锻造工艺学第二章：锻锤.ppt

1 第二章锻锤 2 2 1锻锤概述 利用工作部分 落下部分或是活动部分 在工作行程中所积蓄的动能对锻件进行打击 使锻件获得塑性变形的锻压设备 结构简单 操作方便 适应性强 投资少 但伴有很大的振动和噪音锻制带有薄筋板 形状复杂的而且有重量公差要求的锻件 特别适合多品种 小批量生产 3 一 锻锤的分类 按驱动动力 单作用锤 双作用锤按工艺用途 自由锻锤 模锻锤按打击特性 有砧座锤和对击锤按驱动原理 结构特点和工艺用途 机械锤 空气锤 蒸汽 空气锤 蒸汽 空气对击锤 液压锤 高速锤 螺旋压力机 4 机械锤 电动机驱动 靠机械传动提升锤头的锻锤 统称为机械锤 主要依靠重力位能实现锻件变形的单作用落锤 分为夹板锤 或夹杆锤 弹簧锤和钢丝绳锤 或链条锤 5 空气锤 主要应用于自由锻件的锻造和胎膜锻 1一踏杆 2一砧座 3一砧垫 4一下砧 5一上砧 6一锤杆 7一工作缸 8一下旋阀 9一上旋阀 10一压缩缸 11一手柄 12一锤身 13一减速器 14一电动机 15一工作活塞 16一压缩活塞 17一连杆 18一曲柄 6 蒸汽 空气锤 蒸汽或压缩空气通过滑阀配汽机构在工作汽缸内进行各种热力过程 将热力能转换成锻锤落下部分的动能 从而完成锻件变形 根据工艺用途分为 蒸汽 空气锤自由锻锤和蒸汽 空气锤模锻锤 7 1 气缸 2 活塞 3 锤杆 4 锤头 5 上砧块 6 锻坯 7 下砧块 8 砧枕 9 砧座 蒸汽 空气锤工作原理图 8 蒸汽 空气对击锤工作原理图 蒸汽 空气对击锤 9 液压锤 以液压油为工作介质 利用液压传动来带动锤头作上下运动 完成锻压工艺 气液驱动原理 借助于下腔压力的改变 对定量的封闭气体进行反复的压缩和膨胀作功 使锤头得到提升和快速下降进行锻击 纯液压式模锻锤的特点是 液压缸下腔通常压 上腔进油 锤头快速下降并进行锻击 上腔排油 锤头提升 10 高速锤 工作原理 气缸中一次性充入高压氮气 回程时靠来自于液压系统的高压液体驱动锤头回程 使气缸中的气体得到进一步压缩 打击时 液体快速排出 气体膨胀 驱动锤头快速下落 与此同时 气缸中气体反作用力驱动锤身向上运动 与锤头实现对击 特点 打击速度高 能力大 11 二 锻锤的主要特点 打击速度高 成形工艺性好行程次数高 空气锤打击次数在100 250次 min之间 蒸汽 空气锤全行程打击次数也在70次 min 打击效率高操作方便 灵活性强 无需配备预锻设备 万能性强结构简单 制造容易 安装方便 维护费用低 设备投资少缺点是有砧座锤振动 噪声大 能量利用率低 12 三 锻锤发展概况 对现有的蒸汽 空气锤进行革新和技术改造 提高能量利用率 在有砧座的锻锤的下砧座与基础之间安装隔振装置 以消除振动 改善锻压车间及周围工作环境和生活环境 20世纪30年代德国推出了蒸汽 空气对击锤 液压模锻锤的迅速发展和应用 13 2 2锻锤的打击特性 锻锤的打击特性锻锤的打击过程和打击效率锻锤的打击力 14 一 锻锤的打击特性 有砧座锤 打击能量 对击锤 打击能量 单作用锤 双作用锤 15 二 锻锤的打击过程和打击效率 锻锤的打击过程 1 加载阶段锤头与砧座 或上下锤头 接近 锻件产生塑性变形 锻件 模具 锤头或机架伴有弹性变形 2 卸载阶段锻件获得最大变形 模具 锤头或机架弹性变形的恢复 锤头产生反向运动速度 16 1 有砧座锻锤的打击效率 结论 砧座锻锤的打击效率与恢复系数K 砧座质量m2 锤头质量m1有关 恢复系数K与锻件温度有关 恢复系数K为定值时 打击效率和砧座与锤头的质量比m2 m1有关 锻锤的打击效率 17 砧座与锤头质量比对打击效率和打击刚性的影响 从锻件质量而言 要求打击刚性越大越好 即砧座受力退让量越小越好 18 2 对击式锻锤打击效率 思考 对击式锻锤与有砧座锻锤哪种打击效率高 对击式 19 三 锻锤的打击力 打击力以及由此引起的运动部件的惯性力是锻锤受力分析和主要零部件强度校核的依据 同一能量锻锤的打击力 与锻件大小 形状和变形温度有关 即使是每一次打击过程中打击力也是变化的 每次打击力是不同的 同一次中 打击力也是变化的 20 2 3蒸汽 空气锤结构和工作原理 