设备管理_锻压设备概述

锻压设备 2 第一章锻压设备 1 1锻锤 1 2曲柄压力机 1 3液压机 3 概述锻锤种类锻锤工作特性 1 1锻锤 4 第一节概述 5 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 第一节概述 6 按驱动动力 单作用锤和双作用锤按工艺用途 自由锻锤和模锻锤按打击特性 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 液压锤 高速锤 螺旋压力机 第二节锻锤的分类 7 使用空气作为工作介质 通过减速机构和曲轴带动压缩活塞做上下往复运动 在压缩缸内产生压缩空气 压缩空气通过配气旋阀进入工作缸的上腔或下腔 驱动工作活塞和锤头进行打击或回程做上下往复运动 主要应用于自由锻件的锻造和胎膜锻 空气锤 第二节锻锤的分类 8 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 空气锤工作原理 第二节锻锤的分类 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 锤头动作是由压缩活塞往复运动导致气缸气压变化引起 9 第二节锻锤的分类 空气锤的结构 落下部分砧座 工作部分 配气操纵部分 传动部分 电动机减速机构曲柄机构压缩活塞 空气分配阀操纵机构 机身部分 工作气缸压缩气缸立柱底座 10 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 空气锤的构成 第二节锻锤的分类 11 空气锤的工作循环过程 空行程悬空打击压紧 第二节锻锤的分类 12 锤头打击频率和曲轴每分钟转数一致安装费用低 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 第二节锻锤的分类 空气锤特点 13 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 空气锤 第二节锻锤的分类 14 蒸汽 空气锤工作原理图 第二节锻锤的分类 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 15 单柱式 捶身只有一个立柱 可以从三个方面操作 操作空间大 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 蒸汽 空气锤分类 第二节锻锤的分类 蒸汽 空气锤的结构形式可分为三种 单柱式 双柱式和桥式 16 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 落下部分质量在1 5t之间 是应用最为广泛的一种锻锤 第二节锻锤的分类 17 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 第二节锻锤的分类 18 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 为了便于修复 缸内壁镶有铸铁缸套 砧座部分包括下砧块 砧垫和砧座 包括下砧块 砧垫和砧座 隔振基础 蒸汽 空气自由锻锤的主要构成 第二节锻锤的分类 19 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K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 工作循环 第二节锻锤的分类 20 单打循环 上行程中下腔气体是进气 膨胀过程 上腔气体是排气 压缩过程 下行程中上腔气体是进气 节流过程 下腔气体是排气过程 自动连打 上行程时下腔气体为进气 膨胀 排气 上腔气体为排气 压缩 提前进气 下行程时上腔气体为进气 膨胀 排气 下腔气体为排气 压缩 提前进气 第二节锻锤的分类 21 蒸汽 空气模锻锤 第二节锻锤的分类 22 摆动循环 工作循环 第二节锻锤的分类 模锻锤有摆动循环 重打和轻打三种工作循环方式 通过操纵系统控制配气阀的进排气方向和气量大小来体现 进气管滑阀打开 蒸汽进入气缸的下腔 使锤头上升 当锤头提升一个全行程H时 在刀形杆的作用下 滑阀相应上升 这时气缸的上腔进气 下腔排气 锤头立即下落 由于刀形杆的作用 滑阀下移一定距离 改变了配气关系而变成下腔进气和上用排气 因此锤头又立即向上死点运动 随着锤头上升 滑阀上升 这样往复运动 使锤头在上方0 7H范围内实现摆动循环 23 第二节锻锤的分类 工作循环 单次打击踩下锤头打击 松开 向上行程连续打击锤头接近行程高点时 再次踩下脚踏板 摆动循环锤头的位置变化轻打 锤头摆到低位时踩下踏板重打 锤头摆到高位时踩下踏板 24 单次打击 当锤头向下运动一个行程后 滑阀也下降一个行程 松开脚踏板 则滑阀下降 气缸下腔进气 上腔排气 锤头提升 完成一个循环连续打击 