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第1章 绪论1.1 压力机形势背景在过去，我国压力机技术发展仍存在缺陷，其中，材料、技术工艺等方面不过关，特别是在电控方面，我国的技术非常薄弱。虽然我们可以购买国外的电控压力机，但是电控方面的技术是其核心，难以掌握，所以加强对电控压力机技术方面的掌握是势在必行的事情。经过几十年的高速发展，我国压力机技术发展日渐精益。已经涌现出一大群技术过硬的制造商，在液压对高车、液压搬运车的技术方面逐渐成熟，而且具备了给国际知名品牌制造商做贴牌的能力，从中可以看出，我国压力机的技术发展已经成熟。这一进步在压力机行业领域中具有突破性的时代意义。长久以来，我国压力机的发展虽然非常快速，但是拥有尖端科技的制造商少之又少，部分的中文合资或者是国外的知名制造商已经占领了我国的高端压力机市场，而且高端的的技术主要体现在智能化、自动化和信息化方面，相比之下，我国制造商绝大部分处于中低端的消费市场。目前国内的企业在中端市场激烈的竞争，也有少部分的制造商向高端压力机的市场挺进。而外资压力机的制造商已从高端市场向中端市场覆盖。从出口国来看，我国压力机的出口已从欧洲发达国家向发展中国家转移。2013年向发展中国家出口压力机仍然是我国压力机出口的主要目标，因为国内的中低端的压力机发展适合发展中国家的行情，销量比较好。在技术方面，我相信在电控方面的技术会得到突破性的发展，中低端的压力机制造商会更多的向高端市场挺进。2013年也将会对压力机行业进行产能调整，解决某些压力机的产能过剩的问题。我国压力机行业的发展会越来越好，不断的向高端市场挺进，三洋机床厂成都分公司正在不断的改进技术，生产的压力机高效、节能、灵活方便等优点，并努力寻求进军高端市场的机会。现代世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。要提高我国的综合国力，就要在一切生产部门实现生产的机械化和自动化，这就需要创造出大量的、种类繁多的、新颖优良的机械来装备各行各业，为各行各业的高速发展创造有利条件。机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。工业、农业、国防和科学技术的现代化程度都会通过机械工业的发展程度反映出来。不论是集中进行大量生产还是迅速完成多品种、小批量生产，都只有使用机器才便于实现产品的标准化、系列化和通用化。机械工业担负着向国民经济各个部门提供技术装备和促进技术改造的重要任务,在现代建设的进程中起着主导和决定性的作用。通过大量的设计、制造和广泛使用各种先进的机器,就能大大的加强促进国民经济发展的力度,加速我国社会主义现代化建设。冲压机械是为实现冲压工艺服务的。随着生产的发展，冲压机械已越来越广泛的应用于国民经济各个部门的工业生产中，除机械制造业本身外，动力机械工业、船舶、电机、电器、机车车辆制造业、航空航天工业，以及人们日常生活密切相关的家用电器、日用五金等轻工业部门，均需要大量的冲压机械为之服务；随着科学技术的进步，需要更多的、更好的各种冲压机械来进行各种冲压工艺，这就需要我们设计出各类新型冲压机械。 性能良好的冲压设备是提高冲压生产技术水平的基本条件。目前主要是从两个方面予以研究和发展：一是对目前我国大量使用的普通冲压设备加以改进，即在普通压力机的基础上加上送料机构和检测装置，以实现半自动化或全自动化生产，改进冲压设备结构，保证必要的刚度和精度，提高其工艺性能，以提高冲压工件精度，延长冲模使用寿命；二是积极发展高速压力机，冲压柔性制造系统及各种专用压力机，以满足大批量生产的需要。1.2 机械式压力机的结构与优点机械式压力机一般按照机身结构型式分为开式和闭式。本设计采用开式压力机原理设计压力机，开式压力机也称为冲床，应用最为广泛，适用于40-4000千牛的中小型压力机。开式压力机多为立式，机身呈C形，前、左、右三面敞开，结构简单、操作方便、机身可倾斜某一角度，以便于冲好的工件滑下落入料斗，易于实现自动化。 本设计的执行机构是曲柄连杆机构，其工作原理是将曲轴的旋转运动，通过连杆变成滑块的往复直线运动，对放置于模具中的材料实现压力加工。