材料成形设备(锻压)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,/151,*,Equipment of material forming,材料成形设备,1,/151,本课程的学习内容与要求,主要学习成形生产中常用各种设备的工作原理、结构特点、适用工艺、使用要点等,是一门综合性应用类课程，要求在学习中注意应用过去学过的知识，如力学、机械学、液压与气动、电器控制等,设备与工艺密切相关，本课程的学习应与塑性加工工艺、塑料成型工艺、压铸工艺等课程视为一个有机整体进行学习,注重实际，与实习和实验结合起来,2,/151,学完本课程后应达到的目标,掌握常用成形设备的工作原理、结构特点和性能指标,掌握常用成形设备的适用工艺和范围，能根据不同的工艺要求正确选择设备的种类、结构、参数,了解成形生产中的一些专用设备的使用情况,3,/151,考核方法,考试课，闭卷考试,成绩由三部分组成：,平时成绩,实验,考试,4,/151,成形的概念,成形（,Forming,）,在外部压力作用下，通过材料的塑性变形使坯料获得模具所给定的形状和尺寸,成型（,Molding,）,在外部压力作用下，通过材料的流动填充获得与模腔形状和尺寸相一致的零件,三要素,外部作用力（设备）、材料性能（塑性、流动性）、模具（形状、尺寸）,5,/151,成形设备的作用,为各类成形工艺服务，借助于模具进行生产,与工艺的关系：,A.,新工艺,新设备,B.,新设备,新工艺,一个国家工业生产的重要组成部分，表现在：,A.,完成生产的重要手段,B.,国家工业基础和技术水平的重要标志,6,/151,7,/151,8,/151,9,/151,10,/151,我国成形设备发展的几个阶段,1949,年以前，只能进行小型设备的修配,解放初, 50,年代末，测试、仿制、引进,50,年代末, 70,年代末，由测绘仿制到自行设计制造,70,年代末, 90,年代中，高速发展（引进技术、新技术新成果应用）,90,年代中期以来，新一轮高速增长（自主开发、专业化生产）,11,/151,标志性设备,12,/151,标志性设备,13,/151,标志性设备,14,/151,标志性设备,15,/151,标志性设备,16,/151,标志性设备,17,/151,标志性设备,18,/151,我国成形设备的现状,已成为国民经济中一支举足轻重的力量,到,2000,年，各类成形设备年产值超过,100,亿,能满足国内各行业的大部分需求：,类别较齐全、完善，已形成装备体系,拥有最强大的技术队伍,形成一定规模的科研、生产、销售能力,仍然是国家工业体系中的薄弱环节, 技术工艺落后，设备性能和可靠性不高, 产品品种不能完全满足成形生产的需要, 缺少具有自主知识产权的高档产品,成套连线进展缓慢，设备数控化水平低,19,/151,目前国际上的发展趋势,数控技术全面进入成形设备的生产和改造,加工精度提高、高精设备比重加大,高速、高效、多功能,设备规格向两极发展,绿色生产日益受到重视,20,/151,本课程涉及设备,曲柄压力机,液压机,塑料挤出机,塑料注射成型机,压铸机,双动拉深压力机,热模锻压力机,螺旋压力机,锻锤,剪板机,板料折弯机,高速压力机,数控冲模回转头压力机,21,/151,曲柄压力机的工作原理,三大类锻压设备之一,可用于多种成形工艺，如冲压、挤压、模锻、精压、粉末冶金、剪切等,实质,利用曲柄连杆机构将电动机的旋转运动转变为滑块的往复运动,22,/151,曲柄压力机的工作原理,23,/151,曲柄压力机的工作原理,24,/151,曲柄压力机的结构组成,能源系统,为设备运行提供能量（电动机、飞轮）,传动系统,传递能量至工作机构（传动轴、皮带轮、齿轮等）,工作机构,将曲轴的旋转变为滑块的往复运动（曲柄、连杆、滑块等）,操纵与控制系统,控制设备的运行（离合器,-,制动器、电子监测装置等）,支承部件,将机器各部分连为一个整体并承受工作负荷（机身、导轨等）,辅助机构,如安全生产、润滑、气垫等,25,/151,应注意！