機(jī)械壓力機(jī)上螺紋鎖緊的應(yīng)用
在機(jī)械壓力機(jī)http://lyjingtong.com/的工作環(huán)境中，螺紋鎖緊作為一種重要的鎖緊方式，被廣泛應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景。這種鎖緊方法不僅具有高精度、高可靠性，而且在使用過(guò)程中表現(xiàn)出良好的性能和穩(wěn)定性。本文將詳細(xì)介紹螺紋鎖緊在機(jī)械壓力機(jī)中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)。
一、螺紋鎖緊的原理
螺紋鎖緊是通過(guò)利用螺紋的螺旋升角和摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的鎖緊。當(dāng)螺栓與螺母旋合時(shí)，螺紋之間的摩擦力會(huì)產(chǎn)生預(yù)緊力，從而實(shí)現(xiàn)鎖緊效果。這種鎖緊方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
二、機(jī)械壓力機(jī)上螺紋鎖緊的應(yīng)用
用于連接和固定部件
在機(jī)械壓力機(jī)中，螺紋鎖緊可以用于連接和固定各種部件。例如，可以將螺栓與螺母配合使用，將壓力機(jī)的上下工作臺(tái)連接在一起，或者將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的軸和軸承座固定在一起。通過(guò)調(diào)整螺栓的預(yù)緊力，可以保證各部件之間的連接牢固可靠。
用于調(diào)整和保持精度
螺紋鎖緊還可以用于調(diào)整和保持機(jī)械壓力機(jī)的精度。例如，可以通過(guò)調(diào)整螺栓的預(yù)緊力來(lái)調(diào)整工作臺(tái)的平行度、垂直度等精度指標(biāo)。同時(shí)，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于各部件的磨損和變形，可能會(huì)導(dǎo)致壓力機(jī)的精度下降。此時(shí)，可以通過(guò)重新調(diào)整螺栓的預(yù)緊力來(lái)恢復(fù)壓力機(jī)的精度。
用于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)
螺紋鎖緊還可以用于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。當(dāng)機(jī)械壓力機(jī)在工作過(guò)程中遇到超過(guò)其承受能力的異常載荷時(shí)，螺栓和螺母之間的摩擦力可以起到緩沖作用，從而保護(hù)壓力機(jī)和操作人員的安全。
三、螺紋鎖緊的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便：螺紋鎖緊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可以快速實(shí)現(xiàn)物體的鎖緊。
?。?）高精度、高可靠性：螺紋鎖緊具有高精度和高可靠性，能夠滿足各種不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
?。?）良好的性能和穩(wěn)定性：螺紋鎖緊在使用過(guò)程中表現(xiàn)出良好的性能和穩(wěn)定性，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持鎖緊狀態(tài)。
?。?）可重復(fù)使用：螺紋鎖緊可以重復(fù)使用，適用于需要經(jīng)常拆卸和重新安裝的場(chǎng)合。
缺點(diǎn)
（1）對(duì)螺紋的加工精度要求較高：螺紋鎖緊對(duì)螺紋的加工精度要求較高，如果加工不良會(huì)導(dǎo)致鎖緊效果下降。
?。?）可能會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力：螺紋鎖緊可能會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力，從而影響物體的精度和穩(wěn)定性。
?。?）不適用于高溫、高濕度等惡劣環(huán)境：在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境下，螺紋鎖緊容易生銹、腐蝕，影響其使用壽命和可靠性。
四、總結(jié)
螺紋鎖緊在機(jī)械壓力機(jī)中具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，其優(yōu)點(diǎn)包括結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、高精度、高可靠性等。然而，也存在一些缺點(diǎn)如對(duì)螺紋加工精度要求較高、可能產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力等。在實(shí)際使用過(guò)程中，需要根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的鎖緊方式，并注意在惡劣環(huán)境下采取有效的防腐措施，以確保機(jī)械壓力機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和延長(zhǎng)其使用壽命。
機(jī)械壓力機(jī)在使用過(guò)程中，調(diào)節(jié)裝模高度的螺紋副需要螺紋鎖緊。由于螺紋間隙的存在，依靠螺紋副本身的自鎖作用，不能完全滿足鎖緊要求。因此在螺紋副處會(huì)增加機(jī)械式或者液壓式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)。
