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模具使用设备基础知识讲解
模具使用设备基础知识
模具在生产产品时，必须安装在模具使用设备上。
一般来讲冲压模需要安装在压力机上，塑料注塑模需要安装在注塑机上。
为了在合理的成本内生产出符合要求的产品，按照模具结构及尺寸的差别，应该选择与模具相适应的使用设备。
本单元主要讲述压力机及注塑机的分类和选择原则。
第一节压力机
培训目标
能够了解压力机的种类
能够了解通用压力机的基本结构
能够为模具选择合适的压力机
一、压力机分类
压力机按工作原理分为曲柄压力机、螺旋压力机和液压机三种。
按工艺用途分为通用压力机和专用压力机。
通用压力机是采用曲柄滑块机构的锻压机械，因此也称为通用曲柄压力机。
下面以两种典型的通用压力机来说明它的工作原理和结构组成。
1．JB23—63型通用压力机
JB23—63型通用压力机外形如图7—1所示，图7—2为JB23—63型压力机的工作原理图，电动机1通过小带轮2和传动带把能量和速度传给大带轮3，再经过传动轴和小齿轮4、大齿轮5传给曲轴7。
连杆9上端装在曲轴上，下端与滑块10连接，通过曲轴上的曲柄把旋转运动变为滑块的往复直线运动。
滑块运动的最高位置称为上止点位置，而最低位置称为下止点位置。
冲压模具的上模11装在滑块上，下模12装在垫板13上。
因此，当板料放在上模11、下模12之间时，即可以进行冲裁或成形加工。
图7—1JB23—63型通用压力机外形图
图7-2JB23—63型压力机运动原理图
1—电动机 2—小带轮 3—大带轮 4—小齿轮 5—大齿轮 6—离合器 7—曲轴
8—制动器 9—连杆 10—滑块 11—上模 12—下模 13—垫板 14—工作台 15—机身
曲轴7上装有离合器6和制动器8，只有当离合器6和大齿轮5啮合时，曲轴7才开始转动。
曲轴停止转动可通过离合器与齿轮脱开啮合和制动器制动实现，当制动器制动时，曲轴停止转动，但大齿轮仍在曲轴上旋转。
压力机在一个工作周期内有负荷的工作时间很短，大部分时间为无负荷的空程运转。
为了使电动机的负荷均匀，有效地利用能量，大带轮3起着用来储存能量的飞轮作用。
2.J31-315型曲柄压力机
图7—3是J31—315型压力机外形图，图7—4为其运动原理图。
J31—315型压力机的工作原理与JB23—63型压力机相同，只是它的工作机构采用了偏心齿轮驱动的曲柄连杆机构，即在最末一级齿轮上铸有一个偏心轮，构成偏心齿轮，如图1-4所示，偏心齿轮9由小齿轮8带动，绕心轴lO旋转，带动套在偏心齿轮上的连杆12摆动，连杆驱动滑块13上下运动，实现冲压加工。
此外，这种压力机上还装有液压气垫18，在拉深时起压边作用或在冲裁卸料时顶出制件。
图7—3J31—315型压力机外形图
图7—4J31—315型压力机运动原理图
1—电动机 2—小带轮 3—大带轮 4—制动器 5—离合器 6、8—小齿轮 7—大齿轮
9—偏心齿轮 10—心轴 11—机身 12—连杆 13—滑块 14—上模 15—下模 16—垫板
17—工作台 18—液压气垫
通用压力机一般由以下部分组成：
（1）动力传动系统从电动机至曲轴组成通用压力机的动力传动系统，作用是能量传递和速度转换。
它包括能量机构，如电动机和飞轮；传动机构，如齿轮传动、带传动等机构。
（2）工作机构它由曲轴、连杆、滑块等零件组成。
曲柄滑块机构或称曲柄连杆机构，其作用是将曲柄的旋转运动转变为滑块的往复直线运动，由滑块带动模具工作。
（3）操纵系统包括离合器、制动器和操纵机构等部件，以及控制工作机构工作、停止和工作方式的整个操纵系统。
（4）机身它是压力机的支承部分，把压力机所有的零部件连接成一个整体。
（5）辅助系统和装置如润滑系统、过载保护装置以及气垫等。
3．通用压力机的分类
机械压力机类（J）分为十组九型，从用途上分，第一组至第三组称为通用压力机，第一组为单柱压力机、第二组为开式压力机、第三组为闭式压力机。
每一组根据具体结构不同，又分若干型。
通用压力机的分类和组型代号见表1—1。
表7—1通用压力机的分类和组型代号
组
型
通用压力机名称及代号
组
型
通用压力机名称及代号
1.单柱压力机
1
2
3
1l单柱固定台压力机
12单柱活动台压力机
13单柱柱形台压力机
2.开式压力机
8
9
28开式柱形台压力机
29开式底传动压力机
2.开式压力机
1
2
3
4
5
21开式固定台压力机
