材料成型设备教案

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第一章绪论

第二章曲柄压力机

第一节曲柄压力机的工作原理与型号分类

一、曲柄压力机的工作原理

(1)曲柄压力机

工作原理与结构曲柄压力机的工作机构是曲柄连杆滑块机构，所以称曲？

柄压力机。现通过国产JB23-63型压力机来说明它的工作原理及结构。图1.2

为其外形图，图1.3为运动原理图，图1.4为打料装置结构图。其工作原理如下。

电动机1通过三角皮带也运动传给大皮带轮3,再经小齿轮4、大齿轮5传给曲轴

7o连杆9上端装在曲轴上，下端与滑块10连接，把曲轴的旋转运动变为滑块的直

线往复运动。上模11装在滑块上，下模12装在工作台的垫板13上，因此，当材

料放在上下模之间时，即能进行冲裁及其它冲压成形工艺。

由于生产工艺的需要，滑块有时运动，有时停止，所以装有离合器6与制动器

8,压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，也就是说，有负荷的工作

时间很短，大部分时间为无负荷的空闲时间。为了使电动机的负荷均匀，有效地利

用能量，因而装有飞轮.大皮带轮3即起飞轮的作用。二、曲柄压力机的组成

工作机构：即曲柄滑块机构(或称曲柄连杆机构)。它由曲轴、连杆、滑块等零

件组成，其作用是将曲柄的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，由滑块带动模具

工作。

传动系统:包括齿轮传动、带传动等机构，起能量传递作用和速度转换作用。

操纵系统:包括离合器、制动器等零部件，用以控制工作机构的工作和停止。

能源系统:包括电动机、飞轮。

支撑部分:主要指机身，它把压力机所有部分连接成一个整体。

除上述基本部分外，还有多种辅助系统和装置，如润滑系统、保护装置及气垫

等。

三、曲柄压力机的分类

根据床身结构分类:开式和闭式曲柄压力机

开式曲柄压力机的C形床身三面敞开，特别适用于大张板料边缘的冲压加工。

但这种形式的床身结构本身刚性较差，因而所能承受的载荷较小，适用于中小型冲

模。

闭式曲轴压力机的框架结构受立柱的限制，工作台面积有限，操做空间小，因

而对冲压件的周边尺寸有一定的限制。框架形结构床身刚性好，所承受的载荷大而

均匀，适用于大中型或精度要求较高的冲模。

J31-315闭式压力机工作原理

电动机1带动皮带传动系统2,3,将动力传到小齿轮6,通过6和7,8和

1

9两级齿轮减速传到曲柄连杆机构，大齿轮7同时又起飞轮作用。最本级齿轮

9制成偏心齿轮结构，它的偏心轮部分就是曲柄，曲柄可以在芯轴10上旋转。连

杆12一端连到曲轴偏心轮；另一端与滑块较接，当偏心齿轮9在与小齿轮8啮合转

动时，连杆摆动，将曲轴的旋转运动转变为滑块的往复直线运动。上模装在滑块

上，下模固定在垫板上，滑块带动上模相对下模运动，对放在上、下模之间的材料

实现冲压。

在电动机不切断电源情况下，滑块的动与停是通过操纵脚踏开关控制离合器和

制动器实现的。踩下脚踏开关，制动器松闸，离合器结合，将传动系统与曲柄连杆

机构连通，动力输入，滑块运动；当需要滑块停止运动时，松开脚踏开关，离合器

分离，将传动系统与曲柄连杆机构脱开，同时运动惯性被制动器有效地制动，使滑

块运动及时停止。

根据一些辅助分类：

工艺用途分类:通用曲柄压力机、拉深压力机、板冲高速压力机、热模高速压

力机、热模锻压力机、冷挤压机等。

滑块数量:单动压力机、双动压力机

压力机连杆数量:单点压力机、双点压力机、四点压力机

传动系统所在位置:上传压力机、下传压力机

四、曲柄压力机型号表示

第二节曲柄滑块机构的运动与受力特点

一、曲柄滑块机构的运动分析

1.滑块位移与曲柄转角的关系

2.滑块速度与曲柄转角的关系

3.滑块加速度与转角的关系

二、曲柄滑块机构受力分析

a

曲线表明随着曲柄转角的变化，滑块上所允许的作用力也随之改变。因此选