機(jī)械壓力機(jī)是常見(jiàn)的機(jī)械加工通用設(shè)備之一。其主要運(yùn)動(dòng)原理是通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)坯料進(jìn)行沖裁或者成形加工。為了適應(yīng)不同高度的模具，設(shè)計(jì)機(jī)械壓力機(jī)時(shí)會(huì)增加裝模高度調(diào)整結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)裝模高度的無(wú)級(jí)調(diào)整，多采用螺紋副形式，依靠螺紋副旋入旋出帶動(dòng)滑塊在機(jī)架中升降，改變機(jī)械壓力機(jī)的裝模高度。如果螺紋副之間發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，或者螺紋副間有軸向間隙，機(jī)械壓力機(jī)的裝模高度就會(huì)發(fā)生變化。在實(shí)際的沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，如果裝模高度發(fā)生變化，模具閉合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過(guò)緊或者過(guò)松的情況，沖壓的零件質(zhì)量就難以得到保證。為保證沖壓件的成品率，工作中的機(jī)械壓力機(jī)是不允許裝模高度產(chǎn)生變化的，所以就必須保證螺紋副是鎖緊狀態(tài)。
機(jī)械壓力機(jī)的螺紋副自鎖作用
機(jī)械壓力機(jī)裝模高度調(diào)整結(jié)構(gòu)的螺紋副多采用更適合機(jī)械運(yùn)動(dòng)的梯形螺紋形式，梯形螺紋的螺紋升角為：
梯形螺紋的當(dāng)量摩擦角為：
其中λ——螺紋升角；S——導(dǎo)程；d2——中徑；ρ'——當(dāng)量摩擦角；f——摩擦副的摩擦因數(shù)；α——牙型角。
當(dāng)λ≤ρ'，即梯形螺紋的螺紋升角≤當(dāng)量摩擦角時(shí)，該螺紋副即具有自鎖功能。
根據(jù)國(guó)家梯形螺紋標(biāo)準(zhǔn)，牙型角采用標(biāo)準(zhǔn)的30°；標(biāo)準(zhǔn)的螺紋升角一般取λ≤4°30'；而機(jī)械壓力機(jī)裝模高度調(diào)整結(jié)構(gòu)的螺紋副摩擦因數(shù)一般在0.1左右。所以通常情況下，機(jī)械壓力機(jī)的裝模高度調(diào)整結(jié)構(gòu)的螺紋副本身具有自鎖特性，可以防止沖壓過(guò)程中螺紋副發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)而造成裝模高度產(chǎn)生變化。
螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)在機(jī)械壓力機(jī)中的應(yīng)用
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為了保證螺紋副順利地旋入旋出，螺紋副之間是存在配合間隙的。例如我公司公稱力為1600kN的機(jī)械壓力機(jī)，模高調(diào)整的螺紋副加工技術(shù)要求：配合后徑向間隙不得大于0.05mm，軸向綜合間隙不得大于0.15mm，而影響裝模高度的主要因素是螺紋副的軸向間隙。為了消除軸向間隙帶來(lái)的影響，通常會(huì)在螺紋副上面增加額外的螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)。螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)一般采用機(jī)械式和液壓式兩種。
機(jī)械式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)
機(jī)械式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)類型是機(jī)械防松，其方案是增加一個(gè)螺紋副徑向的機(jī)械預(yù)緊結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)可以使牙型角能并且只能沿螺紋副的徑向移動(dòng)，最終會(huì)使牙型角上的摩擦面接觸，從而消除螺紋副間的軸向間隙。而且還可以增大螺紋副徑向壓力，從而增大螺紋副的摩擦力矩，達(dá)到螺紋鎖緊的目的。
1為我公司JC23-63型機(jī)械壓力機(jī)的機(jī)械式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)示意，螺紋套、鎖緊螺套甲、鎖緊螺套乙共同組成內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)，其中鎖緊螺套甲和鎖緊螺套乙為活塊結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)自由度只有沿螺紋副的徑向，并且由螺栓螺母組合以及頂緊螺釘預(yù)緊。調(diào)節(jié)螺桿為外螺紋結(jié)構(gòu)，內(nèi)、外螺紋結(jié)構(gòu)共同組成調(diào)節(jié)裝模高度的螺紋副。當(dāng)螺栓螺母組合以及頂緊螺釘對(duì)鎖緊螺套甲和鎖緊螺套乙進(jìn)行預(yù)緊時(shí)，內(nèi)外螺紋副會(huì)發(fā)生徑向的相對(duì)移動(dòng)，最終使螺紋副的牙型角的摩擦面接觸，這樣軸向間隙就會(huì)被消除，螺紋徑向移動(dòng)示意如2所示。
1 JC23-63型機(jī)械壓力機(jī)的機(jī)械式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)示意