,曲柄压力机具有,短期高峰负荷,的特点（工作角度范围,模具闭合高度,最小装模高度,对小模具，必要时可加装垫板,39,/151,曲柄压力机的主要技术参数,（五 ）工作台尺寸与滑块底面尺寸,单位,mm,mm,定义,工作台上表面（滑块下表面）可用于安装模具的有效尺寸，一般为左右,前后,反映了压力机工作空间的平面尺寸,影响可安装模具的大小,决定压力机的平面轮廓,过大时应有移动工作台,还要注意模柄孔、工作台孔和顶杆孔的位置和分布,40,/151,曲柄压力机的主要技术参数,（六）其他,喉深（,mm,）,开式压力机滑块中心线到机身的距离（,p48,图,2-36,）,气垫力（,kN,）,气垫的作用力,气垫行程（,mm,）,气垫的最大行程,地面以上（下）高度（,mm,）,压力机安装后地面以上（下）部分的高度,设备总重量（,T,或,kg,）,电动机总功率（,kW,）,41,/151,曲柄滑块机构的运动规律,坐标原点为下死点，方向向上,可得：,s = ( R+L ) - ( R,cos,+ L,cos,),令：,= R / L,将,上式简化、整理，可得：,s,= R (1-cos,) +,(1-cos2,) / 4 ,对该式微分，又可得：,v =,R ( sin,+,sin 2,/ 2 ) *,a = -,2,R (,cos,+,cos2,),42,/151,曲柄滑块机构的运动规律,由图可看到：,滑块的运动速度是变化的，这对要求速度恒定的工艺不完全合适,不同的工艺常要求不同的速度范围，为适应某些工艺需要，不少压力机设计成节点偏置型,43,/151,节点正置与节点偏置,44,/151,作业,1,导出节点正置时的,s -,、,v,-,表达式，并绘出其图形。,（取,R,=100,，,R / L=0.2,，,e / R =0.4,，,n =30 r/min,）,问题：,与节点正置结构相比，,v,-,曲线有何特点？,两种结构的速度差最大为多少？出现在什么位置？,由此可以得出什么结论？,45,/151,曲柄滑块机构的受力,以,B,点为研究对象，有：,P,AB,= P /,cos,Q = P,tg,简化：,P,AB,= P,Q = P sin,=,P,sin,作用于曲轴上的扭矩为,M,t,= P,AB,OD = P R sin(,+,),= P R ( sin,+,sin2,/ 2 ),46,/151,许用负荷图（一）,若驱动扭矩为,M,d,，显然应有：,M,d,M,t,从而有：,M,d, P R ( sin,+,sin2,/ 2 ) *,最终可得：,绘出图线如右,47,/151,许用负荷图（二）,另一方面，曲轴和齿轮的弯曲受力也有一个强度上限，即：,P, P,g,可见，许用负荷图分为两段,区：,P,MAX,= P,g,区：,P,MAX,= f (,),超载特点：,区超载，一般为闷车,区超载，一般为强度破坏,48,/151,许用负荷图（三）,几个概念：,标（公）称压力,P,g,标（公）称压力行程,S,g,标（公）称压力角,g,49,/151,许用负荷图（四）,由许用负荷图可知：,任何情况下，工艺负荷曲线都必须位于许用负荷曲线的下方,每次工作所消耗的能量必须小于压力机允许释放的功（常可按照,E,允,=,P,g,S,g,估算）,一般情况下，设备生产厂会给出压力机的许用负荷图作为用户使用、选择的依据,50,/151,设备选择例题,某曲柄压力机的许用负荷曲线如图，现有两个工件拟使用该设备生产，经计算二工件的工艺负荷如下表，请验证能否用此设备生产。,拉深深度,(mm),0,10,20,30,40,50,60,70,80,拉伸力,(,kN,),工件,1,0,200,500,1000,1700,2700,4200,4500,0,工件,2,0,3600,3900,3300,3900,1000,600,200,0,51,/151,例题解答,步骤一：,在许用负荷图中做出工件的工艺曲线，显然，工件,2,的曲线超出了许用负荷曲线,步骤二：,对工件,1,消耗功进行核算,E,工件,60,4200/2,=126000(kN,mm),E,允许,13,5000,=65000(kN,mm),因为：,E,工件,E,允许,所以：做功校核不合格,结论：,两个工件均不能用该压机生产,52,/151,曲柄滑块机构,作用,曲柄压力机的工作机构，整个设备的核心。