用压力机时，要严格注意工作角度，工件变形抗力必须位于阴影线之内。

第三节通用曲柄压力机主要零部件结构

一、曲柄滑块结构

1.几种典型曲柄滑块机构

(1)曲轴式——曲羯两端有设备床身支撑，当曲轴绕支承轴转动时，滑块在

导轨的约束下上下运动，上下位置的差值为2R,此结构应用于较大行程的中小压

力机上。

(2)偏心齿轮式一一偏心齿轮安装在芯轴上并绕芯轴转动，与芯轴的偏心距

为R,实现曲柄机构动作，应用于中大型压力机。

2.装模高度调节方式

(1)调节连杆长度该方法结构紧凑，可降低压力机高度，但连杆与

2

滑块的较接处为球头，加工困难，螺杆的抗弯性能不强。

(2)调节滑块高度连杆不直接与滑块体相连，而是装配在调节螺杆上，调节

螺杆同坐涡轮与滑块体相连接，蜗轮有兼做调节螺母，相对转动的结果使滑块本体

上下移动，连杆与滑块的较接点距滑块上下面的距离发生了变化，从而达到调节装

模高度的目的。

(3)调节工作台高度多用于小型压力机”

3过载保护系统

(1)压塌块式过载保护系统此装置结构简单，制造方便;设计时无法考虑疲

劳强度极限；只能用于单点压力机，不宜用于多点压力机上。

(2)液压式过载包括装置此装置过载临界点可以准确设定;过载后设备恢复

容易;广泛用于中大型压力机。

4.模具的装夹和上打料机构

二、机身

(1)开式机身多用于小型压力机

(2)闭式机身多用于中大型压力机

三、离合器与制动器

(一)刚性离合器

依靠刚性结合零件使主动部件和从动部件产生连接和分离两种状态，实现曲

柄机构的工作和停止。

转键式离合器为什么设有两个转键，

离合器设有两个转键，一个称工作键（主键），另一个为副键，副键一方面可

以防止滑块的超前运动，另一方面在需要曲轴反向运动时起主键作用。

转键式离合器是怎样保证压力机的单次操作，

单次行程操作方式是指操作人员发出冲压指令后，仅作一次冲压后即停止的

操作方式。一般情形下，脚踏开关在起动后又断开，电磁铁断电，电磁吸力消失，

打棒在下部弹簧的作用下回复至上位，关闭器乂处于关闭状态，曲轴转一圈后由于

关闭器挡住尾板，离合器又自动分离，至此完成一个冲压行程操作。

（二）带式制动器

（三）摩擦离合器

摩擦离合器与刚性离合器的区别是什么，

刚性离合器易于制造，运行条件简单，加工、运行、维护成本低，但刚性结

合有较大冲击、且启动后一定要运行一个周期而停在上死点，不能紧急制动，安全

性不高，无法寸动，模具安装调试不方便。

摩擦离合器动作协调，能耗降低，能在任意时刻进行离合操作，实现制动C

但结构复杂，加工和运行维护成本相应调，需要压缩空气做动力源。四、动力与

传动系统

曲柄压力机为何要设计飞轮，

为什么要校核设备做功能力，

3

了解压力机在一个工作周期内的能量消耗是正确选用压力机的前提，由于电力

拖动特性，在压力机工作时也可能出现冲压力不过载而做功过载。五、辅助装置

（一）气动系统与润滑

（二）移动工作台

（三）拉深垫

作用：对于中大型设备，在工作台下可选配拉深垫。有了拉深垫，可以在模具

内增加一个相对动作，完成如冲裁压边、顶料、拉深压边等功能，扩大了压力机的

使用范围，简化了模具结构。

第四节曲柄压力机主要技术参数与选用

一、主耍技术参数

压力机的技术参数反映一台压力机的工艺能力、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

尻

通用压力机的公称压力是指滑块至下止点前，某一特定距离或曲柄旋转到离下

止点前某一特定角度时，滑块上所允许承受的最大作用力。

2（滑块行程S

滑块行程是指压力机滑块从上止点到下止点所经过的距离，它的大小随工艺用

途和公称压力的不同而不同。

3（滑块行程次数n

它是指滑块每分钟从上止点到下止点、然后再回到上止点的往复次数。

4（压力机装模高度H和封闭高度

压力机装模高度（GB8845-88称为闭合高度）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。所谓封闭高度是指滑块在下止点时，滑

