其他成型设备七-1教材

1、一、螺旋压力机（一）惯性螺旋压力机工作原理（一）惯性螺旋压力机工作原理 惯性螺旋压力机的共同特征是采用一惯性螺旋压力机的共同特征是采用一个惯性飞轮。打击前传动系统输送的能量个惯性飞轮。打击前传动系统输送的能量以动能形式暂时存放在打击部分（包括飞以动能形式暂时存放在打击部分（包括飞轮和直线运动质量），并与飞轮是完全脱轮和直线运动质量），并与飞轮是完全脱离，飞轮处于惯性运动状态。打击过程中，离，飞轮处于惯性运动状态。打击过程中，飞轮的惯性力矩经螺旋副转化成打击力使飞轮的惯性力矩经螺旋副转化成打击力使毛坯产生变形，对毛坯作变形功。打击部毛坯产生变形，对毛坯作变形功。打击部件受到毛坯的变形抗力阻抗，速

2、度下降，件受到毛坯的变形抗力阻抗，速度下降，释放动能，直到动能全部释放停止运动，释放动能，直到动能全部释放停止运动，打击过程结束。惯性螺旋压力机每次打击，打击过程结束。惯性螺旋压力机每次打击，部需要重新积累动能，打击后所积累的动部需要重新积累动能，打击后所积累的动能完全释放。每次打击的能量是固定的这能完全释放。每次打击的能量是固定的这是惯性螺旋压力机的基本工作特征。因此，是惯性螺旋压力机的基本工作特征。因此，惯性螺旋压力机属于定能到锻压设备惯性螺旋压力机属于定能到锻压设备. . 螺旋压力机工作原理及工作特性螺旋压力机工作原理及工作特性（二）高能螺旋压力机工作原理（二）高能螺旋压力机工作原理 高

3、能螺旋压力机采用复合传动形式，高能螺旋压力机采用复合传动形式，利用液压缸回程向下行程采用摩擦利用液压缸回程向下行程采用摩擦离合器联接飞轮和螺杆。飞轮由电动离合器联接飞轮和螺杆。飞轮由电动机通过平带传动，总朝一向个方向旋机通过平带传动，总朝一向个方向旋转。当离合器接合时飞轮与螺杆接合。转。当离合器接合时飞轮与螺杆接合。通过装在滑块中的螺母使滑块获得直通过装在滑块中的螺母使滑块获得直线运动。线运动。 起动向下行程时使离合器接合。起动向下行程时使离合器接合。接合后螺杆很快与飞轮达到同步旋转，接合后螺杆很快与飞轮达到同步旋转，即可对毛坯实施打击。因为飞轮的动即可对毛坯实施打击。因为飞轮的动能是现成的，

4、不需要通过空行程临时能是现成的，不需要通过空行程临时积累。积累。 上模与毛坯接触时开始打击过上模与毛坯接触时开始打击过程；当出现下列情况之一打击过程结程；当出现下列情况之一打击过程结束：束： 。（二）高能螺旋压力机工作原理（二）高能螺旋压力机工作原理l l）打击力增大到给定数值时结）打击力增大到给定数值时结束打击。这时摩擦离合器发生打束打击。这时摩擦离合器发生打滑，螺杆很快停止运动。打击力滑，螺杆很快停止运动。打击力通过控制离合器缸压强给定；通过控制离合器缸压强给定；2 2） 滑块行程达到给定值时结束滑块行程达到给定值时结束打击。由位移传感器发出信号控打击。由位移传感器发出信号控制杠杆系统使离

5、合器脱开。给定制杠杆系统使离合器脱开。给定行程相当给定毛坯变形量。行程相当给定毛坯变形量。 从动件惯性较小，打滑时间很短，向下空程速度很快，从动件惯性较小，打滑时间很短，向下空程速度很快，打击过程以飞轮同步速度快速完成。换向速度快，闷模时打击过程以飞轮同步速度快速完成。换向速度快，闷模时间为间为1010一一20ms20ms。 离合器出现打滑加击过程即告结束。根据螺旋副力矩离合器出现打滑加击过程即告结束。根据螺旋副力矩与力的关系与力的关系 螺杆上的作用力与打滑力矩相对应。高能螺螺杆上的作用力与打滑力矩相对应。高能螺旋压力机属于压力限定型设备。高能螺旋压力机一次打击旋压力机属于压力限定型设备。高能