22开式活动台压力机
23开式可倾压力机
24开式转台压力机
25开式双点压力机
3.闭式压力机
1
2
3
6
7
9
31闭式单点压力机
32闭式单点切边压力机
33闭式侧滑块压力机
36闭式双点压力机
37闭式双点切边压力机
39闭式四点压力机
（1）按机身结构形式分
按压力机机身结构形式不同，分为开式压力机和闭式压力机。
开式压力机的机身呈“C”形，如图7—1所示，机身前面和左右面敞开，冲压操作比较方便，但机身刚度较差，受载后易变形，对模具寿命有影响，因此多用于4000kN以下的中小型压力机。
开式机身背部无开口的称为开式单柱压力机，如图7—5所示。
开式机身背部有开口的称为开式双柱压力机，如图7—1所示。
双柱机身除左右方向便于送料、卸料外，还可进行前后方向的送料、卸料。
开式机身按机身能否倾斜分为可倾机身（图7—1）和不可倾机身（图7—5）。
按机身工作台是否可以上下移动分为固定台机身（图7—5）和活动台机身（图7—6）。
图7—5单柱固定台式压力机
图7—6升降台压力机
闭式压力机机身为框架结构，如图7—3所示。
其机身前后敞开，两侧封闭，机身刚度大，适用于大中型压力机。
（2）按压力机连杆数量分
按压力机连杆数量不同，分为单点压力机、双点压力机和四点压力机。
单点压力机的滑块由一个连杆带动，一般均为小型压力机。
双点压力机的滑块由两个连杆带动，运动平稳、精度高，一般为中型压力机。
四点压力机的滑块由两对连杆带动，运动平稳，一般为大型压力机。
图7—7为单点、双点、四点通用压力机示意图。
a）单点压力机b）双点压力机c）四点压力机
图7—7压力机按连杆数分类示意图
（3）按运动的滑块个数分
按运动滑块的个数，曲柄压力机可分为单动、双动和三动压力机，如图7—8所示。
目前使用最多的是单动压力机，双动和三动压力机则主要用于拉深工艺。
图7—8压力机分类示意图
a）单动压力机b）双动压力机c）三动压力机
1—凸轮2—工作台
4．冲压设备型号表示方法
按照国家行业标准（JB-T9965-1999）的规定，冲压设备的型号由设备名称、结构特征、主参数等项目的代号组成，用汉语拼音字母和阿拉伯数字表示。
例如JC23—63A的含义是：
第一部分是类代号。
“J”是机械压力机类代号，“J”是机械压力机中“机”字汉语拼音的第一个字母，用汉语拼音正体大写字母表示。
第二部分是变形设计代号。
当基本型号的主参数相同，而次要参数不同时，称为变形设计，以A、B、C…表示。
本例“C”表示第三次变形设计。
第三部分是组、型代号（见表1—1）。
本例“23”表示结构特征是开式可倾压力机。
横线后面的第四部分是设备的主参数。
通用压力机的主参数是公称压力，用法定计量单位“kN"的1／10表示。
此例的“63”表示公称压力为630kN。
第五部分表示改进设计代号。
以A、B、C…表示。
当压力机的结构和性能做了改进时，称为改进设计。
本例的“A”表示第一次改进设计。
5．曲柄压力机的主要技术参数
压力机的技术参数反映了压力机的工艺能力、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。
通用压力机的主要技术参数如下所述：
（1）公称压力
通用压力机的公称压力是压力机的主参数，是指滑块至下止点前某一特定距离s0时，或者曲柄旋转到离下止点前某一特定角度α0时，滑块所能承受的最大作用力。
此处的特定距离称为公称压力行程，此时的特定角度称为公称压力角。
例如J31—315型压力机的公称压力为3150kN，是指滑块离下止点前10.5mm（相当于公称压力角为20o）时滑块上所容许的最大作用力。
压力机公称压力的单位是kN。
图7—9所示为压力机的滑块许用负荷曲线。
该曲线是由压力机的零件强度（主要是曲轴强度）确定的，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，选用压力机时制件变形抗力曲线必须全都位于图7—9的阴影线下方。
图7—9压力机的滑块许用负荷曲线
目前，公称压力已经系列化，例如有40kN、63kN、100kN、160kN、250kN、400kN、630kN、1000kN、1600kN、2500kN、3150kN、4000kN等。
（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，它是曲柄半径的两倍，或是偏心齿轮、偏心轴销偏心距的两倍。
其大小随压力机工艺用途和公称压力的不同而不同。
