成型设备课件07

第七章其他成形设备主讲：程永奇材料与能源学院22023/2/4材料成形设备2主要内容螺旋压力机锻锤剪板机板料折弯机高速压力机数控冲模回转头压力机32023/2/4材料成形设备3第一节螺旋压力机螺旋压力机screwpress用螺杆、螺母作为传动机构，并靠螺旋传动将飞轮的正反向回转运动转变为滑块的上下往复运动的锻压机械。工作时，电动机使飞轮加速旋转以储蓄能量，同时通过螺杆、螺母推动滑块向下运动。当滑块接触工件时，飞轮被迫减速至完全停止，储存的旋转动能转变为冲击能，通过滑块打击工件，使之变形。打击结束后，电动机使飞轮反转，带动滑块上升，回到原始位置。螺旋压力机的规格用公称工作力来表示。螺旋压力机通常由电动机通过摩擦盘带动飞轮轮缘而使飞轮旋转，所以这种压力机又称摩擦压力机。螺旋压力机用液压系统驱动飞轮，称为液压螺旋压力机。用电机直接驱动飞轮的电动螺旋压力机，它的结构紧凑，传动环节少，由于换向频繁，对控制电器要求较高，并需要特殊电机。42023/2/4材料成形设备4第一节螺旋压力机螺旋压力机无固定下死点，对较大的模锻件，可以多次打击成形，可以进行单打、连打和寸动。打击力与工件的变形量有关，变形大时打击力小，变形小（如冷击）时打击力大。在这些方面，它与锻锤相似。但它的滑块速度低（约0.5米/秒，仅为锻锤的1/10）,打击力通过机架封闭，故工作平稳，振动比锻锤小得多，不需要很大的基础。螺旋压力机装有打滑保险机构，将最大打击力限制在公称压力的2倍以内，以保护设备安全。一般螺旋压力机的下部都装有锻件顶出装置。螺旋压力机兼有模锻锤、机械压力机等多种锻压机械的作用，万能性强，可用于模锻、冲裁、拉深等工艺。此外，螺旋压力机，特别是摩擦压力机结构简单，制造容易，所以应用广泛。螺旋压力机的缺点是生产率和机械效率较低。56第一节螺旋压力机一、摩擦螺旋压力机的用途及特点1）工艺万能性强；2）结构简单、操作方便、制造使用成本低；3）模具结构简单、安装调整方便；4）传动效率低；5）行程速度低，生产率不高。改进：短行程、行程次数高、双螺杆、液压传动。二、摩擦压力机类型和主要技术参数类型：按摩擦传动机构分为双盘、三盘、双锥盘、无盘。主要技术参数：标称力、允许力、运动部分能量、滑块行程、滑块行程次数、最小装模高度。7第一节螺旋压力机J53-400型双盘摩擦压力机结构简介1）传动部分2）运动部分3）机身部分4）附属装置

5)操纵系统8第一节螺旋压力机电动螺旋压力机电动螺旋压力机的问世始于上世纪四十年代德国，被称为一种重大的技术突破设备，是螺旋压力机发展史上的一次飞跃。目前，德国万家顿（MÜLLEWEINGARTEN）、拉斯科（LASCO）等公司，采用变频技术使其达到一定批量的生产。我国在1996年由宏达公司和西安理工大学联合研制成功了1000kN电机直驱式电动螺旋压力机，当时因为电力、电子、变频等技术落后，没能得到进一步深入研究和推广应用。近年来，随着科技进步、我国工业的崛起，和电力、电子、电控等技术迅猛发展，以及电动螺旋压力机所具有的优点，得到了各界的肯定和不断的发展。现已从德国进口20MN、31.5MN、50MN、80MN电动螺旋压力机多台，用于航空、航天、汽车等领域。我国黎明航空发动机厂进口了万家顿公司31.5MN直驱式电动螺旋压力机，西安航空发动机厂进口了万家顿50MN经一级齿轮传动的电动螺旋压力机，都用于发动机叶片的成型锻造，使用情况良好。910第一节螺旋压力机电动螺旋压力机是利用可逆式电动机不断作正反方向的换向转动，带动飞轮和螺杆旋转，使滑块作上下运动。按其传动特征分为两类。一、电动机直接传动式这种电动螺旋压力机无的电动机，定子固定在压力机机架的顶部，电动机的转子就是压力机的飞轮或飞轮的一部分，利用定子的旋转磁场，在转子（飞轮）外缘表面产生感应电动势和电流，由此产生电磁力矩，驱动飞轮、螺杆转动。