塑性成形设备-20-曲柄压力机.ppt

1 第二章 曲柄压力机 2 3 2.1 曲柄压力机的工作原理与型号分类 2.2 曲柄滑块机构的运动与受力分析 2.3 通用曲柄压力机主要零部件结构 4 2.1 曲柄压力机的工作原理与型号分类 一、曲柄压力机的 工作原理 二、曲柄压力机的 组成 三、曲柄压力机的 分类 四、曲柄压力机 型号表示 5 一、工作原理 通过 曲柄连杆机构 将电动机的旋转运动转 化为滑块的往复直线运动。 6 动画： 曲柄连杆机构 注意： 1、 动画中上死点位置有误！ 2、 两个名词： 上死点、下死点 比较：汽车发动机中活塞 -连杆 -曲轴的运动 7 曲 柄 压 力 机 原 理 图 8 1、 传动过程 电动机 1 大带轮 3、小齿轮 4 大齿轮 5、 曲柄 7 连杆 9 滑块 10、上模 11 皮带传动： 平带（易打滑）； V 形带（三 角带，不易打滑，可传递较大的动力） 9 2、 多级减速的目的 降低滑块每分钟的 行程次数 ； 增加滑块可承受的工作载荷。 3、飞轮、离合器、制动器的作用 飞轮：储存和释放能量 离合：飞轮和曲轴之间的离合 制动：使 曲轴、连杆、滑块 停止运动 10 二、曲柄压力机的组成 工作机构 传动机构 操作机构 能源部分 支承部分 辅助部分 11 1、 工作机构（设备的工作执行机构） 由曲柄、连杆、滑块组成，将旋转运动转 化为往复直线运动。 2、 传动机构 由 带传动 和 齿轮传动 组成，将能量传到工 作机构。传动过程中，转速逐渐降低，转矩逐 渐增加。 12 3、 操作机构 由离合器、制动器及相应的电气器件组成。 控制工作机构的运行状态，实现间歇或连续工 作。 4、 能源部分 由电动机和飞轮组成，开机后电动机对飞 轮进行加速。压力机短时工作能量由飞轮提供 （飞轮起作储存和释放能量的作用）。 13 是否每台压力机都必须有飞轮？ 14 5、 支承部分 由机身、工作台和紧固件组成，把压力机 所有零部件连成一个整体。 6、 辅助部分 气路系统、润滑系统、过载保护系统、气 垫、快换模、打料装置、监控装置等，起到提 高压力机的安全性和操作方便性的作用。 15 三、曲柄压力机的分类 1、 按机身结构来分 开式压力机 机身不封闭，呈 C形，操作方便，刚性差。 适用于小型压力机。 闭式压力机 机身为封闭框架，左右封闭，前后敞开， 刚性好。适用于中大型压力机。 16 开 式 压 力 机 17 闭 式 压 力 机 18 2、 按滑块数量来分 单动压力机：仅一个滑块 双动压力机 ：有内外两个滑块，适合于大 型制件的拉深成形。能够实现： o 恒定压边间隙 （曲柄压力机）； o 恒定压边力 （液压机）。 了解：板料拉深成形对压边的要求 19 20 3、 按连杆数量来分 单点压力机（ 1个连杆） 双点压力机（ 2个连杆） 四点压力机（ 4个连杆） 4、 按传动系统所在位置来分 上传动压力机 下传动压力机（设备重心低，运行稳定） 21 22 23 注意： 图中有几根曲轴 曲轴旋转的方向 为什么？ 24 5、 按工艺用途来分 通用曲柄压力机 拉深压力机 热模锻压力机 冷挤压机 了解成形工艺对设备力、能、行程的要求！ 25 四、曲柄压力机的型号 根据 JB/T9965-1999的规定，曲柄压力机型 号由 汉语拼音、英文字母和数字 表示： J ( ) ( ) 26 例如： JA23-63A（若是标准型号，则第 2、 7位无内容） 第 1位：类代号（ J：机械压力机； Y：液压机） 第 2位：变形设计代号（表示次要参数在基本型号上所 作的改进，以 A、 B、 C表示） 第 3位：压力机组别（ 2：开式曲柄压力机； 3：闭式曲 柄压力机） 第 4位：压力机型别（ 1：固定台式曲柄压力机； 2：活 动台式曲柄压力机） 