塑性成形设备教案课件

1、第1章 绪论1本章学习要求 1.掌握塑性成形设备的分类和特点 2.了解塑性成形设备的发展方向2重点和难点 1.塑性成形设备的特点1.1 塑性成形设备的地位和作用1.2 塑性成形设备的分类和特点1、机械压力机 包括手动压力机、单柱压力机、开式压力机、闭式压力机、拉深压力机、压制压力机、板材自动压力机、精压挤压压力机2、液压机 手动液压机、锻压液压机、压制液压机、打包压块液压机、一般用途液压机、校正压装液压机、层压液压机、挤压液压机3、自动锻压机 包括自动镦锻机、自动挫丝、滚丝机、自动冷镦机、自动卷簧机、自动弯曲机4、锻锤 蒸汽-空子自由锻锤、蒸汽-空气模锻锤、蒸汽-空气对击锤、空气锤、自动液压锤

2、、高速锤和螺旋压力机5、锻件 包括平锻机、热模锻压力机、辊锻机、模横轧机、轧环机、摆动碾压机、径向锻机6、剪切机 包括手动剪切机、板料剪切机、联合冲剪机、型材棒料剪断机、板材切割机7、弯曲校正机8、其它锻造设备 包括板料开卷校平机、锻造操作机等。1.3 塑性成形设备的发展概况1、提高设备制造能力，发展专用设备2、提高设备加工制造精度，发展精密成形设备3、提高塑性成形设备数控程度和柔性化4、完善设计手段，提高设计水平5、推广新材料技术和信息技术6、发展绿色设计和制造第2章 锻锤1本章学习要求 1.掌握锻锤的分类、主要特点和打击特性 2.了解蒸汽-空气锤的结构和工作原理 3.掌握空气锤的结构和工作

3、原理 4.掌握液压模锻锤的结构 5.掌握电液锤和螺旋压力机的特点和工作原理2重点和难点 1.掌握锻锤的打击特性 2.掌握空气锤和液压锤的工作原理 3.掌握电液锤和螺旋压力机的工作特性2.1 锻锤概述1、锻锤的分类（1）机械锤：用电动机驱动，靠机械传动提升锤头，它主要依靠重力位能实现锻件变形的单作用落锤。（2）空气锤：由电动机驱动，通过减速机构和曲轴，带动压缩活塞上下往复运动，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，驱动工作活塞和锤头上、下运动。通过操纵配气机构，可实现空气锤各种动作循环。空气锤应用很普遍，主要用于自由锻和胎膜锻。（3）蒸汽-空气锤：利用来自动力站的蒸汽或压缩空气

4、作为工作介质，通过滑阀配气机构和气缸驱动落下部分作上下往复运动的锤。工作介质通过滑阀配气结构和工作气缸内进行各种热力过程，将热力学能转换成锻锤落下部分的动能，从而完成锻件变形。（4）蒸汽-空气对击锤：使用蒸汽和压缩空气作为工作介质，用上跳的下锤头代替了固定的砧座。工作过程中。工作介质驱动上锤头向下打击的同时，通过联动结构带动下锤头向上作加速运动，与上锤头等行程实现悬空对击。（5）高速锤：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，气体膨胀做通，驱动锤头快速下落，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

5、。该锤的打击速度可达15-25m/s。（6）液压模锻锤：采用液气驱动，工作前气缸一次性充入压缩空气或氮气，来自于液压系统的压力液体推动上锤头回程，气缸中的压缩气体推动上锤头向下做加速运动，与此同时，通过联动油路推动下锤头微动上跳，与上锤头实现对击。（7）电液锤：采用液压和液气驱动的有砧座的锻锤。（8）螺旋压力机：螺旋压力机是一种利用驱动装置使飞轮旋转储能，以螺杆滑块机构作为执行机构，依靠滑块动能完成锻件变形的成形设备。2、锻锤的主要特点（1）锻锤是一种冲击成形设备，打击速度高。（2）锻锤行程次数高，生产效率高。（3）锻锤操作灵活，功能性强，作为模锻设备时可在一台锤上完成拔长，滚挤、预锻、终锻等