定子与飞轮间有空气间隙，主要传动部件之间是无接触传递能量，所以成为无接触式传动。二、电动机-机械传动式特殊电动机的功率大于500kw时，结构庞大，造价高，当电动螺旋压力机公称压力大于40MN后，采用电机-齿轮传动，由一台或几台异步电机通过小齿轮带动有大齿圈的飞轮旋转，飞轮只起传动和储能作用，飞轮和螺杆只作旋转运动，通过装在滑块上的螺母，使滑块作上下直线运动。1112第一节螺旋压力机13第一节螺旋压力机液压螺旋压力机工作原理由液压泵中产生的高压液体通过液压操纵系统，借助于作直线运动（液压缸）、螺旋运动或旋转运动（液压马达）的液压动力装置驱动压力机的工作部分（飞轮、螺杆、滑块）产生上下运动，在空行程加速下降过程中积蓄的动能，其中大部分用于锻件成形所需的变形能。14152023/2/4材料成形设备15第二节锻锤锻锤是多种锻压机器的先驱，从19世纪第一台蒸汽锤在英国问世以来，已有一百多年的历史，在其他锻压设备开发出来之前不得不用它来进行弯曲、拔长、镦锻、拉伸等多种工序。时至今日，锻锤现已很少用于镦锻及挤压。锤类设备结构简单、操作方便、适应性强、投资少等特点，至今仍然起着非常重要的作用。特别是现代液压,电子技术在锻锤上得到应用，锻锤已成为锻造行业具有高效、节能、环保要求的新型数控锻造设备。162023/2/4材料成形设备16第二节锻锤随着工业的发展，锻锤有了好几个品种：第一代锻锤——重力锤。人们也称皮带锤或夹杆锤、夹板锤，随着工业的发展，这些锤已几乎淘汰，但仍有少数使用者。第二代锻锤——蒸、空气锤。这类锤是目前我国锻造业中的主力军，由于其能耗和污染等原因，使用受到限制。在国外蒸汽锤已基本淘汰，但空气锤仍有使用者。第三代锻锤——液气锤。液气锤在西方主要是模锻锤，在我国开发的所有换头用的锤都有是这类型锻锤。我国的技术突破是电液自由锻锤的产生，不仅没有实现自动化控制，仍延用老的操控方式生产。这种锤由于技术上的缺陷，目前西方有捷克Smeral公司制造小吨位的锻锤，而德国万家顿公司做大吨位的对击锤。这种类型的锻锤比较适合生产对击锤。第四代锻锤——电液锤/液压锤。这种锻锤的动力及回程全部依靠液压作用，国外只有德国的LASCO公司和万家顿公司生产。

先进锻造工艺17第二节锻锤一、锻锤的工作原理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，在极短的时间施加给锻件，使之获得塑性变形能，完成各种锻压工艺的锻压机械称为锻锤。锤头打击固定砧座的为有砧座锤；上下锤头对击的对击锤为无砧座锤。锻锤以很大的砧座或可动的下锤头作为打击的支承面，在工作行程时，锤头的打击速度瞬间降至零，工作是冲击性的，能产生很大的打击力，通常会引起很大的振动和噪音。锻锤的规格通常以落下部分的质量来表示，但因它是限能性设备，其确切的性能参数应是打击能量。锻件在锤上的成形过程是打击过程，可利用力学上的弹性正碰撞理论分析其打击过程的特性。锻锤是一种冲击成形设备，工作过程中各主要零部件承受冲击载荷，并有振动传向基础和周围环境，因此，研究锻锤的打击过程、分析锻锤打击效率和打击力是锻锤整机设计及性能分析、零部件强度校核和锻锤振动分析的基础。18第二节锻锤二、锻锤的打击效率和打击刚性锻锤的打击过程分为两个阶段。第一阶段为加载阶段。打击开始时锤头的速度为V1，砧座的速度V2=0。在此阶段，随着砧块（或模具）彼此接近而致使锻件成形。第一阶段结束时，锤头和砧座达到一致的下沉速度V，这时锻件变形最大，砧座及基础下沉，落下部件的动能转化为锻件的塑性变形能、锤击系统内部的弹性变形能和系统运动的动能。对击锤，上下锤头相互靠拢，这能改善打击时钢带的受力状况。第二阶段为卸载阶段。