第 5位：分隔符 “ -” 第 6位：公称压力（ X10KN） 第 7位：改进设计代号（对设备的结构和性能所作的改 进，以 A、 B、 C表示） 27 28 可 倾 式 曲 柄 压 力 机 29 工作台类型： O 固定台 O 可倾台 O 升降台 O 可移动台 O 回转台 30 2.2 曲柄滑块机构的运动与受力分析 一、曲柄滑块机构的运动分析 二、曲柄滑块机构受力分析 31 一、曲柄滑块机构的运动分析 滑块 位移 与曲柄转角的关系 滑块 速度 与曲柄转角的关系 滑块 加速度 与曲柄转角的关系 先按教材上的公式讲，看看有什么问题 32 t )c o sLc o sR()LR(s 1、 滑块位移与曲柄转角的 关系 设曲柄半径为 R，连杆 长度为 L，滑块速度 v向下 为正， s 为 B点距下死点的 距离 (滑块位移 2R-s)，有： 33 令： 则有： 采用幂级数展开，并取近似得： 22 s in111)c os1(Rs L R 2c os1 4 )c os1(Rs 34 2、 滑块速度与曲柄转角的关系 滑块速度： 2s in 2 s inR d ds . dt d . d ds dt ds dt )sR2(d v 35 3、 滑块加速度与曲柄转角的关系 加速度（向下为正）： 2c o sc o sR 2s in 2 s inR d d . d dv . dt d . d dv dt dv a 2 36 对照 s、 v、 a的公式，看看该图有何问题 37 还是看看 EXCEL图形吧 38 注意： 1） 上、下死点在曲线何处？ 2） 滑块从何处开始运动？又停于何处？ 3） 曲柄旋转一周，位移、 v、 a有何特点？ 4） a、 v、位移之间的积分关系是否满足？ 5） 各条曲线的走向问题。 其实，这个图应该这样看 39 扭别太，图看向方个这从 40 还是改改角度 ( 从 180 变到 -180 ) ，重新 看看 EXCEL图形吧 41 最好采用以下设置： 坐标原点取在下死点 (设此处 =0)，则曲柄旋 转过程中 ，滑块位 移为 s，位移、速度、加 速度均向上为正！ t. 42 此时滑块位移及速度分别为： 该式与原公式相同，但原公式用 2R-S表示位移。 2c os1 4 )c os1(Rs 2s in 2 s inR d ds . dt d . d ds dt ds v 43 滑块加速度为： 该式与原公式差一个负号。 按照上述三个 公式，加速度、速度、位移三条曲线该怎么改 变？ 2c osc osR 2s in 2 s inR d d . d dv . dt d . d dv dt dv a 2 44 45 二、曲柄滑块机构受力分析 1、 理想状态下 (忽略摩擦 ) 46 t a n. c o s FQ F F AB 导轨受力： 连杆受力： 1） 连杆和导轨的受力 设工件变形力为 F 并近似认为滑块处于静 力平衡状态，则： 47 2） 曲轴受扭矩 设工件变形力为 F,并 近似认为滑块处于静力平 衡状态，则： )s in.c osc os.( s in. )s in (. . RF RF ODFM AB AB ABL 48 由于： 则： )2s in 2 ( s in. )s in (. . RF RF ODFM AB ABL s in.s in 1c os FF AB 49 上述分析表明： 变形力 F 一定时， 角越大，则曲轴所受 的扭矩 越大，压力机易闷车。 当 一定时，机构能够承受的变形力随 角的减小而增加。即在 =0 时机构能够 承受的变形力最大。 看看 EXCEL图形 LM LM 50 显然，机构能够承受的变形力与曲柄转角 角有关， 那这个设备的吨位究竟算多少呢？ 51 公称压力角 、公称压力 、 公称压力行程 。 