本压力机工作特点是冲击性载荷，大部分时间为空行程；在传动系统中都设置有飞轮，其中大带轮和大齿轮也起到飞轮的作用；压力机上的离合器于制动器之间设有机械或电气连锁；滑块的行程长度不变，但其底面与工作台面之间的距离可以通过螺杆调节；生产中为保证设备安全，常在压力机上装设过载保护装置。本设计的压力机为开式机身压力机，相比闭式压力机具有突出的优点，其工作台从三个方向敞开，装载模具和实际生产操作较为方便，同时为机械化和自动化提供了良好的条件。但是开式压力机也有其不足之处，由于机身呈现C形，实际工作时，其变形量较大，刚性较差的缺点影响着制品的精度，而且由于机身有角度变形，会使得上模轴心线于工作台面不垂直，容易破坏上、下模具间隙的均匀性，从而降低了模具的使用寿命。 开式曲柄压力机在机械制造业中运用最为广泛也是其具备的优点之一，主要原因是它在板料冲压生产中作为主要设备的地位，其结构紧凑，操作简单，深受机械制造商的喜爱和青睐。1.3 本论文研究内容及设计任务第2章 16吨机械式双柱可倾压力机总体设计2.1 16吨机械式双柱可倾压力机基本参数 开式曲柄压力机的技术参数，反映了它的工艺性能和应用范围，且所能加工制件的尺寸范围以及有关生产率指标，同时也是选择、使用压力机和设计模具的重要依据。1.公称压力F：公称压力是压力机的主参数，是指滑块离下止点前，某一特定距离或曲柄转角时，滑块允许的最大作用力。F=160KN2.滑块行程S：滑块行程是指滑块从上止点到下止点所经过的距离，它是曲柄半径或是偏心齿轮、偏心轴偏心距的两倍，其大小随压力机工艺用途和公称压力的不同而不同。S=70mm 3.滑块行程次数n：它是指滑块经从上止点到下止点，再回到上止点为一次动作行程的每分钟往复运动次数。滑块行程次数的高低反映了压力机冲压的生产效率。 n=120次/min 4.压力机装模高度H和封闭高度H1：压力机装模高度是指压力机滑块处于下止点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面的距离。当装模高度经由高度调节装置将滑块调整到最高位置时，装模高度达到最大值，称为最大装模高度。将滑块调整到最低位置时，装模高度达到最小值，称为最小装模高度。压力机装模高度调节装置所能调节的距离，称为装模高度调节量（H）。有了装模高度调节量，就可以满足不同闭合高度模具安装的需要。模具的闭合高度应该介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间。封闭高度H1是指滑块在上止点时滑块下表面到工作台上表面的距离。它和装模高度之差恰好是工作台垫板的厚度T。J23-16压力机最大封闭高度HMAX为220mm；封闭高度调节量H为60mm。5.压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸：压力机工作台面尺寸LB及滑块底面尺寸ab是与模座平面尺寸有关的工艺尺寸，它反映了压力机工作台面与滑块底面的长度和宽度尺寸，表示压力机允许安装模具的水平尺寸大小。J23-16压力机的工作台尺寸：左右为L=450mm,前后为B=300mm；J23-16压力机滑块底面尺寸：左右为a=220mm,前后为b=190mm。6.喉口深度C：滑块中心线至床身的距离叫做喉口深度。喉口深度和工作台垫板面积是关系到模具的最大平面尺寸的重要参数J23-16压力机的喉口深度为160mm。7.工作台孔尺寸：工作台孔用于落料或安装气垫装置。工作台孔尺寸L1B1、D1直径。J23-16压力机的工作台孔尺寸：前后为B1=110mm，左右为L1=220mm，圆孔直径为D1=160mm。8.模柄孔尺寸（dl）：中小型压力机的滑块底面都设有模柄孔，它是用于安装固定上模和确定模具压力中心的。当模具用模柄与滑块相连时，滑块模柄孔的直径和深度应与模具模柄尺寸相协调。中小型压力机模柄孔的形状有圆柱形和方柱形。J23-16压力机的模柄孔尺寸：直径d=40mm深度为l=60mm。9.立柱间距离A：立柱间距离是指双柱式压力机两个立柱内侧表面的距离。对于开式压力机，立柱间距离尺寸直径影响由前向后送料时条料的宽度，以及冲压接料机构的尺寸和安装位置。J23-16压力机的立柱间距离A为230mm。10.倾斜角：倾斜角是指可倾式压力机工作台面的倾斜角度，也就是机身后倾的角度。