第一阶段末锤击系统所具有的弹性变形能在第二阶段释放锻锤，导致打击终了后锤头和砧座或上下锤头的反向分离，其速度分别达到U1和U2，此时二者开始分离。有砧座锤砧座以初速度U2的初速度打击基础，严重的地面冲击振动由此产生，无砧座锤上、下锤头是在空中堆积，地面上基本上无冲击振动。1920第二节锻锤三、锻锤的打击力锻锤是限能量的锻压设备，它的主要性能参数是落下部分的打击能量。但是，对其可能产生的打击力亦应有其度量准则，以满足锻锤零件的强度校核、模具承压面的确定及正确选用和使用设备的需要。21第二节锻锤锻锤的分类锻锤的种类很多，按打击特性分，有对击锤和有砧座锤；按工艺用途分，有自由锻锤、模锻锤和板料冲压锤；按向下行程时作用在落下部分的力分为单作用锤和双作用锤。单作用锤工作时，落下部分为自由落体；双作用锤在向下行程时，落下部分除受重力作用外，还受压缩空气或液压力的作用，故打击能量较大。通常按驱动形式将锻锤分为以下四类：一、蒸汽—空气锤以来自动力站的蒸汽或压缩空气作为工作介质，通过滑阀配汽机构和汽缸驱动落下部分作上下往复运动的锻锤称为蒸汽—空气锤。工作介质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。二、空气锤空气锤有工作缸和压缩缸，两缸之间由旋阀连通。其工作介质也是压缩空气，锻锤图3它在压缩活塞和工作活塞之间仅起柔性连接作用。电动机通过减速机构带动曲拐轴旋转，驱动压缩活塞作上下往复运动，使被压缩的空气经旋阀进入工作缸的上腔或下腔，驱动落下部分做向下运动进行打击或回程。22第二节锻锤三、机械锤由电动机驱动，靠机械传动提升锤头的锻锤，统称为机械锤。它是一类主要依靠重力位能实现锻件变形的单作用落锤。根据连接不同，分为夹板锤（或夹杆锤）、弹簧锤和链条锤（或钢丝绳锤）。四、液压锤液压锤是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，完成锻压工艺的锻压设备。分气液和纯液压两种驱动形式。气液驱动原理为：在工作前，先向气腔一次充入定量的高压气体（氮气或压缩空气）。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。其工作特点是：油腔进油，锤头提升；油腔排油，锤头下降并进行锻件成形。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。液压锤具有高效、节能、环保的优点，利用气液驱动制成的液压动力头来改造高能耗的蒸—空自由锻锤和模锻锤。第三节多点成形压力机2023/2/4材料成形设备23第三节多点成形压力机一、多点成形技术简介将传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体（或称冲头）。在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形中则由基本体群冲头的包络面（或称成形曲面）来完成。2023/2/4材料成形设备24第三节多点成形压力机技术特点与传统模具成形相比，多点成形具有如下特点：实现无模成形：通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的成形曲面，可以取代传统的整体模具，节省模具设计、制造、调试和保存所需人力、物力和财力，显著地缩短产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。与模具成形法相比，不但节省巨额加工、制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间。与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显著提高生产效率。