思考：如何确定 剪板机 和 拉深压力机 的公称压 力和公称压力角？ g gF 52 公称压力角处： 由于设备能够承受的扭矩是恒定的，以 为 计算依据，则设备允许的最大受力： )2s in 2 ( s in. ggggL RFM gLM )2s in 2 ( s in gg gL R M F 53 3） 压力机许用负荷图 54 注意： 在公称压力行程以外，压力机能够承受的 力小于公称压力； 在公称压力行程以内，模具工艺力也不能 大于公称压力； 把许用负荷图作为选择设备的依据。若缺 乏许用负荷图，应使设备 在公称压力及公 称压力行程范围内工作 。 55 2、 实际情形下曲柄滑块机构的受力与许用负 荷图 （考虑摩擦） o 曲轴支承颈和轴承之间 o 曲柄颈和连杆轴承之间 o 连杆销和滑块之间 o 滑块和导轨之间 56 57 2.3 通用曲柄压力机主要零部件结构 一、曲柄滑块机构 二、机身 三、离合器与制动器 四、动力与传动系统 五、辅助装置 58 一、曲柄滑块机构 提供模具工作所需的成形力和位移，同时 提供一些辅助功能（如：装模高度调节、过载 保护、顶件等）。 1、 几种典型的曲柄滑块机构 曲轴式 偏心齿轮式 偏心轴式 曲拐轴式 59 曲轴、连杆 60 61 1） 曲轴式 偏心距固定不变，压力机行程不能调节， 适用于行程较大的中小压力机。 2） 偏心轴式 偏心距及行程可调节（加偏心套）。 3） 曲拐轴式 偏心距及行程可调节（加偏心套）。 62 注意： 以上三种结构，曲轴同时受 弯矩 和 扭矩 作 用！ 当扭矩仅从曲轴一端传入时，曲轴各段的 受力情况如何？ 63 64 4） 偏心齿轮式 偏心齿轮由谁来驱动？有何作用？芯轴是 否转动？ 芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受扭矩作用，负 荷分配合理，制造方便； 芯轴直径较大，有一定的磨损。适用于中 大型压力机和冷挤压机。 65 此处重点分析偏心齿轮工作时的受力情况 然后，看看这些设备采用了何种曲柄滑块 机构 66 67 68 69 飞 轮 哪 去 了 ？ 70 南孚的，飞轮呢？ 71 模具很不错，润滑和冷却相当好！ 72 生产 5号电池壳的，速度很快（ 160次 /分） 73 曲轴式 注意： 轴瓦 压塌块 模具安装 调节螺杆 打料横杆 74 模具安装 75 注意： 1） 此类连杆与滑块铰接处为何用球头？ 2） 连杆长度的调节（装模高度的调节） 手动调节（小型压力机，滑块较轻时） 机动调节 3） 如何打料？ 4） 设备过载保护装置 对压塌块剪切后产生的高度差有何要求？ 76 前面讲过：把许用负荷 图作为选择设备的依据。 若缺乏许用负荷图，应 使设备 在公称压力及公 称压力行程范围内工作 。 则要求： H1 H2 公称压力行程！ 77 偏心齿轮式 注意： 飞轮呢？ 连杆长度如何调？ 又用轴瓦？ 轴瓦怎么制造的？ 78 曲拐轴式 注意： 上面那个红 色的零件 轴瓦的位置 79 2、 滑块行程的调节（加偏心套） 注意： 连杆装在哪里？ 曲拐轴回转中心在哪里？滑块行程 =？ 80 3、 装模高度的调节方式 调节连杆长度 调节滑块高度 调节工作台高度 调节行程（偏心距） 两个概念（见下页图）： 最大装模高度 装模高度调节量 81 82 调 节 滑 块 高 度 83 注意： 调节连杆长度就能调节装模高度，为什么 还要用调节滑块高度呢？ 84 4、 过载保护装置 压塌块式过载保护装置 液压式过载保护装置 注意：哪个面被剪切？双面剪切为何不等厚？ 85 注意： 阀的结构 油路 虚线？ 读懂图！ 86 溢流阀 注意油管孔径！ 