6、螺旋压力机一次打击能量不是飞轮的全部动能，通常设计为飞轮速降能量不是飞轮的全部动能，通常设计为飞轮速降12.512.5时时所释放的能量。所释放的能量。 高能螺旋压力机的打击过程可分为三个阶段：离合器出现高能螺旋压力机的打击过程可分为三个阶段：离合器出现打滑之前是它的主要工作阶段，打击性质同惯性螺旋压力打滑之前是它的主要工作阶段，打击性质同惯性螺旋压力机一样，但允许释放的能量不同；离合器打滑阶段和具有机一样，但允许释放的能量不同；离合器打滑阶段和具有打滑飞轮的惯性螺旋压力机打滑阶段的情形一样，打滑阶打滑飞轮的惯性螺旋压力机打滑阶段的情形一样，打滑阶段很短促，仅形成一个过渡；离合器脱开后从动部分尚

7、有段很短促，仅形成一个过渡；离合器脱开后从动部分尚有部分动能，由于从动部分惯量较小，相当一台小的惯性螺部分动能，由于从动部分惯量较小，相当一台小的惯性螺旋压力机进行打击，打击强度不大即结束了打击过程，在旋压力机进行打击，打击强度不大即结束了打击过程，在冷击时不会产生惯性螺旋压力机那样的冷击力。可见这两冷击时不会产生惯性螺旋压力机那样的冷击力。可见这两种设备的工作特性截然不同。种设备的工作特性截然不同。 （三）工作能力和工艺适应性三）工作能力和工艺适应性 现代螺旋压力机公积压力从现代螺旋压力机公积压力从0.4MN 0.4MN 到到140MN140MN。125MN125MN的的液压螺旋压力机和液压

8、螺旋压力机和80MN80MN电动螺旋压力机已在工业中应用多电动螺旋压力机已在工业中应用多年。在现代螺旋压力机上生产的锻件重量从几十充到年。在现代螺旋压力机上生产的锻件重量从几十充到250kg250kg、国内应用的最大的螺旋压力机液压传动的为、国内应用的最大的螺旋压力机液压传动的为40MN40MN（引进），摩擦传动的为（引进），摩擦传动的为25 MN25 MN（国产）。惯性螺旋压力（国产）。惯性螺旋压力机长期可使用的压力为公积压力的机长期可使用的压力为公积压力的1.61.6倍，因此最大使用倍，因此最大使用压力可达压力可达224MN224MN。对一次锻造的总能量而言，最高达到。对一次锻造的总能量而

9、言，最高达到75MJ75MJ。在公称压力使用时有效能量不低于。在公称压力使用时有效能量不低于6060。所以，在。所以，在工作能力方面现代螺旋压力机已超过厂热模锻压力机。工作能力方面现代螺旋压力机已超过厂热模锻压力机。 图图a为曲轴，在为曲轴，在63MN HSPRZ800型液压螺旋压力机上锻造。重量型液压螺旋压力机上锻造。重量130kg，从预制坯经，从预制坯经 2次打击锻成。图次打击锻成。图b为叶片为叶片,长长1300mm，宽度，宽度310mm，材料为钛合金，在，材料为钛合金，在 140MN HSPRZ1180型液压螺旋压力锻造，一次成形。图型液压螺旋压力锻造，一次成形。图 C为半球座，重为半球

10、座，重80kg，毛坯为，毛坯为 180 x 240mm，材料为优质奥氏体钢，在材料为优质奥氏体钢，在63MN HSPRZ800M液压螺旋压锻造打击液压螺旋压锻造打击2次成形。图次成形。图d为轴为轴座，同样应用上述设备锻造，在无砧锤须锻打座，同样应用上述设备锻造，在无砧锤须锻打1015次、而用螺旋压力机一次完成，图次、而用螺旋压力机一次完成，图e为饼形件，重为饼形件，重115kg。毛坯为方坯。毛坯为方坯275x275x200mm。在。在 56MN HSPRZ750 M液压螺旋压液压螺旋压力力j机锻造。使用能量机锻造。使用能量 1900kJ，一次打击成形，完成时间仅用，一次打击成形，完成时间仅用

11、0.125min。同一个锻件在。同一个锻件在 320kJ无砧锤上需要打击无砧锤上需要打击810次，花费时间次，花费时间2.5min。大型现代螺旋压力机的工作性能。大型现代螺旋压力机的工作性能。 由于螺旋压力机行程次数低，不适由于螺旋压力机行程次数低，不适于做拔长和滚挤、在模具增加单独动力于做拔长和滚挤、在模具增加单独动力的分模机构，可在螺旋压力机进行分模的分模机构，可在螺旋压力机进行分模模锻。利用工作台的中间孔和可倾式工模锻。利用工作台的中间孔和可倾式工作台，可锻长杆的法兰。这方向已经有作台，可锻长杆的法兰。这方向已经有利用摩擦螺旋压机镦锻汽车半轴的工业利用摩擦螺旋压机镦锻汽车半轴的工业实例。