1-螺紋套2-調(diào)節(jié)螺桿3-鎖緊螺套甲4-鎖緊螺套乙5-螺栓螺母組合6-頂緊螺釘
2螺紋徑向移動(dòng)示意
f0為螺栓螺母5和頂緊螺釘6預(yù)緊力合力沿螺紋副徑向的分力，在預(yù)緊力f0的作用下，螺紋副發(fā)生徑向的相對(duì)移動(dòng)，原本軸向間隙S1就會(huì)被消除。而同樣在f0的作用下，螺紋副的摩擦力矩MV也會(huì)增大，如下：
MV——螺紋副摩擦力矩；d2——螺紋中徑；F——螺紋副軸向載荷，在此處取螺紋鎖緊預(yù)緊結(jié)構(gòu)沿螺紋副軸向的分力；λ——螺紋升角；ρ'——當(dāng)量摩擦角；f0——螺紋鎖緊預(yù)緊結(jié)構(gòu)沿螺紋副的徑向分力。
由上可知，裝模高度調(diào)節(jié)螺紋副上所增加的機(jī)械鎖緊結(jié)構(gòu)，不但消除了軸向間隙，而且還增加了螺紋副的摩擦力矩，使其在使用的過(guò)程中更不容易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，保證沖壓工作時(shí)的裝模高度。但是這種機(jī)械結(jié)構(gòu)每次更換模具調(diào)整裝模高度時(shí)都需要松開(kāi)和預(yù)緊，并且需要人工進(jìn)行調(diào)整。而且在受到較大振動(dòng)或者比較頻繁的交變載荷時(shí)，機(jī)械鎖緊結(jié)構(gòu)可能會(huì)松弛并且失效。所以只適合規(guī)格比較小需要人工去操作的設(shè)備，以及大批量生產(chǎn)、不需要經(jīng)常調(diào)整裝模高度以及振動(dòng)相對(duì)較少、受交變載荷頻率較小的生產(chǎn)場(chǎng)合，有一定的使用局限性。
液壓式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)
液壓式的螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)類型是摩擦防松，其方案是增加螺紋副軸向的液壓預(yù)緊結(jié)構(gòu)。這樣不但可以依靠牙型角沿螺紋軸向移動(dòng)從而直接消除螺紋副的軸向間隙，而且可以在螺紋副上增加一個(gè)不隨外力變化的正壓力，以產(chǎn)生一個(gè)可以阻止螺紋副相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力，保證螺紋副在受到?jīng)_擊、振動(dòng)和交變載荷的情況下鎖緊也不會(huì)失效。
3是我公司JF75G-260型機(jī)械壓力機(jī)的液壓式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)的示意，螺紋套和調(diào)節(jié)螺桿組成螺紋副，螺紋套和調(diào)節(jié)螺桿中間有一個(gè)活塞，活塞上面有高壓密封圈。螺紋套底部有高壓進(jìn)油孔，當(dāng)高壓油進(jìn)入螺紋套后會(huì)被活塞和高壓密封圈封死在高壓油腔里，我們稱之為液壓墊。液壓墊里的油通過(guò)對(duì)活塞產(chǎn)生正壓力fn并傳遞到調(diào)節(jié)螺桿端部。這個(gè)正壓力會(huì)壓緊螺紋副，從而消除軸向間隙，螺紋軸向移動(dòng)示意如4所示。
3 JF75G-260型機(jī)械壓力機(jī)的液壓式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)示意
1-螺紋套2-調(diào)節(jié)螺桿3-活塞4-高壓密封圈5-液壓墊6-高壓進(jìn)油孔
4螺紋軸向移動(dòng)示意
同時(shí)正壓力fn還可以提供螺紋的摩擦力矩MV，如下：
MV——螺紋副摩擦力矩；d2——螺紋中徑；fn——螺紋副軸向載荷，在此處由液壓鎖緊結(jié)構(gòu)提供；λ——螺紋升角；ρ'——當(dāng)量摩擦角；p——液壓墊壓強(qiáng)；D——活塞直徑。
由上可知，裝模高度調(diào)節(jié)螺紋副上所增加的液壓鎖緊結(jié)構(gòu)，不但可以直接消除螺紋副間的軸向間隙，而且還增加了螺紋副的摩擦力矩，使其在使用的過(guò)程中更不容易產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，保證沖壓工作時(shí)的裝模高度。由于液壓系統(tǒng)采用電磁閥控制，所以不需要人工去調(diào)節(jié)，更適合人工不易操作的大型設(shè)備以及一些小批量頻繁換模的工況。部分液壓系統(tǒng)會(huì)采用一些液壓鎖以及補(bǔ)壓油路，所以可以使液壓墊的壓強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間保證穩(wěn)定，因此也更適合較大振動(dòng)或者比較頻繁的交變載荷的工況。由于增加了液壓系統(tǒng)，所以液壓螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)的成本較機(jī)械鎖緊結(jié)構(gòu)會(huì)更高一些。
結(jié)束語(yǔ)
在實(shí)際生產(chǎn)中，機(jī)械壓力機(jī)裝模高度調(diào)整結(jié)構(gòu)中螺紋副的鎖緊至關(guān)重要，由于螺紋副間存在軸向間隙，所以依靠螺紋副本身的自鎖作用并不能完全滿足需求。所以通常會(huì)在螺紋副處增加機(jī)械式或者液壓式螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)。結(jié)合兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)可知液壓螺紋鎖緊結(jié)構(gòu)效果更穩(wěn)定，使用更方便，雖然在成本上稍微高一些，但是也越來(lái)越多地應(yīng)用在機(jī)械壓力機(jī)上。