87 三位四通电磁阀 88 5、 模具的装夹和打料机构 1） 模具的装夹 上模： 模柄孔 小型模具 模柄孔、压板 中小型模具 压板、螺钉紧固 中大型模具 气压快速夹持器 快换模设备 下模： 压板、螺钉紧固 89 90 91 2） 打料机构： 刚性打料、气动顶料 92 二、机身 1、 开式机身 93 94 2 、 闭 式 机 身 95 注意： 为什么要预紧？预紧力多大为好？ 96 三、 离合器与制动器 想想： (机械零件 )离合器和联轴器有何区别？ 97 1、 离合器（ 刚性离合器、摩擦离合器 ） 思考： 为什么要离合？ 实现间歇工作； 考虑安全； 节能； 便于给飞轮补充能量。 98 最好在何处离合？ 传动到飞轮后即离合。 为何不在靠近电机处离合？ （和 汽车离合器的位置 进行比较） 没有飞轮的压力机呢？ 离合器 “ 离 ” 后设备的运动？ 怎么离合？ 99 汽车离合器的位置： 靠近动力源 100 汽车离合器的位置： 101 1） 刚性离合器 依靠刚性结合零件使主动、从动部件产生 连接或分离。 转键式 （单转键、双转键）：最常见 滑销式 牙嵌式 滚柱式 102 (1) 转键式离合器的结构和工作原理 工作原理 依靠转键的转动来实现 飞轮和曲轴的分离 和接合 。 转键的结构 103 104 离合过程 注意： 关闭器、弹簧及尾板的动作。 曲轴旋转一周有几个位置可以离合？ 工作机构何时动能最大？最小？ 最好在滑块行程中的何处离合？ 上死点处 (便于装模，动能小易制动 ) 105 双转键离合器主键和副键的作用 双 转 键 ：一个主键、一个副键 主键的作用 ：传递工作载荷和能量 副键的作用： 主要是 避免 “ 超前运动 ” 106 副键的作用： 主要是 避免 “ 超前运动 ” 从动件 运动速度比 主动件 还快！ 想一下汽车的 “ 反拖 ” 107 副键的作用： 在滑块下行时，防止因曲柄滑块机构 自重，造成曲柄转动超前于大齿轮而 造成工作键与大齿轮冲击； 可防止滑块回程时，由于拉深垫或弹 性压边圈的回弹力而引起超前； 调整模具时，能使曲柄反转。 108 离合器的灵敏度 注意：图中的四个槽 两个槽时：最长需要等飞轮转过一周，曲 轴和飞轮才能接合。 四个槽时：最长需要等飞轮转过 1/4周， 曲轴和飞轮就能接合。 109 110 (2) 转键 式离 合器 的操 作机 构 111 (3) 转键式离合器的特点 结构简单，易于制造 刚性结合，冲击较大 不能 寸动 不能紧急停车，只能停在 上死点 ，安全性 不高。 该种离合器多用于小型压力机。目前已较 少使用，不够安全。 112 2） 摩擦离合器 (1) 分类 按照摩擦面的形状分： 圆盘式 浮动镶块式 圆锥式 113 浮动镶块式摩擦离合器 114 按照工作环境分： 干式：摩擦单元露在空气中 湿式：摩擦单元浸在油里 115 (2) 工作原理 通过摩擦盘使主动部分（飞轮）和从动部 分（曲轴）分离或接合。 注意： o 区分主动、从动、静止三个部分 o 主动部件和从动部件的的离、合 离合器 o 主动部件和 始终静止 部件的离、合 制动器 o 常态下：离合器处于离的状态（曲轴不转） 116 离合、制动动作如何协调？ 同时进气同时排气 117 离合、制动的动作 如果不 协调 ？ 想想：同时踩下汽车（前驱、后驱）的 油门 和 制动 （手刹、脚刹）会有什么效果？ 如：前驱 + 脚刹 - 前驱 + 手刹 - 如果同时将 方向盘打死 又怎么样？ 