,作用有：,将电动机（飞轮）的旋转运动转变为滑块的上下往复运动，给模具提供工作所需的成形力和位移,附加有装模高度调节机构、超载保护装置、打料装置等附属机构，提供辅助功能,53,/151,曲柄滑块机构,曲轴与滑块,54,/151,曲柄滑块机构,连杆与装模高度调节机构,55,/151,曲柄滑块机构,连杆与装模高度调节机构,56,/151,曲柄滑块机构,滑块运动导向机构,57,/151,曲柄滑块机构,滑块运动导向机构,58,/151,曲柄滑块机构,超负荷保险机构（压塌块式）,作用：防止设备因过载造成零部件损坏,类型：压塌块式与液压式,压塌块式,一般用铸铁制造,一次性，破坏后必须更换,不能保证多点同时卸荷,一般用于单点小型压力机,预留高度,h ,Sg,59,/151,曲柄滑块机构,超负荷保险机构（压塌块式）,60,/151,曲柄滑块机构,超负荷保险机构（液压式）,液压式,能保证多点同时卸荷,非破坏式，能自动恢复,用于多点和大型压力机,同样要求：,h ,Sg,61,/151,曲柄滑块机构,模具的夹持与安装,安装方式：,小型：一般上模用模柄，下模用,T,形槽螺钉,大中型：上、下模均用,T,形槽螺钉,应注意：,模柄尺寸压机说明书上要给出，必须执行,T,形槽规格说明书上给出，但有时滑块下底面和工作台上表面的,T,形槽间距不一致，使用时应注意,62,/151,上模的安装,63,/151,上模的安装,64,/151,离合器与制动器,作用：,控制压力机的运动和停止,结构：,刚性离合器,摩擦离合器,65,/151,离合器和制动器（转键式离合器）,66,/151,转键式离合器操纵机构,67,/151,转键式离合器特点,结构简单，容易制造,无需气源,冲击力大，容易损坏,只能上死点附近停车，不安全,劳动部规定：,用该种压力机手工上料时，必须采用手工上料工具，且不准使用连续行程,68,/151,摩擦制动器,69,/151,摩擦制动器,70,/151,离合器和制动器（摩擦式）,71,/151,特点,传递扭矩大，工作平稳,可在任意位置结合，且超负荷时可以打滑，起保险作用,结构复杂，需要气源,72,/151,离合器和制动器（摩擦式）,73,/151,机身,（一）,作用：,连接和固定所有部件,为运动部件提供导向,承受全部运动负荷,特点：,重量比例大（占整机重量的,60%,左右）,结构复杂（多为由筋板加强的箱形结构）,加工量大（占总加工量的,30%,左右）,74,/151,机身,（二、开式机身）,特点,工作空间三面敞开，操作方便，易于自动送料,C,型机身，工作时易产生角变形，会加剧模具磨损，影响工件质量,类型,双柱可倾式,单柱固定式,单柱固定台式,75,/151,开式机身的结构,76,/151,机身,（三、闭式机身）,类型,整体闭式机身,组合闭式机身,特点,整体式：装配量小，,刚度好，但加工运输,困难,组合机身：加工运输,方便，多用于大中型,77,/151,机身预紧原理,78,/151,辅助装置,（一、拉深垫）,作用：,拉深时压边,顶出工件,底部局部成形,结构形式：,气垫,液气垫,79,/151,拉深垫,（一、气垫）,80,/151,拉深垫（二、液气垫）,81,/151,辅助装置,（二、打料装置）,作用：,冲压完成后，将工件或废料从上模中推出,结构形式：,刚性打料装置,气动打料装置,82,/151,打料装置的结构,83,/151,打料装置,84,/151,两种打料装置的特点,刚性打料,结构简单，动作可靠，应用广泛,打料力和打料位置不能任意调节,气动打料,可在任意位置打料，打料力和打料行程易调 节，易于实现机械化和自动化,有时打料力不够大,85,/151,辅助装置,（三、平衡装置）,作用,预防制动器失灵、连杆折断等情况下出现事故,向下行程时，防止滑块快落，产生撞击震动,应用场合：,1600kN,以上均设有,形式：一般为气动式,平衡力：一般取为滑块和上模重量的,1.2,倍,86,/151,平衡装置,87,/151,辅助装置,（四、移动工作台）,作用：,缩短停机和拆装模具时间，提高生产效率,简化大型模具的安装和拆卸工作,效果：换模时间减少,90%,代价：压力机成本提高,20%25%,88,/151,移动工作台的移动方式,侧移 两个活动台，轮换工作，占地面积大,前移 占地面积少，但在冲压生产线上有时不方便，且装模和拆模不能同时进行,侧移加分道,两个活动台，轮换工作，且占地面积较小,89,/151,双动拉深压力机,（一）拉深工艺特点,大而稳定且可调的压边力，目的：,防止工件起皱,控制金属的流动,较大的工作行程,拉深件高度一般较大,一定的工作速度范围,如低碳钢：,400mm/sec,不锈钢：,180mm/sec,90,/151,双动拉深压力机,（二）压力机特点,具有两个滑块,外滑块 