优化变形路径：通过基本体调整，实时控制变形曲面，随意改变板材的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难加工材料的塑性变形，扩大加工范围。实现无回弹成形：可采用反复成形新技术，消除材料内部的残余应力，并实现少无回弹成形，保证工件的成形精度。小设备成形大型件：采用分段成形新技术，可以连续逐次成形超过设备工作台尺寸数倍或数十倍的大型工件。易于实现自动化：曲面造型、工艺计算、压力机控制、工件测试等整个过程都可以采用计算机技术，实现CAD/CAM/CAT一体化生产，工作效率高，劳动强度小，极大地改善劳动者作业环境。2023/2/4材料成形设备25第三节多点成形压力机二、多点成形技术原理多点成形的基本原理是由一系列规则排列的基本体点阵代替整体式冲压模具，通过调整基本体单元高度形成所需要的成形面，实现板料的无模、快速、柔性化成形。成形过程如图所示。2023/2/4材料成形设备26第三节多点成形压力机2023/2/4材料成形设备27三、多点成形压力机多点成形压力机是以计算机辅助设计、制造及测试技术为一体的板料数字化快速成形新设备。以位置可调控的基本体群为核心，板类件的设计、规划、成形以及测试都由计算机辅助完成，从而快速实现三维曲面成形。一般由三大部分组成：CAD/CAM软件系统、计算机控制系统、多点成形主机。第三节多点成形压力机1.CAD/CAM软件系统作用：根据成形件的目标形状进行几何造型及成形工艺计算，并通过计算机控制系统调整冲头（基本体）的高度位置，构造成形面，然后控制加载机构，成形出所需的零件，并可结合针对成形结果的测量技术，实现闭环成形，进一步提高产品精度。总体上可分为CAD/CAM、CAT子系统。2023/2/4材料成形设备28第三节多点成形压力机2.多点成形主机硬件部分主要包括机身、上下基本体群、基本体调整机构、液压控制系统等。3.计算机控制系统主要功能：数据通信、基本体群形状调整、工件成形控制及保护等。2023/2/4材料成形设备29第三节多点成形压力机应用实例2023/2/4材料成形设备30第三节多点成形压力机2023/2/4材料成形设备31第三节多点成形压力机2023/2/4材料成形设备32第三节多点成形压力机2023/2/4材料成形设备3334第四节剪板机剪板机简介：剪板机的分类：一般剪板机可分为：脚踏式（人力）、机械剪板机式、液压摆式剪板机、精密剪板机液压闸式剪板机、数控摆式剪板机、数控闸式剪板机．剪板机是借于运动的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片间隙，对各种厚度的金属板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸断裂分离。剪板机工作原理及构造剪板机常用来剪裁直线边缘的板料毛坯。剪切工艺应能保证被剪板料剪切表面的直线性和平行度要求，并尽量减少板材扭曲，以获得高质量的工件。剪板机属于锻压机械中的一种，主要作用就是金属加工行业。产品广泛适用于：航空、轻工、冶金、化工、建筑、船舶、汽车、电力、电器、装潢等行业提供所需的专用机械和成套设备。35362023/2/4材料成形设备36第四节剪板机QC12Y系列液压摆式剪板机372023/2/4材料成形设备37第四节剪板机Q11系列剪板机38第五节板料折弯机折弯机的工作原理折弯机包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和压板构成，底座通过铰链与夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，从而实现对压板和底座之间薄板的夹持。