6、各种工序的操作。（4）锻锤是一种定能量设备，它不同于定行程设备的机械压力机和定力设备的液压机，锻锤头没有固定的下死点。当一次打击力不够时，可多次打击。（5）结构简单，制造容易，安装方便。（6）有砧座锤工作时震动，噪声大，工作环境恶劣。（7）蒸汽-空气锤需要配套蒸汽动力设备或大型空气压缩站，能量有效利用低。3、锻锤的发展概况2.2、锻锤的打击特征1、锻锤的打击能量（1）有砧座锤：Eh=12mv2（2）对击锤：Eh=12m1v12+12m2v22（3）如果考虑机械效率，则依靠重力位能的单作用锤的打击能量为：Eh=MEP=Mmgh（4）对于重力位能和气缸气体膨胀双作用的锤：Eh=MEP+We=Mmg

7、h+PdV2、打击过程锻锤的打击过程是在千分之一秒内完成的。对于有砧座锤来说，锤头将打击能量传递给工件和固定的砧座。对于对击式锤，上下两锤头完成等行程撞击或等能量撞击。锤锻打击过程如同两个物体的碰撞过程，因此可以根据理论力学关于两个物体碰撞理论来分析和研究锻锤的打击过程。锤锻的打击过程可以分为两个阶段：第一阶段是加载阶段，锤头与砧座彼此接近，使锻件产生塑性变形，同时锻件、模具、锤头或机架伴随着弹性变形。这一阶段完成后，锻件获得最大变形。第二阶段是卸载阶段，由于锻件、模具、锤头等弹性变形的恢复，锤头产生反向运动速度。3、有砧座锤的撞击过程有砧座锤撞击前，砧座的速度v2=0，若锤头速度为v1，撞击

8、第一阶段结束时，锤头与砧座共同的下降速度为v0，根据对心碰撞理论m1v1=m1+m2v0=m1v1+m2v2如果用恢复系数K来表示打击速度和回弹速度之间的关系则：v1-v2=Kv2-v1由上式的锤头和砧座的回弹速度为：v1=v1-m2m1+m21+Kv1v2=m1m1+m21+Kv1系统打击后具有的动能为：Ee=12m1v12+12m2v22锻件在变形过程中吸收的能量为：Ep=Eh-Ee可见，有砧座锤的打击效率与恢复系数、砧座质量、锤头质量有关。而恢复系数又因锻件的锻造温度而异。温度越高，K值越小。当恢复系数为定值时，打击效率和砧座与锤头的质量比有关。4、对击式锤的打击过程对击式锤打击过程中，

9、在上锤头下落的同时，下锤头向上运动与上锤头实现悬空对击。打击时，上下运动体动量相等的对击式锤的打击效率要要高于有砧座锤。5、锻锤的打击力金属变形抗力：在工件变形瞬间，工件、设备承受巨大的冲击载荷，变形时工件反作用于锤头的力叫变形抗力。同一能量锻锤得打击力，与锻件大小、形状和变形温度有关，即使是每一次打击变形过程，打击力也是变化的，要精确计算打击力十分困难。2.3、蒸汽-空气锤的结构和工作原理蒸汽-空气锤主要分为蒸汽-空气自由锻锤、蒸汽-空气模锻锤和蒸汽-空气对击锤，它们都采用蒸汽或压缩空气驱动。蒸汽-空气锤使用蒸汽压力为0.7-0.9MPa，若用压缩空气驱动时，压缩空气压力为0.6-0.8MP

10、a。1、蒸汽空气自由锻锤2、蒸汽-空气自由锻锤的主要结构和操作系统特点（1）自由锻锤所加工锻件的尺寸和质量较大，最大可加工1500kg的光轴类锻件，一般应设置司钳工，所以一般操作为手工操作。（2）自由锻锤的砧座系统独立于本体，通过枕木安装在基础上，长期锻打后会出现下沉。（3）自由锻锤，尤其是1t以上的自由锻锤，只要能实现单打就可满足锻造工艺要求。3、蒸汽-空气自由锻锤的主要结构主要有单柱式、双柱拱式和双柱桥式。为满足工艺要求，蒸汽-空气自由锻锤应能实现提锤、悬垂、打击、压紧等工作循环。打击分为单次打击和连续打击。蒸汽-空气自由锻锤有两套独立的操纵系统：一是节气阀操纵系统，主要用于控制蒸汽进气的