压边作用，在机身导轨内往复运动,内滑块 拉深作用，在外滑块导轨内往复运动,二滑块之运动关系,91,/151,工作行程大（,82,），占总行程的近一半,外滑块提前压边，接触冲击小,外滑块回程滞后,18.5,，可防止工件卡在凸模上,外滑块具有导前行程,量，有利于拉深件从,凸模上取下,双动拉深压力机,（二）运动特点,92,/151,双动拉深压力机,（三）外滑块注意,压边力由受力杆件的弹性变形产生，故压边力的调整靠调节压边滑块的闭合高度来实现,外滑块在压边时并非绝对不动，而是有小量波动，波动值约为,0.030.05mm,为保证压边可靠，一般,采用液压补偿器,作用有：,超载保护,(,过载时活塞后退,),稳定和调整压边力,(,调气压,),93,/151,双动拉深压力机,（四）多杆结构,近年来采用多杆结构，优化了滑块的运动,内滑块运动速度稳定性大大提高,空行程速度,大大提高,增加移动工,作台,94,/151,双动拉深压力机,（四）多杆结构,95,/151,热模锻压力机,（一）对设备要求,足够的刚度：,偏心曲轴、短粗型整体连杆；加大机身刚度（,5,倍以上）；楔形工作台调节装模高度,滑块导向精度和抗倾斜能力高：,象鼻型滑块或长滑块；导轨零件刚度大；加大连杆与滑块连接处支撑面积,行程次数高（,35110,次,/,分）：,趁热打铁；减少模具受热时间,强有力的上下顶料装置：,可减小拔模斜度；减少模具受热。措施：机械刚性顶出,96,/151,热模锻压力机,（二）典型结构一,97,/151,热模锻压力机,（二）典型结构二,98,/151,热模锻压力机,（三）主要缺点,工艺万能性差，不能进行滚压、拔长类工艺,要求配套预制毛坯的设备,结构复杂，造价高,99,/151,冲压附属设备,（开卷校平设备）,使用原因：,使用卷料能降低材料成本近,15%,可降低工人劳动强度，提高生产自动化水平,多用于大批量生产和冲压生产专业厂,目前状况：,技术基本成熟,应用迅速普及,100,/151,开卷落料线典型构成,101,/151,102,/151,103,/151,液压机的工作原理,利用压力传递能量,实质是帕斯卡原理,F,2,=p,A,2,显然：,A,2,A,1,所以：,F,2,F,1,提高,F,2,的途径,增大,A,2,提高,p,104,/151,液压机的工作原理,两大组成部分,本体,控制系统,液压控制系统,电气控制系统,工作介质,油,水（乳化液）,105,/151,液压机的工作循环,液压机的动作,空程向下,/,工作行程,/,保压,/,回程,/,顶出,/,停止,提高空行程速度方法,真空充液,106,/151,液压机的工作特点,易于获得大的工作压力和工作空间,可全行程施加最大压力、可长时间保压,压力调节方便、不易超载,无固定下死点，工艺灵活性好,工作平稳无冲击,快速性方面不如曲柄压力机,不太适合冲裁、剪断类工艺,调整、维护麻烦,107,/151,液压机的型号表示,根据,JB/T9965-1999,规定，液压机的型号由汉语拼音、英文字母和数字表示,方法如下：,Y (,), (,),类 变 组 型 标 改,代 形 别 别 称 进,号 设 压 设,计 力 计,例如：,YA32-315B,，表示三梁四柱式一般通用液压机，标称压力为,315,10kN,，字母,A,表示第一次变形设计，字母,B,表示经过第二次改进设计,108,/151,液压机的本体结构,也叫主机，是液压机两大组成部分之一,对本体的要求：,满足工艺要求，且便于操作,具有合理的强度、刚度和运动精度,使用可靠，经济性好，维护方便,本体的组成：,机身、液压缸、运动部分与导向、附属装置,109,/151,机身,作用：,承受全部工作载荷,安装其它零部件,为活动横梁提供导向,常见结构：,梁柱式、单臂式、组合框架式、钢丝缠绕式、板框式、铰链式等,110,/151,梁柱式机身,传统结构，应用广泛（几乎所有用途的液压机）,常见有三梁四柱式、多柱式、双柱下拉式、三柱卧式、四柱卧式等,组成方式：用立柱内、外螺母将上、下横梁联结成刚性框架,特点：结构简单、制造容易、精度一般,111,/151,梁柱式机身（一）,三梁四柱式,液压机的传统结构,应用最为广泛,112,/151,梁柱式机身（二）,双柱下拉式,113,/151,梁柱式机身（三）,多柱式,114,/151,梁柱式机身（四）,三柱卧式,115,/151,梁柱式机身（四）,三柱卧式,116,/151,