12、先用电热镦机聚料。螺旋压力机实例。先用电热镦机聚料。螺旋压力机没有固定下死点，用作无飞边模锻和精没有固定下死点，用作无飞边模锻和精整的工序也比较适合。整的工序也比较适合。二、锻锤 锻锤锻锤 科技名词定义科技名词定义 中文名称： 锻锤 英文名称： forging hammer 定义： 利用工作部分(落下部分或是活动部分)所积蓄的动能在下行程时对锻件进行打击，使锻件获得塑性变形的锻压机械。 利用气压或液压等传动机构使落下部分（活塞、利用气压或液压等传动机构使落下部分（活塞、锤杆、锤头、上砧（或上模块），产生运动并积锤杆、锤头、上砧（或上模块），产生运动并积累动能，在极短的时间施加给锻件，使之获得塑

13、累动能，在极短的时间施加给锻件，使之获得塑性变形能，完成各种锻压工艺的锻压机械称为锻性变形能，完成各种锻压工艺的锻压机械称为锻锤。锤头打击固定砧座的为有砧座锤；上下锤头锤。锤头打击固定砧座的为有砧座锤；上下锤头对击的对击锤为无砧座锤。对击的对击锤为无砧座锤。 一、锻锤的工作原理一、锻锤的工作原理 锻锤以很大的砧座或可动的下锤头作为打击锻锤以很大的砧座或可动的下锤头作为打击的支承面，在工作行程时，锤头的打击速度瞬间的支承面，在工作行程时，锤头的打击速度瞬间降至零，工作是冲击性的，能产生很大的打击力，降至零，工作是冲击性的，能产生很大的打击力，通常会引起很大的振动和噪音。通常会引起很大的振动和噪音

14、。 锻锤的规格通常以落下部分的质量来表示，锻锤的规格通常以落下部分的质量来表示，但因它是限能性设备，其确切的性能参数应是打但因它是限能性设备，其确切的性能参数应是打击能量。击能量。 锻件在锤上的成形过程是打击过程，可利用锻件在锤上的成形过程是打击过程，可利用力学上的弹性正碰撞理论分析其打击过程的特性。力学上的弹性正碰撞理论分析其打击过程的特性。由此可见，锻锤是一种冲击成形设备，工作过程由此可见，锻锤是一种冲击成形设备，工作过程中各主要零部件承受冲击载荷，并有振动传向基中各主要零部件承受冲击载荷，并有振动传向基础和周围环境，因此，研究锻锤的打击过程、分础和周围环境，因此，研究锻锤的打击过程、分析

15、锻锤打击效率和打击力是锻锤整机设计及性能析锻锤打击效率和打击力是锻锤整机设计及性能分析、零部件强度校核和锻锤振动分析的基础。分析、零部件强度校核和锻锤振动分析的基础。 二、锻锤的打击效率和打击刚性二、锻锤的打击效率和打击刚性 锻锤的打击过程分为两个阶段。锻锤的打击过程分为两个阶段。 第一阶段为加载阶段。打击开始时锤头的速度第一阶段为加载阶段。打击开始时锤头的速度为为V1V1，砧座的速度，砧座的速度V2=0V2=0。在此阶段，随着砧块（或。在此阶段，随着砧块（或模具）彼此接近而致使锻件成形。第一阶段结束时，模具）彼此接近而致使锻件成形。第一阶段结束时，锤头和砧座达到一致的下沉速度锤头和砧座达到一

16、致的下沉速度V V，这时锻件变形，这时锻件变形最大，砧座及基础下沉，落下部件的动能转化为锻最大，砧座及基础下沉，落下部件的动能转化为锻件的塑性变形能、锤击系统内部的弹性变形能和系件的塑性变形能、锤击系统内部的弹性变形能和系统运动的动能。对击锤，上下锤头相互靠拢，这能统运动的动能。对击锤，上下锤头相互靠拢，这能改善打击时钢带的受力状况。改善打击时钢带的受力状况。 第二阶段为卸载阶段。第一阶段末锤击系统所第二阶段为卸载阶段。第一阶段末锤击系统所具有的弹性变形能在第二阶段释放，导致打击终了具有的弹性变形能在第二阶段释放，导致打击终了后锤头和砧座或上下锤头的反向分离，其速度分别后锤头和砧座或上下锤头的