蒸汽或压缩空气通过滑阀配汽机构在工作气缸内进行各种热力过程 将热力能转换成锻锤落下部分的动能 从而完成锻件变形 根据用途和打击原理 分为 蒸汽 空气自由锻锤 蒸汽 空气模锻锤和蒸汽 空气对击锤 蒸汽驱动时 蒸汽压力为0 7 0 9Mpa 压缩空气驱动时 压力为0 6 0 8Mpa 由单独设置的蒸汽锅炉或空气压缩站提供 21 3T蒸汽锤 22 100吨级大蒸汽锤 23 一 蒸汽 空气自由锻锤 所加工的锻件尺寸和质量较大 最大可加工1500kg的光轴类锻件 主要操作方式为手柄操作 砧座系统独立于本体 通过枕木安装在基础上 长期锻打后会出现下沉现象1t以上的自由锻锤的操作配汽机构一般设置单打的工作方式 主要结构和操作系统特点 主要用于自由锻造工艺 也可用于胎膜锻 规格 落下部分质量 24 1 蒸汽 空气自由锻锤的主要结构 单柱式 工人可以从锤身正面 左面和右面等三面进行操作 操作和测量都很方便锤身刚性较差 不适宜于大吨位 落下部分质量一般在1t以下 25 26 27 双柱拱式 两个立柱组成拱门形状 上端通过螺柱 气缸垫板与气缸连在一起 下端固定在基础底板上形成框架锤身刚性好 工人可从前后两个方向进行锻造操作 落下部分质量在1 5t之间 是应用最为广泛的一种锻锤 28 29 30 双柱桥式 两个立柱和横梁连接成桥形框架 锤身下面操作空间较大 适合于锻造轮廓尺寸较大的大型锻件锤身结构尺寸大 刚性较差 落下部分质量在3 5t之间 31 由落下部分 气缸部分 锤身 机架 部分 砧座基础部分和滑阀配气机构等组成 落下部分包括锤头 锤杆 活塞和上砧块 气缸由缓冲缸 气体缸 阀体和蒸汽通道等组成 机架部分要求有一定刚度和强度砧座部分包括下砧块 砧垫和砧座 蒸汽 空气自由锻锤的主要构成 32 2 工作原理和工作循环 1 进气管2 节气阀3 滑阀4 上气道5 下气道6 气缸7 活塞8 锤杆9 锤头10 上砧11 坯料12 下砧13 砧垫14 砧座15 排气管图蒸汽 空气锤的工作原理 1 节气阀操纵杆2 滑阀操纵杆3 节气阀4 滑阀5 月牙板活动支点6 月牙板横臂7 月牙板8 锤头图操纵机构简图 33 工作循环 打击 压下手柄 滑阀拉杆上升 锤头下降压紧 手柄在最低位置 锤头最低 滑阀最高 气缸上腔进气 下腔排气提锤 手柄抬至最高 滑阀下降 下腔进气 上腔排气 活塞带动锤头上升悬锤 通过滑阀的通气槽使进气与气缸下腔相通 上腔与排气相通 所以锤头在最高位置可保持悬空状态 34 二 蒸汽 空气模锻锤 1 模锻锤特点 1 结构上的特点1 模锻锤的立柱直接安装在砧座上 2 立柱与砧座之间采用凸台与楔铁定位 3 模锻锤砧座质量比自由锻锤大 为锻锤落下部分质量的20倍到30倍 4 模锻锤采用较长而坚固的导轨 且导轨与锤头之间的间隙可通过调节楔来调节 导轨与锤头之间的间隙比自由锻锤小 蒸汽 空气模锻锤 用于模锻生产规格 1 2 3 5 10 16 35 2 操作上的特点1 模锻锤的司锤与工艺操作应由一个人同时进行 除10t以上的模锻锤外均采用脚踏板操纵 2 脚踏板同时带动滑阀和节气阀 即可同时实现进气压力和进气量的调节 3 在工作循环中以摆动循环代替悬锤 当锤头摆动到不同高度时踩下脚踏板 可获得不同的打击能量 并可保证打击的快速性 36 三 蒸汽 空气对击锤 用活动的下锤头代替固定的砧座 工作时 气缸中的蒸汽 或压缩空气 驱动上锤头向下打击的同时 联动机构 或下气缸单独驱动 驱动下锤头向上做加速运动 以大致相等的速度和行程与上锤头实现对击 37 对击锤结构设计和使用特点 下锤头的动量略大于上锤头的动量活动的下锤头代替了砧座 一般是相同吨位有砧座锤质量的1 2 1 3减轻了对地基的冲击和振动 并减少了基础的造价 同时对击锤的下锤头不会出现打击时产生退让的现象 打击效率比有砧座锤高5 10 蒸汽一空气对击锤更适于发展大吨位 38 蒸汽 空气对击锤的分类 按上 下锤头联动的方式 蒸汽一空气对击锤可分为钢带联动式 液压联动式和杠杆联动式等形式 吨位比较大的也有的采用上 下气缸分别驱动的结构 应用比较广泛的是钢带联动和液压联动 39 2 4空气锤的结构和工作原理 使用空气作为工作介质 电机直接驱动空气锤本身的压缩活塞做上 下运动 