118 (3) 摩擦离合器的特点 优点： 结合平稳，无冲击，噪声小 能在任意时刻进行离合，较为安全 可寸动（与制动器配合可随时进行 紧急刹车） 缺点： 结构复杂，成本高 需要压缩空气作动力源 119 项目 摩擦离合器 刚性离合器 曲柄在任何位置都能接合与脱开 能 不能 微动，紧急停止 能 不能 高速性（在高速下能使用） 良好 不良 吨位限制 无限制 不能用于大吨位 防止超负荷 能 不能 安全性 良好 较差 接合时的冲击 平稳 大 结构 复杂 简单 接合面相对滑动 有 无 摩擦离合器与刚性离合器的比较 120 2、 制动器 圆盘式制动器（如：摩擦制动器） 闸瓦式制动器 带式制动器（偏心式、凸轮式、气动式） 121 1） 摩擦制动器 122 2） 带式制动器 偏心带式制动器 凸轮带式制动器 气动带式制动器 123 124 偏心带式制动器 制动力特点 : o 整个行程中始终存在着制动作用 o 滑块下行时制动力逐渐减小 o 滑块上行时制动力逐渐加大 125 126 气动带式制动器： 进气时弹簧受压缩，制 动带松开，排气时弹簧拉紧制动带，产生制动 作用。 气动带式制动器 和摩擦离合器配合使用， 可在任意角度制动曲轴，这与经常有制动作用 的制动器相比，可降低能耗和摩擦材料的磨损。 思考：凸轮带式制动器的工作原理 127 凸轮带式制动器 制动力特点 : o 整个行程中始终存在着制动作用 o 滑块下行时制动力较小且恒定 o 滑块上行时制动力较大且恒定 气动带式制动器 制动力特点 : o 整个行程中始终存在着制动作用 o 平时制动力较小且恒定 o 制动工程中 (气缸排气 )制动力较大且恒定 128 总结： 1） 整个行程中 带式制动器 始终存在着制动作 用，这会增加设备的能耗，加速摩擦材料 的磨损。因此该种制动器常与刚性离合器 配合用于小型压力机。 2） 带式制动器 的制动力是由弹簧提供的，有 弹簧的制动器比仅用气缸制动的制动器工 作更可靠。 3） 带式制动器 结构简单，散热条件好，但制 动力矩较小，只适用于小型压力机。 129 2.4 曲柄压力机主要技术参数及选用 一、主要技术参数 二、曲柄压力机的选用 130 一、主要技术参数 1、 公称压力 曲柄旋转到公称压力角时，滑块允许承受 的最大作用力。 2、 公称压力行程 曲柄从公称压力角旋转至下死点时，滑块 所走过的距离。 131 3、 最大装模高度 装模高度：滑块处于下死点时，滑块下表 面到 工作台垫板上表面 之间的距离。 最大装模高度：装模高度调节装置将滑块 调到最高位置，且工作台调到最低位置时 的装模高度值。 装模高度调节方法： 调节连杆长度 ；调节滑块高度； 调节工作台高度；调节偏心距（行程）。 132 133 4、 装模高度调节量 装模高度调节装置所能调节的最大距离。 5、 压力机封闭高度 当滑块处于下死点时，滑块下表面到 工作 台上表面 之间的距离。它和装模高度之差等于 垫板的厚度。 134 注意： 模具的封闭高度： 指模具在最低工作 位置时，上模板的上表面与下模板的下表面之 间的距离。 模具的封闭高度应与压力机的装模高度相 适应，要求：模具的封闭高度 最大装模高度 模具的存放和安装： 在模具闭合状态 （在最低工作位置）下存放和安装。 135 6、模柄孔尺寸 7、工作台尺寸 8、漏料孔尺寸 9、滑块行程、滑块行程次数 136 137 二、设备选用（举例说明） 1、 计算变形力 这是选择设备吨位的主要依据，还要考虑 推料力、顶料力、卸料力 等，注意： 不同冲压工序的力 -行程曲线； 单工位模具、复合模、连续模的力 -行程曲 线； 压力机的许用负荷图。 138 2、 变形能的确定（一般不考虑） 短时变形能由飞轮提供； 电机不断给飞轮补充能量； 大致估算电机功率是否足够。 （根据公称压力、公称压力行程、行 程次数 估算电机功率 ） 139 3、设计模具、根据变形力初选设备 有能力 ：校核变形力、变形能； 装得上 ：校核安装尺寸（上、下模板尺寸， 封闭高度，模柄尺寸等）； 行程够 ：校核行程； 能漏料 ：校核漏料孔尺寸。 4、协调模具和设备，最终选定设备 140 上一章 当前：第二章 下一章（ 2.5）