块下表面到工作台上表面的距离，它和装模高度之差恰是垫板的厚度。

5（压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸

工作台面尺寸AXB与滑块底面尺寸JXK是与模架平面尺寸有关的尺寸。通常

对于闭式压力机，这两者尺寸大体相同;而开式压力机则为（JXK）,（AXB）。

6（漏料孔尺寸

当制件或废料漏料时，工作台或垫板孔（漏料孔）的尺寸应大于制件或废料尺

寸。当模具需要装有弹性顶料装置时，弹性顶料装置的外形尺寸应小于漏料孔尺

寸。模具下模板的外形尺寸应大于漏料孔尺寸，否则需增加附加垫板。

7（模柄孔尺寸

当模具需要用模柄与滑块相连时，滑块内模柄孔的直径和深度应4模具模柄尺

寸相协调。

除上述技术参数外，喉口深度、滑块顶杆过孔、气垫尺寸等也是设计模具所必

须考虑的。图8-6是压力机与模具安装有关的结构参数图。

4

二、曲柄压力机的选用

曲柄压力机选择原贝1:1.根据冲压件的工艺性质、产量大小以及精度要求选择

压力机类型;2.在条件允许的情况下，选择相应的专用压力机，在条件不具备的情

况下选择通用压力机;3.将冲压力的计算图与设备许用负荷图对比，当冲压力的计

算图图形曲线全部落在压力机许用负荷图的安全区内时，即可初选该型压力机。

第五节伺服压力机

一、伺服压力机技术特点

（1）滑块运动可控；（2）制品精度高；（3）提高生产率；（4）噪声低，

模具寿命长；

（5）简化传动环节，减少维修和节省能源。

二、伺服压力机工作原理

三、伺服压力机成形工艺举例

四、伺服压力机的不足

设备成本高，对电网冲击严重。

第六节专用曲柄压力机

一、拉深压力机

二、冷挤压机

与热锻相比，冷挤压有着较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度;与切削加工

相比，有着

较高的材料利用率和产品生产效率。

三、热模锻压力机

第七节冲压生产附属设备

一、自动送料装置

辐式送料装置、三向多工位送料装置、半成品送料装置

二、冲压机械手

三、开卷校平机设备

四、冲压生产线

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第三章液压机

第一节液压机的工作原理、特点及分类

一、工作原理

液压机是利用液体来传递压力的设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循

帕斯卡定律。液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构

和工作介质组成。

液压系统是又泵滤芯管路和各种阀体组成的，最基本的要有一个液压泵提

供压力，一个溢流阀防止系统压力过高及时卸荷。换向阀控制液压缸油液的流向来

控制液压缸的伸缩。

二、液压机的特点及分类

特点：易于得到较大的总压力及较大的工作空间；

易于得到较大的工作行程；

工作平稳、噪音小；

调压、调速方便;标准化、系列化程度高。

液压机型号:Y一—液压机

A——第一种变形

32一一四柱式液压机

315——标称压力3150KN。

第二节液压机的本体结构

一、液压机典型结构

1.梁柱组合式；2.单臂式；3.双柱下拉式；4.框架式二、机架部件

1.立柱

材料:35钢,45钢，40Cr,20MnV等。

预紧方式:加热预紧;液压预紧、超压预紧。

导向机构:活动横梁和立柱配合处装有导套，可起导向作用。

2.横梁

包括上横梁、活动横梁和下横梁。

上横梁上安装工作缸;活动横梁的上部与杜塞连接，下部安装模具；下横梁也称

底座，其上表面安装模具。

三、液压缸部件

1.液压缸形式

柱塞式液压缸、活塞式液压缸、差动柱塞式液压缸

2.导套与密封

导套一一为了保证活塞或柱塞运动方向的正确性，导套在柱塞往复运动时起保

护作用。

密封一一主要是防止液压缸中的高压液体泄漏，以保证液体的压力，同时也可

防止外界异物进入。

四、附属装置

6

1.顶出装置

作用一一除顶出工件外，还可以完成浮动压边，浮动压制的功能或作用。

2.活动横梁保险装置

作用一一防止活动横梁在运动过程中出现密封损坏、管路连接松动、背压阀失

灵等事故发生，造成活动横梁损坏。

3.打料装置

作用一一从上模中顶出工件，常在活动横梁上装有打料装置。

4.冲裁缓冲器

