比摩擦压力机，可提高生产效率30%以上；节约原材料，数控电动螺旋压力机由于打击精度高，比摩擦压力机锻件要节约10%以上的原材料；节约人工，数控电动螺旋压力机可实现1人作业，甚至无人作业，比摩擦压力机减少2-3名操作者；减少废品损失，数控电动螺旋压力机成形进度高，工件尺寸公差可控制在0.15mm以内，比摩擦压力机小80%以上，废品损失比摩擦压力机下降50%以上；降低模具费用，数控电动螺旋压力机打击时拥有智能控制，可减轻模具载荷，模具使用寿命比摩擦压力面提高20%以上；节能环保，数控电动螺旋压力机当滑块停止时，主电机同时停止运转，而摩擦压力机则是在持续运转，经实际测算可节约35%以上的电耗.同时在生产过程中噪音和震动非常小，适用于居民作业；节约维修费用，比摩擦压力机故障率低，方便维护，可降低维修费用50%以上；结构简单，打击力大，数控电动螺旋压力机采用双电机驱动和齿轮传动方式，传动效率高，打击力比同型号的摩擦压力机要大5%-10%；可进行程序锻造，数控电动螺旋压力机主机能按预先设置的每工步打击能量自动运行，能方便调整行程高度，回程位置准确，不会冲顶，特别适合大锻件连击锻打和薄件锻打，同时对设备的影响最小。
四、螺旋压力机的发展趋势
随着网络的发展及5G的推广，螺旋压力机在数控后的发展趋势应该是人工智能与网络化结合的发展趋势，解决人员短缺、提高产品质量，减少材料浪费及提高效率。螺旋压力机的发展趋势如下例：由1台自动上料机、1台中频炉、1台电动螺旋压力机、1台预锻冲床、1台切边冲床、1台自动喷墨机、1台自动飞边推料机和3台6轴工业机器人组成。锻造生产工艺流程简述：中频加热炉冲床预锻制坯电动螺旋压力机精锻成型开式冲床切边。基于可编程控制器PLC的现场总线，构成连接智能现场设备、机器人和自动化系统的全数字、开放的通信网络，多机器人协同操作和智能控制、模锻生产线自动运行、生产过程的全方位监控，实现了主体设备与自动化设备/控制系统的协同操作和智能运行：智能装备的开发具有开放性，系统可方便地与其它现场设备进行智能集成。不同装备之间实现信息互联互通和有效集成实现了“工厂互联网”全覆盖；针对现场工艺要求可灵活定制对应的从自动线运行到监控的配套解决方案，基于三维模型的产品设计与仿真，建立产品数据管理系统，使产品的质量和技术得到实时监控，智能检测拓展；总线的高速通信保障了现场设备与工业机器人的紧密连接，将模锻自动生产线的生产节拍时间尽可能减少，使得每生产一件产品的质量状况都能第一时间在生产管理系统得以明确体现，使生产过程与生产管理系统对接；全数字通讯的总线连接方式，减少了不可控因素，加上物理层的抗干扰性与数据链路层的纠错能力，为系统在锻造的恶劣工况条件下的稳定运行提供保障。能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等信息，及时掌握现场真实数据及进度，系统数据处理及时、准确；系统具有对生产工况与现场设备进行在线故障诊断、报警、记录等功能，实现了在线智能维护及远程控制。智能系统的维护能够保障生产过程各项数据的采集、处理以及执行结果过程的准确性和及时性，达到智能生产、检测、识别和处理复杂工况的目的，同时采用各项远程监控功能，为用户提供远程智能服务，方便应用。生产节拍按5—7件/分钟质量指标：锻件不允许有裂纹、折叠、过烧等缺陷；锻件上下模错位<0.4mm；锻件氧化皮凹陷深度<0.4mm；锻件切边后残留飞边<0.4mm。
结论
新一轮科技革命和产业变革加速演进，以互联网为基础的新一代信息技术与制造业深度融合正在形成新的生产方式、产业形态、商业模式和经济增长点，制造业转型升级、创新发展迎来重大机遇。智能制造是基于物联网、云计算、大数据、移动互联网等新一代信息技术应用的新的制造模式，贯穿于企业设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有信息深度自感知、智慧优化自决策、精准控制自执行等功能，以智能工厂为载体，以关键制造环节智能化为核心，以端到端数据流为基础、以网络互联为支撑，有效缩短产品研制周期、降低运营成本、提高生产效率、提升产品质量、降低资源能源消耗。
参考文献
[1]孙友松、李明亮，螺旋压力机发展综述，CMET锻压设备与制造技术，2005，9；
[2]范宏才，現代锻压机械，北京，机械工业出版社，1994
[3]王凤喜，大锻件生产行业与锻造技术发展，锻压机械，2002，4