由于采用了电磁力夹持，使得压板可以做成多种工件要求，而且可对有侧壁的工件进行加工，操作上也十分简便。折弯机分为手动折弯机，液压折弯机和数控折弯机。液压折弯机按同步方式又可分为：扭轴同步、机液同步，和电液同步。液压折弯机按运动方式又可分为：上动式、下动式。39第五节板料折弯机液压折弯机结构与特点:1.采用全钢焊结构，具有足够的强度和刚性。2.液压上传动，机床两端的油缸安置于滑块上，直接驱动滑动工作。3.滑块同步机构采用扭轴强迫同步。4.采用机械档块结构，稳定可靠。5.滑块行程机动快速调，手动微调，计数器显示。6.斜楔式的挠度补偿机构，以保证获得较高的折弯精度。折弯机包括支架、工作台和夹紧板，工作台置于支架上，工作台由底座和压板构成，底座通过铰链与夹紧板相连，底座由座壳、线圈和盖板组成，线圈置于座壳的凹陷内，凹陷顶部覆有盖板。使用时由导线对线圈通电，通电后对压板产生引力，从而实现对压板和底座之间薄板的夹持。由于采用了电磁力夹持，使得压板可以做成多种工件要求，而且可对有侧壁的工件进行加工。402023/2/4材料成形设备40第五节板料折弯机WC67Y系列液压板料折弯机412023/2/4材料成形设备41第六节高速压力机高速压力机高速压力机是提高冲压件精度，降低冲压件成本，提高生产率的理想工作母机。422023/2/4材料成形设备42第七节数控冲模回转头压力机432023/2/4材料成形设备43数控冲模回转头压力机是利用数控技术对板料进行冲孔和步冲的压力机。被冲制的板料固定在工作台上按规定的程序作左右和前后移动和定位，模具安装在压力机转塔内自动调换或安装在模具配接器中手工快速调换，采用单次冲裁方式或步冲冲裁方式冲出不同形状和尺寸的孔及零件。它特别适用于单件小批量生产，主要由数字控制系统、液压系统、气动系统和机械系统组成。442023/2/4材料成形设备44452023/2/4材料成形设备45数控冲模回转头压力机有以下特点：

(1)压力机采用高精度的滚珠丝杠和滚动导轨结构，使其具有较高的运动精度和可靠性。

(2)压力机上下转盘中装有多副模具，以供加工时自行选用。(3)压力机采用了数控系统，使冲压工作能自动完成。一般只要将零件的冲孔直径，孔位等要求用规定的代码编制成程序，通过纸带输入方式或采用键盘输入方式将程序输入压力机中，压力机就能自动工作。许多压力机为了简化程序，在储存器中存储有典型零件程序和图形处理程序，只要调用并输入参数，压力机即可工作。462023/2/4材料成形设备46(4)数控压力机的冲压方式与普通压力机的冲压方式有较大的差异。例如有一批外轮廓较大的零件，按照常规冲法是先剪板下料(周边)，然后在压力机上装一副模具，在一批板料上把与模具相对应的孔冲完，再换另一副模具，冲另外一种孔。依此循环，直至冲完所有孔。这种冲法虽然不用重新制造全套模具，但是板材上下搬动次数较多，换模时间长，劳动强度大。如果在数控压力机上冲孔，只要装夹一次扳料，就能把其上的孔全部冲出。其冲压方式是：当一种孔冲好后需要换模时，压力机把装于上下转盘中的另一副模具转至滑块下，移动工作台带动板料移到所冲位置即可冲孔(图的孔1)。另外，还可利用组合冲裁法冲出较复杂的孔(图的孔2、3)或利用分步冲裁法冲出冲孔力大于压力机公称压力的孔。472023/2/4材料成形设备47(5)冲压件精度高，定位精度一般在±0.15mm，最高可达±0.05～±0.07mm。

(6)生产率高，与普通冲孔相比，可提高生产宰4～10倍，尤其对单件、小批量生产，可提高生产奉20～30倍。所以，很适合多品种、中、小批量或单件的生产。

(7)生产准备周期短，且可减少模具设计与制造费用。