11、通、断和通过调节开口面积调节进气量；另一个是滑阀操作机构，有滑阀体、阀芯、拉杆、杠杆、刀形杆和操作手柄组成，用于控制锻锤动作循环和调节打击能量。预期示功图：蒸汽-空气自由锻锤工作过程中，蒸汽在气缸中的变化可以用p-v图加以描述，用纵坐标代表气缸中压力p，横坐标代表活塞和锤头的行程的变化，p-v图中曲线下的面积代表气体功。蒸汽-空气自由锻锤参数的计算依据是预期示功图和锤头的受力分析。打击过程中，作用于锤头系统的正向力有上腔气体压力和锤头重力，反向阻力有下腔气体压力，各种莫残阻力和作用于相当于锤杆面积的大气压力。4、蒸汽-空气模锻锤用于模锻件生产的蒸汽-空气锤叫蒸汽-空气模锻锤。（1）蒸汽-空气模

12、锻锤的特点：1）模锻锤的立柱直接安装在砧座上，用8根带弹簧的强力拉紧螺栓联接在一起，并与气缸垫板组成一个刚性较大的闭式框架，保证了砧座发生位移或倾斜，上、下模具仍能对中，且提高了打击刚性。2）立柱与砧座之间采用凸台与楔铁定位。8个螺栓分别向左右倾斜10-20，工作时产生侧向拉力，以保证锤头与导轨之间的间隙不变。3）为了保证打击刚性，提高打击效率，模锻锤砧座质量比自由锻锤大，一般为落下部分质量的20-30倍。4）为了提高锤头的导向精度，提高锻锤锻造精度和抗偏载能力，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以通过调节楔来调节。5）为了使锻锤快速打击与工艺操作准确的配合，模锻锤的司锤与工

13、艺操作通常由一个人完成。6）脚踏板同时带动滑阀和节气阀。7）在工作循环中以摆动循环代替悬锤。 5、蒸汽-空气对击锤蒸汽-空气对击锤也称为无砧座模锻锤。(1)工作原理上、下锤头是质量大致相等的两个独立的对击体，分别在外框架内导向。来自动力源的蒸汽或压缩空气进入工作缸上腔而下腔排气时，上锤头系统向下加速打击，并通过联动机构驱动下锤头系统向上加速，在打击面a-a处实现对击。打击后，如工作缸下腔进气，上腔排气，气体驱动活塞及上锤头回程，下锤头则靠自重落下复位。（2）特点1）在设计蒸汽-空气对击锤时，一般应使下锤头的动量略大于上锤头的动量。2）对击锤由于采用了对击的打击形式，用活动的下锤头代替了质量是落

14、下部分20-0倍的庞大砧座。3）由于对击锤是悬空对击，因而大大减少了对地基的冲击和震动，并大大减少了基础的造价。4）由于对击锤上、下锤头打击行程相等，下锤头上跳量较大，会给操作带来不便。（3）蒸汽-空气对击锤的结构形式1）钢带联动式蒸汽-空气对击锤2）液压驱动式蒸汽-空气对击锤（4）蒸汽-空气对击锤的配气操纵机构和预期示功图蒸汽-空气对击锤的操纵机构一般采用杠杆系统。2.4、空气锤的结构和工作原理空气锤使用空气作为工作介质，但它不是用空气压缩站供应的压缩空气，而是由电动机直接驱动空气锤本身的压缩活塞做上、下运动，在压缩缸内制造压缩空气，再推到工作活塞上、下运动，驱动锤头进行打击。因此空气锤没有

15、辅助设备，安装费用低。1、工作原理电动机1通过减速机构带动曲轴5做等速传动，再通过连杆6带动压缩活塞8做上、下往复运动，在压缩缸7中制造压缩空气。压缩缸的下腔通过下旋阀与工作缸的下腔连通；压缩缸的上腔通过上旋阀与工作缸的上腔连通。当压缩活塞向下运动时，压缩缸下腔的压缩空气进入工作缸下腔，压缩缸上腔空气膨胀，压力降低。工作缸上、下腔空气形成压力差在工作活塞的上、下面积上产生一个向上的作用力，克服落下部分的重力和摩擦阻力，使锤头向上加速运动。当压缩活塞运动到下死点后改为向上运动时，上腔的空气被压缩，压力增高，下腔的空气膨胀。作用在工作活塞上的力逐渐由向上变为向下，于是锤头减速到零，然后向下加速直到

