《材料成形设备锻压》PPT课件.ppt

/151,1,Equipment of material forming,材料成形设备,/151,2,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,/151,3,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,/151,4,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,/151,5,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）,/151,6,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,/151,7,/151,8,/151,9,/151,10,/151,11,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）,/151,12,标志性设备,/151,13,标志性设备,/151,14,标志性设备,/151,15,标志性设备,/151,16,标志性设备,/151,17,标志性设备,/151,18,标志性设备,/151,19,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,/151,20,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,/151,21,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,/151,22,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,/151,23,曲柄压力机的工作原理,/151,24,曲柄压力机的工作原理,/151,25,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,/151,26,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30），为减少电动机的装机容量、降低能耗，在设备上加装飞轮 a. 工作时，飞轮减速释放能量 b. 不工作时，飞轮加速储存能量 设备开动起来后，为保证工作必须使飞轮保持一定转速，为控制设备动作，必须用离合器-制动器对设备进行控制 a. 工作时，制动器脱开离合器结合，输入能量 b. 停止时，离合器脱开制动器结合，吸收剩余能量,/151,27,曲柄压力机的特点,刚性传动，滑块运动具有强制性质 a. 上下死点、运动速度、闭合高度等固定便于实现机械化和自动化 b. 定行程设备自我保护能力差 工作时形成封闭力系 a. 不会造成强烈冲击和振动 b. 不允许超负荷使用 一个工作循环中负荷作用时间短，主要靠飞轮释放能量 a. 工作时尖峰负荷不会对电网造成冲击 b. 不能够超能量使用,/151,28,曲柄压力机的分类 按工艺用途分类,板料冲压压力机 通用压力机 拉深压力机 板料高速自动机 板冲多工位压力机 体积模锻压力机 热模锻压力机 挤压机 精压机 平锻机 冷墩自动机 精锻机 剪切机 板料剪切机 棒料剪切机,/151,29,曲柄压力机的分类 按结构或传动分类,按结构形式分类： 开式结构三面敞开，便于操作，但刚性差 多用于小型 闭式结构机身刚性好，导向精度高 多用于中大型 按传动特点分类： 按曲柄连杆机构的组数分： 单点、双点、四点 按滑块的个数分： 单动、双动,/151,30,开式与闭式,/151,31,单点、双点与四点,/151,32,单动与双动,/151,33,曲柄压力机的型号表示,根据JB/T9965-1999规定，曲柄压力机的型号由汉语拼音、英文字母和数字表示 方法如下：J () () 类 变 组 型 标 改 代 形 别 别 称 进 号 设 压 设 计 力 计 例如：JA36-800B，表示闭式双点机械压力机，标称压力为80010kN，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,/151,34,曲柄压力机的主要技术参数,反映了设备的工艺性能和应用范围 是选用、选购、设计的主要依据 国家标准有明确规定，各企业也有自己的参数系列 必须明确理解，并能在以后工作中熟练应用,/151,35,曲柄压力机的主要技术参数 （一）标（公）称压力,单位 kN 定义滑块运行到距下死点前某一特定距离或曲柄旋转到距下死点前某一特定角度时，滑块所允许承受的最大作用力 直接反映曲柄压力机的工作能力，是主参数 已经系列化，我国为R5和R10系列 小设备采用R5系列，中大型采用R10系列,/151,36,曲柄压力机的主要技术参数 （二）滑块行程,单位 mm 定义滑块从上死点运行到下死点所走过的距离 反映了压力机的工作范围 行程大，可生产较高的零件，但曲柄尺寸大，造价高，且单位时间行程次数少 行程小，单位时间行程次数多，生产率高,/151,37,曲柄压力机的主要技术参数 （三）滑块行程次数,单位 次/分 定义空载时，滑块每分钟从上死点到下死点再回到上死点所往复的次数 反映了生产效率的高低 近年有增高趋势，但高于一定值后要配备机械化或自动化接送料装置 实际有工作负荷时的行程次数要小于空载次数,/151,38,曲柄压力机的主要技术参数 （四）封闭高度与装模高度,单位 mm 定义： 封闭高度滑块在下死点时，其下表面到工作台上表面的距离 装模高度滑块在下死点时，其下表面到工作台垫板上表面的距离 反映了压力机在高度方向安装空间的大小,/151,39,曲柄压力机的主要技术参数 （四）封闭高度与装模高度,应注意： 封闭高度与装模高度的区别 通过装模高度调节机构将滑块调至 最高点最大装模高度 最低点最小装模高度 二者差值装模高度调整量 必须保证： 最大装模高度 模具闭合高度 最小装模高度 对小模具，必要时可加装垫板,/151,40,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mmmm 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,/151,41,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）,/151,42,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),/151,43,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,/151,44,节点正置与节点偏置,/151,45,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？,/151,46,曲柄滑块机构的受力,以B点为研究对象，有： PAB= P / cos Q = P tg 简化： PAB= P Q = P sin= Psin 作用于曲轴上的扭矩为 M t = PAB OD = P R sin(+) = P R ( sin+sin2/ 2 ),/151,47,许用负荷图（一）,若驱动扭矩为Md ，显然应有： Md Mt 从而有： Md P R ( sin+sin2/ 2 ) * 最终可得：,绘出图线如右,/151,48,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 Pg 可见，许用负荷图分为两段 区：PMAX= Pg 区：PMAX= f () 超载特点： 区超载，一般为闷车 区超载，一般为强度破坏,/151,49,许用负荷图（三）,几个概念： 标（公）称压力 Pg 标（公）称压力行程 Sg 标（公）称压力角 g,/151,50,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=PgSg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,/151,51,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。