则连续踩下脚踏板即可实现 模锻锤的打击能量和打击适度可通过控制锤头提升高度和脚踏板的压下量来实现 第二节锻锤的分类 25 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 空气模锻锤特点 第二节锻锤的分类 26 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 第二节锻锤的分类 27 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 第二节锻锤的分类 蒸汽 空气对击锤 28 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 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 对击锤结构设计和使用特点 第二节锻锤的分类 29 蒸汽 空气模锻锤与自由锻锤不同之处 习题 30 电动机驱动 靠机械传动提升锤头的锻锤 统称为机械锤 机械传动部分由弹性 刚性和挠性连接所组成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 第二节锻锤的分类 机械锤 31 机械锤简图夹板锤弹簧锤钢丝锤 第二节锻锤的分类 32 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 分纯液压式和气液式两种 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 第二节锻锤的分类 33 液压锤工作原理图a 纯液压式 b 气液式 第二节锻锤的分类 缺点操作灵活性和工艺万能性不如传统锻锤制造精度 密封程度要求较严 易出现漏油现象使用维护比传统锻锤复杂 34 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 一般在20m s左右 能力大 高速锤 第二节锻锤的分类 35 高速锤示意图 第二节锻锤的分类 36 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 适用性强 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 锻锤的主要特点 第二节锻锤的分类 37 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 第三节锻锤的工作特性 38 有砧座锤 打击能量 对击锤 打击能量 单作用锤 双作用锤 锻锤的打击特性 第三节锻锤的工作特性 39 第三节锻锤的工作特性 锻锤的打击过程 加载阶段 锻件 砧座 模具弹性变形恢复锤头和砧座彼此分离 直至锤头离开锻件打击力越来越小 锤头和砧座彼此接近 锤头动能释放 打击力越来越大锻件产生弹性 塑性变形 砧座 模具弹性变形锤头能量释放完毕 锻件 砧座 模具获最大变形锤头 砧座不再接近 全系统的重心速度达到一致 卸载阶段 40 1 砧座锻锤的打击效率 第三节锻锤的工作特性 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 41 砧座与锤头质量比对打击效率的影响 第三节锻锤的工作特性 42 2 对击式锻锤打击效率 对击式锻锤与有砧座锻锤哪种打击效率高 第三节锻锤的工作特性 43 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 第三节锻锤的工作特性 三 锻锤的打击力 44 曲柄压力机工作原理及结构组成曲柄压力机类型及技术参数曲柄滑块机构的工作特性专用曲柄压力机 1 2曲柄压力机 45 第一节曲柄压力机工作原理及结构组成 实质 利用曲柄连杆机构将电动机的旋转运动转变为滑块的往复运动可用于多种成形工艺 如冲压 挤压 模锻 精压 粉末冶金 剪切等 46 第一节曲柄压力机工作原理及结构组成 47 能源系统 为设备运行提供能量 电动机 飞轮 传动系统 传递能量至工作机构 传动轴 皮带轮 齿轮等 工作机构 将曲轴的旋转变为滑块的往复运动 曲柄 连杆 滑块等 操纵与控制系统 控制设备的运行 离合器 制动器 电子监测装置等 支承部件 将机器各部分连为一个整体并承受工作负荷 机身 导轨等 辅助机构 如安全生产 润滑 气垫等 第一节曲柄压力机工作原理及结构组成 结构组成 48 刚性传动 滑块运动具有强制性质a 上下死点 运动速度 闭合高度等固定 便于实现机械化和自动化b 定行程设备 自我保护能力差工作时形成封闭力系a 不会造成强烈冲击和振动b 不允许超负荷使用一个工作循环中负荷作用时间短 大部分为无负荷的空程 曲柄压力机的特点 第一节曲柄压力机工作原理及结构组成 49 板料冲压压力机通用压力机拉深压力机板料高速自动机板冲多工位压力机体积模锻压力机热模锻压力机挤压机精压机平锻机冷墩自动机精锻机剪切机板料剪切机棒料剪切机 