17、反向分离，其速度分别达到达到U1U1和和U2U2，此时二者开始分离。有砧座锤砧座以，此时二者开始分离。有砧座锤砧座以初速度初速度U2U2的初速度打击基础，严重的地面冲击振动的初速度打击基础，严重的地面冲击振动由此产生，无砧座锤上、下锤头是在空中堆积，地由此产生，无砧座锤上、下锤头是在空中堆积，地面上基本上无冲击振动。面上基本上无冲击振动。 三、锻锤的打击力三、锻锤的打击力 锻锤是限能量的锻压设备，它的主锻锤是限能量的锻压设备，它的主要性能参数是落下部分的打击能量。但要性能参数是落下部分的打击能量。但是，对其可能产生的打击力亦应有其度是，对其可能产生的打击力亦应有其度量准则，以满足锻锤零件的强度

18、校核、量准则，以满足锻锤零件的强度校核、模具承压面的确定及正确选用和使用设模具承压面的确定及正确选用和使用设备的需要。备的需要。 锻锤的分类锻锤的分类 锻锤的种类很多，按打击特性分，锻锤的种类很多，按打击特性分，有对击锤和有砧座锤；按工艺用途分，有对击锤和有砧座锤；按工艺用途分，有自由锻锤、模锻锤和板料冲压锤；按有自由锻锤、模锻锤和板料冲压锤；按向下行程时作用在落下部分的力分为单向下行程时作用在落下部分的力分为单作用锤和双作用锤。单作用锤工作时，作用锤和双作用锤。单作用锤工作时，落下部分为自由落体；双作用锤在向下落下部分为自由落体；双作用锤在向下行程时，落下部分除受重力作用外，还行程时，落下部

19、分除受重力作用外，还受压缩空气或液压力的作用，故打击能受压缩空气或液压力的作用，故打击能量较大。通常按驱动形式将锻锤分为以量较大。通常按驱动形式将锻锤分为以下四类：下四类： 一、蒸汽一、蒸汽空气锤空气锤 以来自动力站的蒸汽或压缩空气作为工作介质，以来自动力站的蒸汽或压缩空气作为工作介质，通过滑阀配汽机构和汽缸驱动落下部分作上下往复运通过滑阀配汽机构和汽缸驱动落下部分作上下往复运动的锻锤称为蒸汽动的锻锤称为蒸汽空气锤。工作介质通过滑阀配汽空气锤。工作介质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。

20、成锻锤落下部分的动能，从而完成锻件变形。 二、空气锤二、空气锤 空气锤有工作缸和压缩缸，两缸之间由旋阀连通。空气锤有工作缸和压缩缸，两缸之间由旋阀连通。其工作介质也是压缩空气，它在压缩活塞和工作活塞其工作介质也是压缩空气，它在压缩活塞和工作活塞之间仅起柔性连接作用。电动机通过减速机构带动曲之间仅起柔性连接作用。电动机通过减速机构带动曲拐轴旋转，驱动压缩活塞作上下往复运动，使被压缩拐轴旋转，驱动压缩活塞作上下往复运动，使被压缩的空气经旋阀进入工作缸的上腔或下腔，驱动落下部的空气经旋阀进入工作缸的上腔或下腔，驱动落下部分做向下运动进行打击或回程。分做向下运动进行打击或回程。 三、机械锤三、机械锤

21、由电动机驱动，靠机械传动提升锤头的锻由电动机驱动，靠机械传动提升锤头的锻锤，统称为机械锤。它是一类主要依靠重力位锤，统称为机械锤。它是一类主要依靠重力位能实现锻件变形的单作用落锤。根据连接不同，能实现锻件变形的单作用落锤。根据连接不同，分为夹板锤（或夹杆锤）、弹簧锤和链条锤分为夹板锤（或夹杆锤）、弹簧锤和链条锤（或钢丝绳锤）。（或钢丝绳锤）。 四、液压锤四、液压锤 液压锤是以液压油为工作介质，利用液压传动来带动液压锤是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，完成锻压工艺的锻压设备。分气液和纯锤头作上下运动，完成锻压工艺的锻压设备。分气液和纯液压两种驱动形式。气液驱动原理为：在工作

22、前，先向气液压两种驱动形式。气液驱动原理为：在工作前，先向气腔一次充入定量的高压气体（氮气或压缩空气）。借助于腔一次充入定量的高压气体（氮气或压缩空气）。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。其工作特胀作功，使锤头得到提升和快速下降进行锻击。其工作特点是：油腔进油，锤头提升；油腔排油，锤头下降并进行点是：油腔进油，锤头提升；油腔排油，锤头下降并进行锻件成形。纯液压式模锻锤的特点是：液压缸下腔通常压；锻件成形。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

