锻压设备及控制.docx

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锻压设备及控制

第二章锻锤

●锻锤：

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），产生运动并积累动能，在极短时间施加给锻件，使之获得塑性变形能，完成各种锻压工艺锻压机械称为锻锤。

●锻锤分类

1、机械锤（夹板锤、钢丝锤、弹簧锤）2、空气锤3、蒸汽—空气锤（自由锻、模锻锤）4、蒸汽—空气对击锤5、高速锤6、液压模锻锤7、螺旋压力机

●锻锤主要特点

1、打击速度高：

锻锤是一种冲击成形设备，打击速度高，一为7~9m/s，因此金属流动性好，成形工艺性好。

2、行程次数高：

空气锤打击次数在100~250min-1之间，蒸汽—空气锤全行程打击次数一般也大于70min-1，因而有较高生产率。

3、操作灵活：

工艺万能性强，作为模锻设备时，在一台锤上以完成拔长、滚挤、预锻、终锻等各种工序操作。

4、定能量设备：

没有固定下死点。

其锻造能力不受吨位限制，当锻锤有效打击能量小于锻件变形所需能量时，可以多打几锤。

另外当锻件变形量较小时，可以产生很大打击力。

5、结构简单：

制造容易，安装方便，价格便宜。

●锻锤打击特性

锻锤以很大砧座或可动下锤头作为打击支承面，在工作行程时，锤头打击速度瞬间降至零，工作是冲击性，能产生很大打击力，通常会引起很大振动和噪音。

●锻锤打击能量表现为锤头下落行程终了（工件变形前）所具有动能，对于有砧座式：

Eh=

（2—27）式中：

Eh—锻锤打击能量，单位为J或KJ，它表示锻锤有效工作能力，是锻锤主参数；m—落下部分质量；v—下落行程终了（工件变形前）锤头速度。

●锻锤打击过程

在千分之几秒内完成，对有砖座式锤，锤头将打击能量传递给锻件和固定砖座，对于对击式锤，上下两锤头完成等行程撞击或等能量撞击。

打击过程中锻件在锤头与砖座上下两锤头间完成塑性变形。

过程分为两个阶段，第一阶段为加载阶段，在此阶段，随着锤头与砖座彼此接近而致使锻件成形。

第二阶段为卸载阶段。

第一阶段末锤击系统所具有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反向分离。

●力能关系：

螺旋压力机通过摩擦传动、液压传动或电机直接传动来驱动飞轮,使飞轮储蓄一定能量,在锻打时,此能量转化为锻件变形功、摩擦损失功和机器弹性变形功,这三部份功都是力和位移函数。

而锻造力又与工件尺寸大小、几何形状、材料机械性能以及锻造温度和锻造工艺有关。

第三章液压机

●液压机工作原理

液压机是根据静态下液体压力等值传递帕斯卡原理制成。

液体压力传递原理为：

在充满液体密闭容器中，施于任一点单位外力，能传播至液体全部，其数值不变，其方向垂直于容器表面。

液压机结构：

液压机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。

工作原理:

油压泵是油压系统动力源，是靠泵作用力使液压油通过液压管路进入油缸/活塞油缸/活塞里有几组互相配合密封件，不同位置密封都是不同，但都起到密封作用，使液压油不能泄露。