滑块行程的大小反映了模具的开启高度，即压力机工作长度的大小，滑块行程越大能够冲压制件的高度也就越大。
滑块行程应满足制件进入模具与退出模具以及操作方便的要求。
滑块行程的单位是mm。
例如：
JB23—63型压力机的滑块行程是100mm，J31—315型压力机的滑块行程为315mm。
此类压力机的滑块行程是固定不变的。
但是，有的压力机的滑块行程是可以调节的，以满足不同类型模具冲压的需要，如导板冲裁模。
J23-10A压力机的滑块行程可以在16～140mm之间调节。
设计模具时应该查阅压力机说明书。
（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。
滑块行程次数的高低反映了压力机冲压的生产效率。
滑块行程的动作方式可以是单动，也可以是连续动作。
在连续动作时，通常认为大于30次／min，人工送料很难配合好，因此滑块行程次数高的压力机只有安装自动送料装置，才能充分发挥压力机的效能，否则难以实现高生产率。
滑块行程次数越高，冲压变形的速度也越快。
对于有变形速度限制的拉深成形来说，冲压速度越快，极易造成拉深破裂，废品率增高。
因此，应该根据不同材料的拉深速度要求，正确选择滑块行程次数。
（4）压力机装模高度H和封闭高度
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。
当装模高度调节装置将滑块调整到最高位置（即连杆调至最短）时，装模高度达最大值，称为最大装模高度。
当装模高度调节装置将滑块调整到最低位置（即连杆调至最长）时，装模高度达最小值，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用。
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。
例如J31-315型压力机最大装模高度为490mm，装模高度调节量为200mm。
压力机装模高度尺寸表示压力机允许安装模具的高度尺寸范围，是模具设计时考虑的重要工艺参数。
（5）压力机工作台面尺寸及滑块底面尺寸
工作台板及滑块底面尺寸是指压力机工作空间的平面尺寸。
工作台板（垫板）的上平面（安装下模部分），用“左右×前后”的尺寸表示，如图7—10中的A×B。
滑块下平面，也用“左右×前后”的尺寸表示，如图7—10中的a×b。
闭式压力机，其滑块尺寸和工作台板的尺寸大致相同，而开式压力机滑块下平面尺寸小于工作台板尺寸。
所以，开式压力机所用模具尺寸要依滑块底面尺寸而定。
不过，许多开式压力机，滑块在上止点时，其底面仍低于导轨，这样就可以安装比滑块底面大的上模了。
这种情况虽然使用方便，但产品精度会受一定的影响。
图7—10压力机基本参数
（6）漏料孔尺寸
当制件或废料由下模向下漏料时，工作台或工作台垫板漏料孔的尺寸应使制件或废料顺利漏下。
如果工作台或工作台垫板漏料孔的尺寸小于制件或废料尺寸，而又需要由下模向下漏料时，应该增加附加垫板支承下模，两等高附加垫板的间距大于制件或废料的尺寸即可。
模具下模座的外形尺寸应该大于漏料孔尺寸，否则应增加附加垫板。
此两种情况都要考虑增加附加垫板后对压力机装模高度的影响。
漏料孔的形状有圆形、长方形和圆形与长方形的复合形状三种。
工作台孔尺寸L1XB1（左右×前后）、D（直径），如图7—10,用作排除工件或废料、或安装顶出装置。
当模具下模需要安装通用弹顶器时，通用弹顶器的外形尺寸应该小于漏料孔尺寸。
（7）模柄孔尺寸
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。
大型压力机的滑块上没有模柄孔，而是在滑块底面设T形槽，用T形槽螺钉安装固定上模。
（8）立柱间距离
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，立柱间距离尺寸直接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。
对于闭式压力机，也称为导轨间距离，其尺寸限制了模具的外形尺寸。
（9）喉深
它是指滑块的中心线至机身的距离，是开式压力机和单柱压力机特有的参数。
除上述技术参数外，还有压力机许用负荷曲线图、喉口深度、滑块顶杆横梁过孔尺寸、气垫尺寸、电动机功率、气源压强等工艺技术参数，它们也是设计模具所必须考虑的。