117,/151,梁柱式机身（五）,双柱卧式,118,/151,立柱,重要支撑与受力件，多为锻件，要求严格,常用材料：,35,、,45,、,40Cr,、,20MnMo,、,20MnSiMo,等,导向部分光滑（,Ra0.8,以下），表面耐磨,中小型为实心，,3000,吨以上空心,与立柱联结形式有多种,预紧方法与曲柄压力机立柱预紧相同,119,/151,立柱与横梁的联结形式,120,/151,立柱导套,安装在活动横梁上，以立柱为导轨进行导向,一般采用较软的材料，目的：,不会磨损立柱表面,摩擦面的杂质会嵌入导套，不会划伤立柱,多为剖分式，有,35,斜度,121,/151,122,/151,横梁,特点：,外形轮廓大、承受载荷大、局部接触应力大,一般为箱形结构,制造方法：,铸造,重量较大，适用于中小型批量生产,焊接,重量,较轻，,适用于,大中型生产,123,/151,横梁的结构,124,/151,框架式机身,一般为组合框架式，类似曲柄压力机的机身,主要特点：,刚度好,导向精度高,抗疲劳性能好,制造难度大，成本高,操作不如梁柱式方便,应用：,冲压、锻造、挤压等,125,/151,126,/151,单臂式机身,类同于开式曲柄压力机机身,多用于锻造、校直、厚板冲压等,127,/151,其他结构机身,钢丝缠绕式,板框式,铰链式,钢筋混凝土结构,128,/151,钢丝缠绕式机身,129,/151,层压板生产设备布置,130,/151,板框式机身,131,/151,铰链式机身,132,/151,混凝土机架结构,133,/151,液压缸,液压机的执行机构,三种结构：,活塞缸、柱塞缸、差动柱塞缸,主要组成部件：,缸体、柱塞（活塞）、导套、密封等,134,/151,135,/151,136,/151,附属装置,（一）液压垫（顶出缸）,作用类同于曲柄压力机中的气垫,不同点：,易于获得大的作用力,压力稳定且调整容易,动作控制灵活,137,/151,附属装置,（二）活动横梁支撑装置,138,/151,附属装置,（二）活动横梁支撑装置,139,/151,附属装置,（三）液压打料装置,140,/151,附属装置,（四）冲裁缓冲器,141,/151,液压系统,液压机的两大组成部分之一,控制液压机和辅助机构的行程和动作,一般为高压、大流量系统,142,/151,液压机液压系统的一般要求,能实现调整、手动、半自动操作,能实现空程和回程快速运动,根据具体情况确定液体压强，多为,2032MPa,回程要求预泄压,中型以上要有压力分级,143,/151,一般通用液压机的特点,工作台面较大、滑块行程较长，工艺适应性好,设有能浮动的顶出缸，拓展工艺范围,空程充液,能保压延时，能进行定程压制和定压压制,具有点动、手动、半自动工作方式,结构简单,144,/151,液压系统之一,（一般通用，滑阀式）,油缸,动作,电磁铁动作,1YA,2YA,3YA,4YA,5YA,主,缸,空程,下降,+,+,慢速及,加压,+,保压,卸压和,回程,+,停止,顶出缸,顶出,+,顶出,退回,+,停止,145,/151,液压系统之二（双动拉深，锥阀）,146,/151,电磁铁动作顺序表,动 作,电 磁 铁,1YA,2YA,3YA,4YA,5YA,6YA,7YA,8YA,9YA,启动,快速下行,+,+,+,+,慢速下行,+,+,+,加压,+,+,+,保压,卸压,+,+,回程,+,+,+,顶出缸顶出,+,+,顶出缸回程,+,+,停止,147,/151,液压机的主要技术参数,（一）,标称压力（,kN,）,液压机名义上能产生的力量,大、中型有压力分级,最大净空距（,mm,）,活动横梁上限位置时，工作台上表面到活动横梁下表面的垂直距离,最大行程（,mm,）,活动横梁能移动的最大距离,工作台尺寸（,mm,mm,）,工作台可利用的有效尺寸（或立柱中心距）,148,/151,149,/151,液压机的主要技术参数,（二）,滑块运行速度（,mm/s,）,分为：空行程、工作行程、回程,应注意动作转换耗时,顶出装置参数，主要有：,液压垫有效面积、液压垫力、顶出力、顶出行程,其他参数,额定液体压力、地面以上,/,以下高度、总重量、总功率等,150,/151,几点注意,不同结构机身强、刚度一般符合如下关系：,框架式,梁柱式,单臂式,但操作方便与工艺适应性常常正好相反,上传动油压机一般不用于热成形,偏心载荷不可过大,151,/151,