最后通过单向阀使液压油在油箱循环使油缸/活塞循环做功，实现能量转换，调节和输送，完成各种工艺动作循环。

油压缸：

将油压能转化为机械能油压传动是利用液体压力来传递动力和进行控制一种传动方式．油压装置是由油压泵，油压缸，油压控制阀和油压辅助元件。

p=F1/A1=F2/A2F2=p×A2

●液压机特点

1.工作压力大，工作行程大，工作空间大。

2.工作压力可调，可以实现保压，并可防止过载。

3.速度调节方便，可实现无级调速。

4.结构简单，制造容易，操作方便。

5.工作平稳，无噪音。

6.适用工艺范围广。

适合深拉伸、深挤压、非金属材料压制、超硬材料合等。

7.工作效率低。

●液压机分类

1、手动液压机。

2、锻造液压机。

3、冲压液压机。

4、通用液压机。

5、校正压装液压机。

6、挤压液压机。

7、层压液压机。

8、压制液压机。

9、打包压块液压机。

10、其他，轮轴压装、冲孔等专门用途液压机。

●通用液压机本体结构形式

1.三梁四柱式---常用结构形式。

2.双柱下拉式---重心低，整体高度低，适用于中、小型锻造用。

3.框架式---机身刚度大，导向精度高，抗疲劳能力强。

4.钢丝缠绕式---组合框架机身，预应力钢带缠绕，用于高压液压机。

第四章

●曲柄压力机：

曲柄压力机是以曲柄传动锻压机械，包括机身、横置于机身下方曲轴、两端分别与曲轴和滑块铰接双连杆、位于连杆上方滑块、位于滑块下方工作台板、位于机身下方外侧并通过离合器与曲轴连接飞轮、还包括滚珠导向装置。

●曲柄压力机结构组成

工作机构（曲柄滑块机构）、传动系统（齿轮传动、皮带传动等机构）、操纵系统（离合器和制动器）、能源系统（电动机、飞轮等）、支承部件（机身），还有多种辅助系统和装置，如润滑系统、保护装置及气垫等。

通用压力机一般由以下几部分组成。

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，其作用是将曲柄旋转运动转变为滑块直线往复运动，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

●曲柄压力机工作原理

●曲柄压力机分类

通常按机身结构分为：

开式曲柄压力机，闭式曲轴压力机

开式曲柄压力机C形床身三面敞开，特别适用于大张板料边缘冲压加工。

但这种形式床身结构本身刚性较差，因而所能承受载荷较小。

闭式曲轴压力机框架结构受立柱限制，工作台面积有限，操做空间小，因而对冲压件周边尺寸有一定限制。

框架形结构床身刚性好，所承受载荷大而均匀。

●曲柄压力机型号

如JA31-160B

J——机械压力机类代号

A——第一种变型（同一型号产品变型顺序号）

3——组代号

1——型代号（闭式单点压力机）

160——标准压力1600KN

B——第二次改进（产品重大改进顺序号）

●通用压力机技术参数

1、标称压力Fg及标称压力行程sg。

2、滑块行程s。

2、滑块行程次数n。

3、最大装模高度H1及装模高度调节ΔH1。

4、工作台板及滑块底面尺寸。

4、喉深

滑块行程s：

是指滑块从上死点到下死点所经过距离，其值为曲柄半径两倍。

装模高度：

是指滑块在下死点时，滑块下表面到工作台垫板上表面距离。

当装模高度调节装置将滑块调整到最上位置时，装模高度达最大值，称为最大装模高度H1。

装模高度调节装置所能调节距离称为装模高度调节量ΔH1。

喉深是指开式压力机或单柱压力机滑块中心线至机身距离。

●曲柄滑块机构：

曲柄滑块机构是曲柄压力机工作机构中主要类型，这种机构将旋转运动变为往复运动，并直接承受工件变形力。

理想状态下曲柄滑块机构作用力和曲柄扭矩：

我们说理想状态是指忽略摩擦力作用。

滑块上受到作用力有：

工件成形工艺力F、连杆对滑块作用力FAB、导轨对滑块反作用力Q。

根据力平衡条件:

当时

一般情况下，特别是对通用压力机，远小于0.3，故远小于17.50。

由于较小，因此，可认为，那么上两式可简化为：

1.曲轴强度与滑块许用负荷

曲轴是传递运动和动力重要零件，它强度是限制滑块负荷大小主要因素。

在压力机工作时，曲轴受剪切力、弯矩和扭矩联合作用，为了便于分析和计算，通常在强度计算时忽略一些对强度影响较小因素，如；①忽略齿轮对曲轴作用力；②忽略剪切力；③连杆对曲轴作用力近似看成等于公称压力，即FAB≈F。