,/151,52,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604200/2 =126000(kNmm) E允许135000 =65000(kNmm) 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,/151,53,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,/151,54,曲柄滑块机构 曲轴与滑块,/151,55,曲柄滑块机构 连杆与装模高度调节机构,/151,56,曲柄滑块机构 连杆与装模高度调节机构,/151,57,曲柄滑块机构 滑块运动导向机构,/151,58,曲柄滑块机构 滑块运动导向机构,/151,59,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,/151,60,曲柄滑块机构 超负荷保险机构（压塌块式）,/151,61,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,/151,62,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,/151,63,上模的安装,/151,64,上模的安装,/151,65,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,/151,66,离合器和制动器（转键式离合器）,/151,67,转键式离合器操纵机构,/151,68,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,/151,69,摩擦制动器,/151,70,摩擦制动器,/151,71,离合器和制动器（摩擦式）,/151,72,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,/151,73,离合器和制动器（摩擦式）,/151,74,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）,/151,75,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,/151,76,开式机身的结构,/151,77,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,/151,78,机身预紧原理,/151,79,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,/151,80,拉深垫（一、气垫）,/151,81,拉深垫（二、液气垫）,/151,82,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,/151,83,打料装置的结构,/151,84,打料装置,/151,85,两种打料装置的特点,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,/151,86,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,/151,87,平衡装置,/151,88,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%,/151,89,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,/151,90,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,/151,91,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,/151,92,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,/151,93,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),/151,94,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,/151,95,双动拉深压力机（四）多杆结构,/151,96,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,/151,97,热模锻压力机（二）典型结构一,/151,98,热模锻压力机（二）典型结构二,/151,99,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,/151,100,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,/151,101,开卷落料线典型构成,/151,102,/151,103,/151,104,液压机的工作原理,利用压力传递能量 实质是帕斯卡原理 F2=pA2 显然：A2A1 所以：F2 F1 提高F2的途径 增大A2 提高p,/151,105,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）,/151,106,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,/151,107,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,/151,108,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31510kN，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,/151,109,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,/151,110,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,/151,111,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,/151,112,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,/151,113,梁柱式机身（二）,双柱下拉式,/151,114,梁柱式机身（三）,多柱式,/151,115,梁柱式机身（四）,三柱卧式,/151,116,梁柱式机身（四）,三柱卧式,/151,117,/151,118,梁柱式机身（五）,双柱卧式,/151,119,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,/151,120,立柱与横梁的联结形式,/151,121,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,/151,122,/151,123,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,/151,124,横梁的结构,/151,125,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,/151,126,/151,127,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,/151,128,其他结构机身,钢丝缠绕式 板框式 铰链式 钢筋混凝土结构,/151,129,钢丝缠绕式机身,/151,130