作用一一有效地减缓断后的弹性能释放，降低设备的震动以扩大液压机的工艺

用途。

第三节液压系统

一、液压系统概述

作用一一通过各种液压元件来控制液压机及其辅助机构完成各种行程和动作。

液压机的饿呀传动系统是以液压变换为主，系统压力高，流量大，功率大C

二、液压元件简介

动力元件（液压泵）一一将电动机的机械能转换成液体的压力能。动力的来源。

执行元件（液压缸）一一在压力油的作用下完成对外做功。

控制元件（控制阀）一一控制液压系统油液的压力、流量及液流方向。

辅助元件一一油箱、油管、管接头、漏油器等。

三、典型液压机液压系统分析

第四节液压机的主要技术参数及其选用

一、主要技术参数

1.标称压力

2.最大净空距

3.最大行程S

4.工作台尺寸

5.活动横梁运动速度

6.顶出器标称压力和行程

二、液压机的选用

以设备上进行的主要工艺为依据，确保主要技术参数均满足工艺要求，结合使

用条件、投资情况及制造厂的情况综合考虑选用液压机。

7

第四章塑料挤出机

第一节挤出成型工作原理及挤出机组组成

一、挤出成型生产工艺过程与挤出机组组成

1.工艺过程

将塑料从料斗加入料筒随着螺杆的转动将其向前输送，塑料在向前移动过

程中，受到料筒的加热、螺杆的剪切作用和压缩作用，使塑料由粉状或粒状逐渐熔

融塑化为粘流态，塑化后的熔料在压力的作用下，通过分流板和一定形状的口模、

成为截面与口模形状相彷的高温连续体，最后冷却定型，得到所需的具有一定强

度、刚度、几何形状和尺寸精度的等截面制品。

2.组成

主机:挤压系统、传动系统、加热冷却系统

辅机:机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取装置。

控制系统：电器、仪表和执行机构。

二、挤出机的分类与型号表示

第二节挤出成型理论简介

一、固体输送理论

固体输送率铜螺杆表面与物料的摩擦因数、料筒内表面与物料的摩擦因数有关;

在固体输送区内尽早建立较大的压力有利于稳定挤出过程；固体输送区的动力主要

消耗在料筒上，且转变为摩擦热。

二、熔融理论

在其他条件不变的情况下，随着挤出量的增加，产品质量变坏;转速增加时，

若无背压控制，不利于熔融，若有背压控制，则可控制挤出量的增加，有利于熔

融。螺纹与料筒间隙增大将使熔膜厚度加大，不利于传热并降低了剪切速率，不利

于熔融。

三、熔体输送理论

螺槽中熔体的流动分成4中流动:直流、逆流、横流、漏流。

熔体在料筒出口处所收压力越大，熔体的粘度越小，则逆流和漏流越大，使生

产效率降低;但一定数量的逆流和漏流有利于均化与混合，这就是生产中在机头处

放置分流板和过滤网的原因。

四、挤出机综合工作点

第三节挤出机结构与参数选用

一、挤压系统

挤压系统由螺杆和料筒组成。

1.螺杆

普通螺杆的结构及参数

(1)螺杆直径一一表征挤出机挤出量大小的参数。

(2)螺杆的长径比一一增大长径比，等于增加螺杆长度，从而使物料在螺杆中

停留的时间增长，保证了物料有充分的熔融时间，提高制品质量。

8

(3)螺杆的分段

加料段一一输送固态物料给压缩段和均化段。

压缩段一一物料在这一段得到进一步的压缩，以排除气体并使物料熔融。均

化段——使物料熔融，均匀混合。

(4)螺杆头部结构

球形、圆锥形、扇形、圆柱一一锥角等。

(5)螺杆材料选择

螺杆材料应具有较高的力学性能和较好的切削、热处理性能。常用的有45

钢、40Cr>氮化钢、38CrMoAl等。

新型螺杆

(1)分离型螺杆

(2)扉障型螺杆

(3)分流型螺杆

2.料筒

料筒的结构形式：

(1)整体式料筒

(2)分段式料筒

(3)双金属料筒

加料II结构形式：

圆形、方形、矩形等。加料口的结构必须与物料的形状相适应，应能使物料

从料斗顺利地加入到料筒中而不产生架桥现象。

料筒材料选择：

45钢、40Cr>38CrMoAl>铸钢或球墨铸铁等。

3.分流板和过滤网

在螺杆头部和口模之间的过渡区经常设置分流板和过滤网，其作用是使物料

由螺旋运动变为直线运动，阻止未熔融的粒子和杂质进入口模，滤去金属等杂

质，

还可以提高熔料压力，使制品比较密实。

4.加料装置

作用:给挤出机供料，

加料方法:重力加料、强制加料

上料方法:弹簧自动上料装置、鼓风上料、带有干燥装置的加料斗。

二、传动系统

作用：驱动螺杆，使螺杆在给定的工艺条件下