根据力学分析，曲轴Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ截面为危险截面，见下图。

在曲柄颈危险截面Ⅰ--Ⅰ处，受到弯矩和扭矩联合作用，但由于此处扭矩比弯矩小得多，故可以忽略扭矩对应力影响，只考虑弯曲强度问题。

由于曲轴弯矩是由力F引起，则在设计压力机时，用标称压力Fg来设计或校核该截面弯曲强度。

自然，由曲轴截面Ⅰ--Ⅰ强度所决定使用原则为：

[F]Ⅰ--Ⅰ为曲轴Ⅰ--Ⅰ截面强度所允许滑块负荷。

在曲轴支承颈危险截Ⅱ－Ⅱ上也受到弯扭联合作用，但此处弯矩比扭矩小得多，可以忽略弯矩影响，只考虑扭转强度问题。

由于曲轴支承颈处所受扭为，则该截面强度设计和校核是按曲轴公称扭矩计算。

所谓公称扭矩是指曲柄转角等于公称压力角、滑块负荷等于公称压力Fg时，曲轴上所承受扭矩。

即

故由曲轴截面Ⅱ－Ⅱ强度所决定使用原则为：

［F］Ⅱ-Ⅱ为曲轴在Ⅱ－Ⅱ截面强度所允许滑块作用力；

［］为曲轴许用扭矩；

曲柄压力机滑块许用负荷图

从上述滑块许用负荷计算公式可知：

曲轴危险裁面I—I强度所允许滑块作用力[F]Ⅰ-Ⅰ只与压力机标称压力有关，而且其大小等于压力机标称压力；危险截面Ⅱ－Ⅱ强度所允许滑块作用力[F]Ⅱ－Ⅱ除与压力机公称压力有关外，还与当量力臂mq成反比。

而mq是曲柄转角函数，当转角从00到900增大时，mq随之增大，则[F]Ⅱ－Ⅱ相应减小。

在选用通用压力机时，要使成形力最大值落在安全区，保证设备安全使用。

得出结论：

a.滑块许用负荷取决于曲轴强度，也就是两危险截面强度。

b.不同型号压力机在负荷图中值不同。

c.工艺不同选用α值要合适，可用量化值αg确定。

结点偏置曲柄滑块机构

a）结点正偏置平锻机冷镦自动机

b）结点负偏置冷挤压力机热模锻压力机

●传动级数及速比分配原则

传动级数与电机转速和滑块行程次数有关。

行程次数低，总传动速比就大，传动级数就应多些，否则每级速比太大，结构就不紧凑；反之，行程次数高，总传动速比就小，传动级数就可少些。

现有压力机传动系统级数一般不超过四级。

行程次数在70次/分以上采用单级传动；行程次数在70～30次/分采用两级传动；行程次数在10～30次/分采用三级传动；行程次数在10次/分以下用四级传动。

第一级多采用带传动，使电动机在起动和停止时有一定缓冲作用。

●速比分配原则：

三角皮带（第一级）传动速比不超过6～8，齿轮传动不超过7～9。

通用压力机飞轮转速常取300～400r/min左右。

●锻压机械设备分类

1机械压力机（冲床）

2液压机

3自动锻机

4锤类

5锻压机

6剪切机

7弯曲校正机

8其他锻压机

锻压设备是指在锻压加工中用于成形和分离机械设备。

锻压设备包括成形用锻锤、机械压力机、液压机、螺旋压力机和平锻机，以及开卷机、矫正机、剪切机、锻造操作机等辅助设备。

锻锤

　　锻锤是由重锤落下或强迫高速运动产生动能，对坯料做功，使之塑性变形机械。

锻锤是最常见、历史最悠久锻压机械，它结构简单、工作灵活、使用面广、易于维修，适用于自由锻和模锻。

但震动较大，较难实现自动化生产。

机械压力机

　　机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动，工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产效率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作。

机械压力机在数量上居各类锻压机械之首。

冷锻机

　　冷锻机包括各种线材成形自动机、平锻机、螺旋压力机、径向锻造机、大多数弯曲机、矫正机和剪切机等，也具有与机械压力机相似传动结构，可以说是机械压力机派生系列。

旋转锻压机

　　旋转锻压机是锻造与轧制相结合锻压机械。

在旋转锻压机上，变形过程是由局部变形逐渐扩展而完成。

所以变形抗力小、机械质量小、工作平稳、无震动，易实现自动化生产。

辊锻机、成型轧制机、卷板机、多辊矫正机、辗扩机、旋压机等都属于旋转锻压机。

液压机

　　液压机是以高压液体（油、乳化液、水等）传送工作压力锻压机械。

液压机行程是可变，能够在任意位置发出最大工作力。

液压机工作平稳，没有震动，容易达到较大锻造深度，最适合于大锻件锻造和大规格板材拉伸、打包和压块等工作。

液压机主要包括水压机和油压机。

某些弯曲、矫正、剪切机也属于液压机一类。