在压缩缸内制造压缩空气 没有辅助设备 安装费用低 使用维护方便 操作灵活可靠 特别适用于中 小型锻造车间每一个工作循环中都要由外界补气和向外排气 噪声较大 空气在气缸内反复压缩 缸壁和机身发热 因此使工作环境恶化 且吨位越大越严重 40 一 空气锤基本参数 41 二 空气锤的工作原理 电动机 减速机构 曲柄轴 连杆 压缩活塞 压缩空气 工作缸 工作活塞 锤头运动 42 三 空气锤的构成 工作部分 包括落下部分 工作活塞 锤杆 上砧块 和砧座部分 下砧块 砧垫 砧座 动力传动部分 由电动机 皮带轮 减速机构 曲柄连杆机构和压缩活塞等组成配气操纵部分 由空气分配阀 上 下旋阀和中间旋阀 操纵手柄和杠杆系统组成 控制压缩气体的流向 使锤头产生不同的工作循环 机身部分 由立柱 工作缸 压缩缸与机身立柱铸成一体 和底座组成 立柱和底座用套环热装连成一体 43 四 空气锤的配气操纵过程 有空行程 悬锤 压紧和打击等4种工作循环 其中打击又包括单次打击和连续打击 单次打击又分轻打和重打 这些工作循环是通过气阀和操纵系统来实现的 44 不同工作循环的配气关系 45 液压锤 以液压油为工作介质 利用液压传动来带动锤头作上下运动 完成锻压工艺气液驱动原理 借助于下腔压力的改变 对定量的封闭气体进行反复的压缩和膨胀作功 使锤头得到提升和快速下降进行锻击 纯液压式模锻锤的特点是 液压缸下腔通常压 上腔进油 锤头快速下降并进行锻击 上腔排油 锤头提升 46 液压锤工作原理图a 纯液压式 b 气液式 47 48 液压锤的特点 1 与蒸汽 空气锤的操作方法一样 操作方便 动作灵活 性能可靠 2 能满足各种锻造工艺要求 进行镦粗 拔长 滚挤 预锻和终锻 3 能实现轻 重 缓 急等锻造成形操作 4 手动打击和自动打击相互转换 5 通过调整液压锤的气 液压力 可以实现打击能量的适量调整 6 锤头在全行程打击时 不出现爬行或动作缓慢 压锤等现象 7 节能效果达到85 8 能满足连续生产需要 9 具有很大的打击能量 49 螺旋压力机 指将传动机构的能量通过螺旋工作机构转换为成形能的锻压设备 根据传动方式 分为 摩擦压螺旋力机 电动螺旋压力机 气液动螺旋压力机 离合器式高能螺旋压力机 与模锻锤相比 设备造价低 对厂房及基础要求低 工作时震动和噪声较小 能耗和模具费用较低 劳动条件较好 螺旋压力机有顶出锻件装置 可进行一些模锻锤上难以完成的顶锻长杆件 挤压筒形件 闭式模锻及精锻等工序 普通螺旋压力机的行程次数较低 承受偏击载荷的能力较差 一般只进行单膛模锻 复杂锻件的制坯工序需配备其他设备来完成 生产率也不如模锻锤高 50 螺旋压力机的工作原理及工作特性 惯性螺旋压力机工作原理是 当工作开始时 传动机构将螺旋工作机构加速到一定速度 积累大量动能 然后工作开始 将这部分动能作用到锻件上 转变为锻件的变形能 51 螺旋压力机的工作特性 依靠预先积蓄于飞轮的能量进行工作 具有锻锤的工作特性工作过程中不会造成很大的冲击和振动螺旋压力机没有固定的下死点 锻件精度高 模具安装 更换 调整方便 有利于小批量生产螺旋压力机的打击力不固定 52 螺旋压力机的特点 应用范围广工艺适应性强锻件精度高材料的利用率高 降低成本设备的有效打击能量大劳动条件好生产效率低 53 摩擦压力机 摩擦压力机是现代工业最早出现的螺旋压力机 结构简单 价格低廉缺点是飞轮在换向时飞轮和摩擦盘产生严重打滑 降低传动效率 加剧摩擦带的磨损 54 摩擦压力机的组成 传动部分 包括电动机 皮带轮 传动轴 左右摩擦盘及轴承等部件工作部分包括飞轮 螺杆和滑块等零件机架部分附属装置包括滑块制动装置 缓冲装置 顶料装置 安全装置 超负荷保险装置操作系统 55 作业 蒸汽 空气自由锻锤结构与原理 蒸汽 空气模锻锤与自由锻锤不同之处 对击锤的结构和原理 56 作业 空气锤结构 空气锤工作原理 空气锤工作循环 57 自由锻 将加热好的金属坯料 放在锻造设备的上 下砧铁之间 施加冲击力或压力 使之产生塑性变形 从而获得所需锻件的一种加工方法 坯料在锻造过程中 除与上 下砧铁或其它辅助工具接触的部分表面外 都是自由表面 变形不受限制 故称自由锻 自由锻的优点 所用工具简单 通用性强