按工艺用途分类 第二节曲柄压力机类型及技术参数 50 按结构形式分类 开式结构 三面敞开 便于操作 但刚性差多用于小型闭式结构 机身刚性好 导向精度高多用于中大型按传动特点分类 按曲柄连杆机构的组数分 单点 双点 四点按滑块的个数分 单动 双动 第二节曲柄压力机类型及技术参数 51 开式与闭式 第二节曲柄压力机类型及技术参数 52 单位 kN 定义 滑块运行到距下死点前某一特定距离或曲柄旋转到距下死点前某一特定角度时 滑块所允许承受的最大作用力 直接反映曲柄压力机的工作能力 是主参数 一 标 公 称压力 第二节曲柄压力机类型及技术参数 53 单位 mm 定义 滑块从上死点运行到下死点所走过的距离 反映了压力机的工作范围 行程大 可生产较高的零件 但曲柄尺寸大 造价高 且单位时间行程次数少 行程小 单位时间行程次数多 生产率高 第二节曲柄压力机类型及技术参数 二 滑块行程 54 单位 次 分 定义 空载时 滑块每分钟从上死点到下死点再回到上死点所往复的次数 反映了生产效率的高低 近年有增高趋势 但高于一定值后要配备机械化或自动化接送料装置 实际有工作负荷时的行程次数要小于空载次数 第二节曲柄压力机类型及技术参数 三 滑块行程次数 55 单位 mm 封闭高度 滑块在下死点时 其下表面到工作台上表面的距离 装模高度 滑块在上死点时 其下表面到工作台垫板上表面的距离 反映了压力机在高度方向安装空间的大小 第二节曲柄压力机类型及技术参数 四 封闭高度与装模高度 56 单位 mm mm定义 工作台上表面 滑块下表面 可用于安装模具的有效尺寸 一般为左右 前后 反映了压力机工作空间的平面尺寸 影响可安装模具的大小 决定压力机的平面轮廓 第二节曲柄压力机类型及技术参数 五 工作台尺寸与滑块底面尺寸 57 第二节曲柄压力机类型及技术参数 六 滑块许用负荷曲线 曲柄压力机在冲压时 曲轴在各种不同的角度上 所允许使用的冲压力是不同的 滑块许用负荷曲线就是表明这种关系的曲线 滑块许用负荷曲线是根据压力机的主要零件 如曲轴 齿轮的许用负荷确定的 58 坐标原点为下死点 方向向上滑块行程S表示为 S R L Rcos Lcos 令 R L 为连杆系数将上式简化 整理 可得 S R 1 cos 1 cos2 4 对该式微分 又可得滑块速度和加速度 v R sin sin2 2 a 2R cos cos2 第三节曲柄滑块机构的工作特性 运动特性 59 由图可看到 滑块的运动速度是变化的 这对要求速度恒定的工艺不完全合适不同的工艺常要求不同的速度范围 为适应某些工艺需要 不少压力机设计成节点偏置型 第三节曲柄滑块机构的工作特性 减速上行 加速上行 减速下行 加速下行 60 节点正置与节点偏置 第三节曲柄滑块机构的工作特性 61 以B点为研究对象 有 FAB F cos F为工艺力FQ Ftan 简化 FAB FFQ Fsin F sin 作用于曲轴上的扭矩为Mt FOD FRsin FR sin sin2 2 第三节曲柄滑块机构的工作特性 受力特性 D 62 第四节专用曲柄压力机 拉深压力机热模锻压力机 63 拉深压力机 JB46 315型双点双动拉深压力机总图 64 双动压力机拉深 拉深压力机 65 用于筒形件 盒形件及复杂空心件等的成形 尤其是大型薄板件 如汽车覆盖件 的成形 拉深压力机 用途 特点 有内 外两个滑块 分别实现压边和拉深 压边稳定可靠 滑块工作行程大 82 占总行程的近一半 外滑块提前压边 接触冲击小 外滑块回程滞后18 5 可防止工件卡在凸模上 外滑块具有导前行程量 有利于拉深件从凸模上取下 66 1 压边圈压紧板料 弹性压边 压边和拉深一般同时进行 单动压力机 固定间隙压边 先压边再拉深 双动压力机 2 拉深 弹性压边 弹簧进一步压缩 压边力逐渐上升 固定间隙压边 压边力不变 双动压力机 3 模具回程 弹性压边 弹簧压缩量逐渐减小 压边力逐渐减小 固定间隙压边 双动压力机压边圈动作滞后于凸模 拉深压力机 拉深过程 67 外滑块 内滑块 拉深压力机 JB46 315型双动拉深压力机内外滑块连杆机构传动图 H 68 拉深压力机 69 用途 适用于批量大 精度要求高的模锻件生产 热模锻压力机 锻件精度高 加工余量少 材料利用率高 成形温度高 冲击较大 通常需要多模膛成形 热模锻工艺的特点 70 连杆式 MP型压力机 楔式 KP型压力机 双滑块式 双动式 按工作机构分类 热模锻压力机 71 热模锻压力机 连杆式 MP型压力机 72 采用与通用曲柄压力机相似的曲柄滑块机构 在热模锻压力机中应用最广 采用两级传动 一级带传动 一级齿轮传动 气动连锁离合器制动器 采用有附加导向的象鼻式滑块或长滑块结构 提高了抗倾斜能力 采用双楔式工作台调节装模高度 有上下顶件装置 连杆式 MP型压力机 特点 热模锻压力机 73 滑块由楔块驱动 楔块30 倾角 