23、腔排油，锤头提上腔进油，锤头快速下降并进行锻击，上腔排油，锤头提升。升。 液压锤具有高效、节能、环保的优点，利用气液驱动液压锤具有高效、节能、环保的优点，利用气液驱动制成的液压动力头来改造高能耗的蒸制成的液压动力头来改造高能耗的蒸空自由锻锤和模锻空自由锻锤和模锻锤，在我国已有巨大的发展，特别是锤，在我国已有巨大的发展，特别是812t812t液压自由锻锤的液压自由锻锤的制成并投入使用，在国际上尚属首创，是具有我国自主知制成并投入使用，在国际上尚属首创，是具有我国自主知识产权的产品。性能更优的快速液压模锻锤我国已有系列识产权的产品。性能更优的快速液压模锻锤我国已有系列产品投放市场，利用纯液压原理制

24、成的液压动力头来改造产品投放市场，利用纯液压原理制成的液压动力头来改造蒸蒸空锤的产品也已投入市场。空锤的产品也已投入市场。三、多点成形压力机三、多点成形压力机 一、多点成形技术简介一、多点成形技术简介 多点成形是金属板材三维曲面成形的全新技术，是对传统多点成形是金属板材三维曲面成形的全新技术，是对传统板料生产方式的重大变革。其原理是将传统的整体模具离板料生产方式的重大变革。其原理是将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体（或称冲头）。散成一系列规则排列、高度可调的基本体（或称冲头）。在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成

25、形中则由基本体群冲头的包络面（或称成形曲面）来完成，中则由基本体群冲头的包络面（或称成形曲面）来完成，如图如图1-1 所示。所示。 各基本体的行程可分别调节；改变各基本体的位置各基本体的行程可分别调节；改变各基本体的位置就改变了成形曲面，也就相当于重新构造了成形模就改变了成形曲面，也就相当于重新构造了成形模具，由此体现了多点成形的柔性特点。调节基本体具，由此体现了多点成形的柔性特点。调节基本体行程需要专门的调整机构，而板材成形又需要一套行程需要专门的调整机构，而板材成形又需要一套加载机构，以上、下基本体群及这两种机构为核心加载机构，以上、下基本体群及这两种机构为核心就构成了多点成形压力机。一个

26、基本的多点成形装就构成了多点成形压力机。一个基本的多点成形装备应由三大部分组成，即备应由三大部分组成，即CAD CAD 软件系统、控制系统软件系统、控制系统及多点成形主机，如图及多点成形主机，如图1-2 1-2 所示。所示。 CAD CAD 软件系统根据要求的成形件目标形状进行几何软件系统根据要求的成形件目标形状进行几何造型、成形工艺计算，将数据文件传给控制系统，造型、成形工艺计算，将数据文件传给控制系统，控制系统根据这些数据控制压力机的调整机构，构控制系统根据这些数据控制压力机的调整机构，构造基本体群成形面，然后控制加载机构成形出所需造基本体群成形面，然后控制加载机构成形出所需的零件产品。的

27、零件产品。 二、多点成形主要原理二、多点成形主要原理 1 1基本原理基本原理 多点模具成形法是在成形前把基本体调整到所需的多点模具成形法是在成形前把基本体调整到所需的适当位置，使基本体群形成制品曲面的包络面，而适当位置，使基本体群形成制品曲面的包络面，而在成形时各基本体间无相对运动。其实质与模具成在成形时各基本体间无相对运动。其实质与模具成形基本相同，只是把模具分成离散点。这种成形方形基本相同，只是把模具分成离散点。这种成形方法的整个成形过程如图法的整个成形过程如图3-13-1（a a，b b，c c）所示。多点）所示。多点模具成形的主要特点是其装置简单，而且容易制作模具成形的主要特点是其装置

28、简单，而且容易制作成小型设备。成小型设备。2 2技术特点技术特点与传统模具成形相比，多点成形具有如下特点：与传统模具成形相比，多点成形具有如下特点： 实现无模成形通过对各基本体运动的控制来构造出各实现无模成形通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的成形曲面，可以取代传统的整体模具，节省种不同的成形曲面，可以取代传统的整体模具，节省模具设计、制造、调试和保存所需人力、物力和财力，模具设计、制造、调试和保存所需人力、物力和财力，显著地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品显著地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。与模具成形法相比，不但节省巨额加工、的竞争力。与模具成形法相比，不但节省巨额加工、制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间。制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间。与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显著提高生产效率。并且显著提高生产效率。 优化变形路径优化变形路径 通过基本体调整，实时控制变形曲面，随意改变板材通过基本体调整，实时控制变形曲面，随意改变板材的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难加工材料的塑性变形，扩大加工范围加工材料的塑性变形，扩大加工范围。 实现无回弹成形实现无回弹成