(8)工人劳动强度低，除装卸料以外，所有孔均可自动冲出，同时可节省占地面积。482023/2/4材料成形设备48下图为JK92－30型转塔自动换模式数控冲模回转头压力机外形图。机身为开式机身，便于操作、调整和维修。49数控冲模回转头压力机结构数控冲模回转头压力机主要由机架、工作台、转塔(冲模回转头)、转模(自动分度)机构、驱动(机械或液压)系统、检测系统、数控系统和电气系统组装而成。50工作原理（下图）：主电动机10通过大小带轮和蜗轮蜗杆，带动曲轴、连杆、肘杆动作，使滑块3作上下往复直线运动进行冲压。转塔12支承和悬挂在机身上，伺服电动机11通过传送带带动上下转盘同步回转，以选择模具，并用定位销6使转盘最终定位，以保证上下模同心。被加工板料用夹钳13夹紧，放置在移动工作台2上。两个伺服电动机通过滚珠丝杠-滚珠螺母传动，使工作台纵横向送进，以选择工件冲孔的坐标。512023/2/4材料成形设备51521.机架数控冲模回转头压力机的机架多为钢板焊接结构。按其结构形式，可分为开式机架（即C形或J形机架）和闭式机架（即O形机架）。闭式机架的优点是刚性好，弹性变形小，在工作过程中对模具有利。目前国内外大多数厂家均采用开式机架，在机架的各侧面增加加强肋板和使用较厚的夹板来提高机架的刚度。532.工作台数控冲模回转头压力机的工作台为焊接结构，由本体(即机架的一部分)、活动拖架(即活动工作台y轴)和滑动夹钳(x轴)等几部分组成。活动拖架(y轴)通过安装在本体上的伺服电动机、滚珠丝杠副来驱动；滑动夹钳(x轴)则通过安装在活动拖架上的伺服电动机、滚珠丝杠副来驱动，同时夹钳间的距离还可任意调整。目前国内外生产数控步冲压力机的夹钳间距离的调整大多数都是靠人工手动的，也有少数能由计算机程序控制来进行。543.转塔转培是-个装有凸模和凹模的旋转轮，由上、下两个转盘组成，模具均装在转盘上。依据模具工位数量的多少，转塔可以分为单轨和多轨两种。为了使上、下转盘准确定位，在转盘的侧面或背面设有锥形定位销孔，锥销插入就可以保证定位准确。转盘轴称为T轴，T轴的驱动包括伺服电动机、传动机构、驱动轴、分度销、上、下转盘。当数控系统设定转盘的某一模位号之后，定位锥销自动拨出，伺服电动机转动，经传动机构到后轴带动上、下转盘转动，转到设定的模位后停下，锥销再插入到相应的锥孔之中，从而使上、下转盘准确定位。凸模在模具工位中上下滑动，凸模的外套和转塔之间的间隙很小，这样可以准确引导凸模运动。由于模具上下运动速度较快，容易引起转搭的磨损。磨损的转塔会影响模具精度并降低制件的质量。因而在设计转塔时，每个工位都使用了模套以消除转塔的磨损。554.转模（自动分度）机构转模机构(在高瑞的数控回转头压力机上才有)即模具分度机构，是用来使转盘上某些模具沿本身轴线旋转的机构。分度模具的转动是由伺服电动机带动主动轴，并通过传动机构转动分度模具的传动蜗杆，通过蜗轮一蜗杆机构来带动分度模具转动。在不分度时，要保证模具分度为零。若在工作过程中，机器由于某种报警而停机时，应保证使分度模具置于零位。使用转模(自动分度)机构可以冲切复杂形状的板件，减少模具，降低模具的费用；同时还可缩短加工时间。565.驱动(机械或液压)系统数控冲模回转头压力机根据驱动方式的不同，可分为机械式和液压式两种主传动形式。(1)机械驱动式一般由电动机、飞轮、离合器/制动器、主轴/偏芯铀、连杆和冲头组成。(2)液压驱动式由活塞和液压缸组合构成，这个组合连接到冲床液压系统的力源上，带动冲头上下往复运动，冲击上转盘上所选定的凸模(上模)而对板材进行冲孔。576电气控制系统数控冲模回转头压力机目前多采用日本FANUC或德国SIEMENS公司的控制系统，控制轴数有三辅(x、y、T)、四轴(x、y、T、C)和五轴(x、y、T、C1、C2)。采用高精度、高性能、快速的交流伺服电动机，x、y轴联动；采用彩色显示屏，带有标