16、完成打击。可见在曲轴连杆机构的带动下，压缩活塞做连续往复运动时，锤头将实现连续打击。工作缸上下腔的进排气口距工作缸上缸盖都有一定的距离。为了完成各种锻造工序，空气锤应该具有空行程，悬空，压紧和打击四种工作循环，这些工作循环通过气阀和操纵系统来实现。2、空气锤各种不同工作循环的配气关系（1）空行程：中间旋阀的短手柄处于右边水平位置，操作上手柄从垂直位置顺时针旋转一定角度。此时压缩缸上、下腔的气体经过上下旋阀相应的断面通路和中间旋阀以及机身上的通路与大气相连。工作缸上下腔与压缩缸上下腔的通路断开，工作缸下腔通过下旋阀的A截面通路与大气相通，锤头在自重作用下落在砧座上不动。（2）悬空：中间旋阀的短手

17、柄处于左边水平位置，场手柄处于垂直位置，此时压缩缸与工作缸的上腔均与大气相通。压缩下腔的气体经下旋阀断面通路顶开单向阀进入工作缸下腔，将锤头托起并选择行程顶端。（3）压紧：短手柄处于左边水平位置，操作长手柄从垂直位置顺时针旋转约35。此时压缩缸下腔气体经过旋阀D截面顶开单向阀，经过上旋阀A截面进入工作缸上腔。压缩缸上腔与大气相通。工作缸下腔经下旋阀E截面与大气相通。锤头在落下部分自重和工作缸上腔气体压力的作用下将锻件压紧。（4）打击：短手柄处于左边水平位置，操作长手柄从垂直位置逆时针旋转一定角度。压缩缸上腔与工作缸上腔相通，压缩缸下腔与工作缸下腔相通，并断开与大气的通路。当压缩活塞往复运动时，

18、驱动工作活塞带动落下部分作往复运动，进行打击。2.5、液压模锻锤1、液压模锻锤的主要特点：（1）能量利用率高，可以节约能源（2）简化了动力源装置，可以节约投资（3）采用对击式结构的液压模锻锤可以减少震动。2、液压模锻锤的工作原理 （1）由于这种结构液压模锻锤的下锤头与上锤头的质量比较小，因此相对减轻了下锤头的重量，给加工和运输带来方便。（2）由于回程缸和联通缸均固定在不动的机架上，工作期间无相对运动，因此无须在联通油路上设活动的连接装置或高压软管，减少了漏油的可能性，节省了加工维护的工作量（3）锻锤工作时，上锤头u形下锤头中导向，下锤头在机架内导向，因此可以保证与锤身微动型液压模锻锤具有相同的

19、导向精度和锻造精度，但是从整体刚性出发，上、下锤头对击式模锻锤要求有一个刚性较大的机架。液压模锻锤主要由锤本体和液压驱动系统两大部分组成。由于采用液压驱动或液气驱动，因此更易于实现机电一体化或自动程序控制。2.6、电液锤目前，国内普遍使用的电液锤为上气下油式。上气下油式电液锤其锤杆活塞上腔为封闭的高压氮气，通过活塞下腔进油或排油，实现锤头的提升及打击动作。锤头的做功考锤杆活塞上腔的气体推动或落下部分的重力来完成。2.7、螺旋压力机1、螺旋压力机的工作原理当工作开始时，传动机构将螺旋工作机构加速到一定的速度，并积蓄大量能量，然后工作开始，将这部分动能作用到锻件上，转变为锻件的变形能。2、螺旋压力机的工作特性（1）螺旋压力机是依靠预先蓄积于飞轮等运动部件的能量进行工作的，因此它具有锻锤的工作特性，是一种锤类设备。（2）螺旋压力机还兼有热模锻压力机的工作特征。（3）螺旋压力机没有固定的下死点，因此