在模具设计时，仅仅依靠设计手册查阅技术参数是不够的，必须查阅压力机样本说明书，才能够得到确切的、全面的工艺技术参数。
6．除通用压力机外，在成型某些特殊产品或为了提高生产效率需要用到专用压力机，专用压力机包括双动拉深压力机、高速自动压力机、精冲压力机、数控转塔冲床、冷挤压力机、摩擦螺旋压力机等。
二、压力机的选择
在编制冲压工艺文件和设计模具结构时，需要选择合适的压力机，以满足冲压工艺需要和使模具工作正常。
在选择压力机时主要考虑以下三个方面内容。
1．压力机类型的选择
冲压加工用的设备主要有通用压力机、专用压力机和液压机等。
压力机类型的选择，主要取决于冲压件的工艺要求和生产批量，一般应遵循以下几点原则：
（1）中小形状的冲裁件、拉深件、弯曲件，主要选择开式通用压力机。
开式压力机机身刚度较差，在冲压力的作用下易产生变形，影响冲裁件质量，但只要冲压能力选择适当，还是胜任的。
而且使用比较方便，容易操作，便于实现机械化和自动生产。
因此，中小形状和精度要求不高的冲压件多采用这类开式压力机。
（2）大中形状和精度要求较高的冲压件，要选择刚度较好的闭式通用压力机。
根据冲压件的大小，可以选择双点式、四点式压力机。
（3）对于形状较复杂的中小形状的大量生产的冲压件，应该选择高效率压力机或自动压力机。
（4）对于生产批量较小的大型厚板冲压件，应选用液压机。
液压机虽然生产速度慢，效率低，制件尺寸精度受操作影响，但是压力大，不会因板厚而过载，适用于厚板生产。
（5）对于精密冲裁件，最好在专用精冲压力机上进行。
当生产批量不大时，可在通用压力机或液压机上，增加压料装置和反压装置，进行精密冲裁。
（6）对于大型拉深件，要选用上传动的闭式双动拉深压力机；对于中小型拉深件，常选用下传动的双动拉深压力机；对于大型复杂拉深件，可以选用三动压力机。
（7）对于校正弯曲、整形、压印等工序，要求压力机有足够的刚度，应优先选用精压机，以得到较高的冲压件尺寸精度；当生产批量不大时，可以选用摩擦压力机。
（8）对于薄板冲裁，应当选用精度和刚度高的压力机。
冲压类型与冲压设备选用对照表可参见表7—2。
表7—2冲压类型与冲压设备选用对照表
冲压类型
冲压设备
冲裁
弯曲
简单拉深
复杂拉深
整形校平
立体成型
小行程通用压力机
√
○
×
×
×
×
中行程通用压力机
√
○
√
○
○
×
大行程通用压力机
√
○
√
○
√
√
双动拉深压力机
×
×
○
√
×
×
高速自动压力机
√
×
×
×
×
×
摩擦压力机
○
√
×
×
√
√
注：
表中√表示适用，○表示尚可使用，×表示不适用。
2．压力机规格的确定
（1）公称压力
在压力机分类中已讲述了压力机的公称压力和滑块许用负荷曲线，在选用压力机时，应计算所需冲压变形力大小，使冲压变形力和冲压变形曲线始终位于设备滑块许用负荷曲线之下，这样压力机的工作安全才会得到保障。
计算方法如下：
1）当压力机对坯料施加压力的行程小于5％的压力机行程时，压力机公称压力应大于等于1.3倍冲压总力。
2）当压力机对坯料施加压力的行程大于5％的压力机行程时，如拉深成型，在浅拉深时，最大变形力应限制在公称压力的70％～80％；在深拉深时，最大变形力应限制在公称压力的50％～60％。
（2）功率能力
压力机的功率能力是由电动机功率和飞轮能量等因素决定的。
当冲压功率超过压力机功率，导致功率超载时，会使压力机飞轮转速降低，甚至因滑块被顶住而停止运动，以致会发生闷车和烧毁电动机事故。
冲压功率的大小与冲压力和冲压工作行程有关。
对于冲裁加工，由于冲裁工作行程较短，一般压力不超载时，冲压功就不会超载。
但是对于拉深成型等大工作行程冲压来说，应该进行冲压功校核，以保证冲压功不超载。
（3）装模高度
模具的闭合高度应介于压力机的最大装模高度和最小装模高度之间，并考虑留有适当余量。
计算式如下
H-5mm≥Hd≥H–M+10mm（7—1）
式中H——压力机最大装模高度，mm；
Hd——模具的闭合高度，mm；
M——压力机装模高度调节量，mm。
当模具安装固定需要附加垫板时，还应考虑附加垫板厚度的影响。
（4）滑块行程
一般的冲压加工工作行程比较短，故可忽略对滑块行程的校核。
但，若是拉深成形，尤其是拉伸深度较大制件时，必须对滑块行程予以计算和校核，以免该行程不够，影响制件的顺利取出。
滑块行程一般按照拉深件高度的2.5倍确定。
当使用导板模时，为保证凸模始终不与导板脱开，宜选用滑块行程可调节的曲拐轴式压力机。
（5）工作台板及滑块尺寸