设备尺寸小 楔式 KP型压力机 热模锻压力机 74 1 滑块承受偏载的能力强 倾斜度小 有利多膛模锻 导轨受力及磨损小 滑块可承受设备公称压力的面积大 约为24 是双点的3倍 滑块可承受60 公称压力的面积达80 为双点的3 5倍 2 机身有预紧 注意图中的拉杆 设备刚度大 设备垂直变形小 约为单点的60 双点的75 锻件精度高 3 采用偏心套 偏心蜗轮 调节装模高度 方便可靠 优点 热模锻压力机 75 装模高度调节机构 上调节式 采用偏心销 偏心蜗轮 偏心轴承等结构 改变滑块下死点的位置 下调节式 通过楔形工作台调节工作台的高度 注意 因调节困难 热模锻压力机装模高度调节范围小 10 30mm 热模锻压力机 76 液压机工作原理 特点及分类液压机的基本参数液压机的结构 1 3液压机 77 液压机的基本工作原理是帕斯卡原理 是一种以液体为介质用来传递能量以实现多种锻压工艺的机器 第一节液压机工作原理 特点及分类 工作原理 78 第一节液压机工作原理 特点及分类 在小柱塞1上施加的力P1产生一个压强p根据帕斯卡原理 封闭容器内各处压强相等 方向垂直于容器表面 因而 在大柱塞2表面各处均受压强力的作用 此压强产生一个向上推力P2 P2 P1 A2 A1由于A2 A1 故 P2 P1 即 大柱塞上获得了一个较大的力 79 液压机的工作介质为液体 主要有两种 采用乳化液的一般称为水压机 采用油的称为油压机 水压机 乳化液价格便宜 不燃烧 不易污染工作场地 故耗油量大的以及热加工用的液压机多为水压机 油压机 在防腐蚀 防锈和润滑性能方面 油优于乳化液 但油的成本高 也易污染工作场地 按工作介质分类 第一节液压机工作原理 特点及分类 80 优点 容易获得最大压力 容易获得大的工作行程 并能在行程的任意位置发挥全压 适合要求工作行程大的场合 容易获得大的工作空间 压力与速度可以在大范围内方便地进行无级调节 而且可按工艺要求在某一行程作长时间的保压 另外 还便于调速和防止过载 设计 制造 操作和维修方便 便于实现遥控与自动化 第一节液压机工作原理 特点及分类 81 缺点 对液压元件精度要求较高 结构较复杂 机器的调整和维修比较困难 高压液体易泄露 不但污染工作环境 浪费压力油 对于热加工场所还有火灾的危险 效率较低 且运动速度慢 降低了生产率 对于快速小型的液压机 不如曲柄压力机简单灵活 第一节液压机工作原理 特点及分类 82 1 按用途分类 手动液压机 一般为小型液压机 用于压制 压装等工艺 2 锻造液压机 用于自由锻造 钢锭开坯以及有色与黑色金属模锻 3 冲压液压机 用于各种板材冲压 4 校正压装液压机 用于零件校形及装配 液压机分类 第一节液压机工作原理 特点及分类 83 1 按用途分类 5 层压液压机 用于胶合板 刨花板 纤维板及绝缘材料板等的压制 行程大 层数多 层间距离大 可压制的板数较多 6 挤压液压机 用于挤压各种有色金属和黑色金属的线材 管材 棒材及型材 7 压制液压机 用于粉末冶金及塑料制品压制成型等 8 打包 压块液压机 用于将金属切屑等压成块及打包等 第一节液压机工作原理 特点及分类 84 YS系列手动液压机 YDZ1000柱式自由锻造液压机 第一节液压机工作原理 特点及分类 85 2 按动作方式分类 1 上压式液压机 该类液压机的工作缸安装在机身上部 操作方便 容易实现快速下行 应用最广 2 下压式液压机 该类液压机的工作缸装在机身下部 重心位置较低 稳定性好 制品可避免漏油污染 双动液压机 上活动横梁分为内 外滑块 分别由不同的液压缸驱动 压力为内外滑块压力的总和 工作方式灵活 适合金属板料的拉深成形 在汽车制造业应用广泛 4 特种液压机 如角式液压机 卧式液压机等 第一节液压机工作原理 特点及分类 86 下压式液压机工作原理 第一节液压机工作原理 特点及分类 Y71系列上压式四柱型液压机 87 卧式金属挤压成型液压机 第一节液压机工作原理 特点及分类 88 3 按机身结构分类 1 柱式液压机 液压机的上横梁与下横梁 工作台 的连接采用立柱 由锁紧螺母锁紧 压力较大的液压机多为四立柱结构 机器稳定性好 2 整体框架式液压机 机身由铸造或型钢焊接而成 一般为空心箱形结构 抗弯性能较好 立柱部分做成矩形截面 便于安装平面可调导向装置 活动横梁运动精度较高 在塑料制品和粉末冶金 薄板冲压液压机中获得广泛应用 第一节液压机工作原理 特点及分类 89 4 按传动形式分类 1 泵直接传动液压机 每台液压机单独配备高压泵 中小型液压机多为这种传动形式 2 泵蓄能器传动液压机 高压液体采用集中供应的办法 可节省资金 提高液压设备的利用率 但需要高压蓄能器和一套中央供压系统 以平衡低负荷和负荷高峰时对高压液体的需要 在使用多台液压机 尤其多台大中型液压机 的情况下较为可行 第一节液压机工作原理 特点及分类 90 5 按操纵方式分类手动液压机半自动液压机全自动液压机 第一节液压机工作原理 特点及分