利用这个倾斜角使冲压后IDE工件（或废料）能借其自重或其他因素通过两立柱中间压力机后方排除。J23-16压力机机身最大可倾角为30。2.2 系统控制流程图2.3 确定总体传动方案2.3.1执行机构的方案确定方案一:采用凸轮连杆机构为执行机构图2-1 凸轮连杆机构方案二:采用对心曲柄滑块机构为执行机构图2-2 对心曲柄滑块机构对以上两种方案进行比较：凸轮轮廓线不易加工，且凸轮和连杆间为点接触，承受的压应力很大，凸轮容易磨损，连杆的也会因应力过大，而坏掉；而对心曲柄滑块机构与之比较，在这方面的缺点不是很明显而且对心曲柄滑块机构已在目前中小型压力机广泛采用，技术比较成熟。 经过以上比较，选对心曲柄滑块机构为本设计的执行机构。2.3.2 传动方案确定合理的传动方案首先要满足工作机的性能要求,适应工作条件,工作可靠,此外还应使传动装置的结构简单,尺寸紧凑,加工方便,成本低廉,传动效率高和使用维修方便。 目前,冲压机的传动方式很多。按传动级数有一级传动和二级传动；按传动方式有液压、气压、机械等传动。虽然液压、气压传动精度高,但是结构复杂,成本高，而机械传动结构简单,操作方面,虽然效率不高,但成本低,适合现在大多数企业的需求,所以选用机械传动。 本设计采用一级传动。第3章 曲柄滑块机构的设计计算3.1 曲柄滑块机构的运动与受力分析3.1.1 曲柄滑块机构的运动分析与计算设计参数:滑块行程:120mm，工程压力:600KN，生产率:50次/分，冲压角=30。如图4-1所示为曲柄滑快机构的运动简图,O点为曲柄的旋转中心。曲柄OA转动时，从上死点A1转到下死点A0，滑块从B1降到B0，全行程S0=2R。为了计算方便，确定曲柄转到下死点时，转角为零度，曲柄逆运动方向转到上死点时曲柄转角=180，连杆中心线与滑快运动方向的夹角为，曲柄转角与滑快行程S的关系表达如下：S=OB0-OB=（L+R）-（Rcos+ Lcos）=L（1-cos）+R（1-cos） (3-1）图3-1 曲柄滑快机构的运动简图由于曲柄转动时，曲柄转角变化，也随之变化。它们之间的关系是：Rsin=Lsinsin=(R/L)sin令=R/L，则sin=sin (3-2)所以 cos= (3-3)把式（4-2）代入式（4-1）得S=R（1-cos）+（1-）/ (3-4)根据泰勒级数展开并取前二项，则cos=1-2sin2/2把上式代入式（4-3），得S=R(1-cos+sin2/2) = R(1-cos)+ （1-cos2）/4 （3-5）式中 S滑快位移，从上死点算起，向上方向为正；曲柄转角，从下死点算起，与曲柄旋转方向相反为正；R曲柄半径；连杆系数。为保证所设计的冲压机能产生所要的公称压力，由第九章6可知，连杆系数一般在0.1到0.2之间，即L=600到300之间。初取L=550mm，则=R/L=0.11。当=p=30时，其对应的板厚为Sp。把=30代入式（3-5），可算得Sp=8.865mm。将式（3-4）对时间求导数，可得滑块速度：V=ds/dt=R(1-cos)+（1-cos2）因为 =W所以V=WR（sin+sin2） （3-6）式中 V滑块速度；W曲柄角速度，W=2n/60。将式（3-6）对时间求导数，可得滑块加速度： (3-7)3.1.2 曲柄滑块机构的受力分析与计算曲柄压力机在进行工作时，工件变行抗力P通过上模传到滑块上，连杆以推力PAB推动，滑块沿导轨向下运动。导轨对滑块产生一个大小为Q的阻力，方向垂直于导轨。作用在滑块上的力有三个。拉如图(3-2)所示.图3-2 执行机构的受力分析根据力平衡原理得出：PAB=P/cos由式（3-2）有：sin=sin当=p=30时， =atcsinsin=3.15PAB=P/cos=600.9KN曲柄的曲柄颈所受的力PAB=PAB所以：曲柄的曲柄颈所受扭矩为：T=（L+R-SP）sinPAB =（550+60-8.865）10-3sin3.15600.9103=19849.2Nm在向下冲压的过程。制动器不起制动的作用，大齿轮所受的扭矩与曲柄颈所受的扭矩相等，即T1=T=19849.2Nm小齿轮所受扭矩为 ：T2=Tr/R （3-8）3.2 连杆
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