模具在装固后，其外形不允许超出工作台板台面和滑块底面。
（6）工作台板漏料孔
在压力机分类中已给予详细讲述，主要是结合模具的工作需要决定对其的使用。
（7）滑块行程次数
应视生产率和冲压工艺要求决定压力机滑块行程次数多少。
部分压力机的技术参数见表7—3、表7—4、表7—5和表7—6所示。
表7—3开式双柱可倾压力机型号和技术参数
型号
J23—3.15
J23—6.3
J23—10
J23—16
J23—25
JC23—35
JH23—40
JB23—63
J23—80
J23—100
J23—100A
J23—125
公称压力／kN
31.5
63
100
160
250
350
400
630
800
1000
1000
1250
滑块行程／mm
25
35
45
55
65
80
80
100
130
130
16～140
145
滑块行程次数／（次／min）
200
170
145
120
55
50
55
40
45
38
45
38
最大封闭高度／mm
120
150
180
220
270
280
330
400
380
480
400
480
封闭高度调节量／mm
25
35
35
45
55
60
65
80
90
100
100
110
滑块中心线至床身距离／mm
90
110
130
160
200
205
250
310
290
380
320
380
立柱距离／mm
120
150
180
220
270
300
340
420
380
530
420
530
工作台尺寸／mm
前后
160
200
240
300
370
380
460
570
540
710
600
710
左右
250
310
370
450
560
610
700
860
800
1080
900
1080
工作台孔尺寸／mm
前后
90
110
130
160
200
200
250
310
230
380
250
340
左右
120
160
200
240
290
290
360
450
360
560
420
500
直径
110
140
170
210
260
260
320
400
280
500
320
450
垫板尺寸/mm
厚度
30
30
35
40
50
60
65
80
100
100
110
100
孔径
110
140
170
210
260
150
320
250
200
160
250
模柄孔尺寸／mm
直径
25
30
40
50
60
深度
40
55
60
70
80
75
80
床身最大可倾角
45o
45o
35o
35o
30o
20o
30o
25o
30o
30o
30o
25o
表7—4开式双柱固定台压力机型号和技术参数
型号
JA21—35
JD21—100
JA21—160
J21—400A
公称压力／kN
350
1000
1600
4000
滑块行程／mm
130
可调10～120
160
200
滑块行程次数／（次／min）
50
75
40
25
最大封闭高度／mm
280
400
450
550
封闭高度调节量／mm
60
85
130
150
滑块中心线至床身距离／mm
205
325
380
480
立柱距离／mm
428
480
530
896
工作台尺寸／mm
前后
380
600
710
900
左右
610
1000
1120
1400
工作台孔尺寸／mm
前后
200
300
480
左右
290
420
750
直径
260
460
600
垫板尺寸/mm
厚度
60
100
130
170
孔径
22.5
200
300
模柄孔尺寸／mm
直径
50
60
70
100
深度
70
80
80
120
表7—5单柱固定台压力机型号和技术参数
型号
J11—3
J11—5
J11—16
J11—50
J11—100
公称压力／kN
30
50
160
500
1000
滑块行程／mm
0～40
0～40
6～70
10～90
20～100
滑块行程次数／（次／min）
110
150
120
65
65
最大封闭高度／mm
170
226
270
320
封闭高度调节量／mm
30
30
45
75
85
滑块中心线至床身距离／mm
95
100
160
235
325
工作台尺寸／mm
前后
165
180
320
440
600
左右
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