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1、第8章 通用机械压力机,8.1 概述,冲压加工对冲压设备的基本要求,1）冲压设备的公称压力要大于冲压工序所需要的变形力，同时设备的冲压 变形功也能够满足冲压工序的要求。 2）冲压设备的工作行程要保证冲压毛坯能够放入冲压模具内，并顺利进行冲压，冲压结束后又能顺利地从模具内取出制件。 3）冲压设备的工作速度首先要符合冲压变形速度的要求，又能满足生产效率的要求。 4）冲压设备的装模高度要与模具的闭合高度相协调。 5）冲压设备的滑块和工作台垫板尺寸，要保证模具正确安装和可靠工作，同时工作台垫板孔又能顺利卸料。,一、通用压力机的工作原理,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
2、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。 冲压模具的上模 11 装在滑块上，下模 12 装在垫板 13 上。 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。,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
3、，有效地利用能量,，带轮3起着用来储存能量的飞轮作用。,1、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，其作用是将曲柄的旋转运动转变为滑块的直线往复运动，再由滑块带动模具工作。 2、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。 3、操纵系统 包括离合器、制动器等部件，用以控制工作机构的工作和停止。 4、能源系统 包括电动机、飞轮。 5、支承部分 主要指机身，把压力机所有部分联结成一个整体。 6、辅助系统和装置 如润滑系统、 过载保护装置以及气垫等。, ,曲柄压力机具有短期高峰负荷的特点（工作角度范围30），为减少电动机的装机容量、降低能
4、耗，在设备上加装飞轮。 a. 工作时，飞轮减速释放能量。 b. 不工作时，飞轮加速储存能量。 设备开动起来后，为保证工作必须使飞轮保持一定转速，为控制设备动作，必须用离合器-制动器对设备进行控制。 a. 工作时，制动器脱开离合器结合，输入能量。 b. 停止时，离合器脱开制动器结合，吸收剩余能量。,应注意！,二、曲柄压力机的特点,1.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。 2.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。 3.一个工作循环中负荷作用时间短，主要靠飞轮释放能量
5、。 a. 工作时尖峰负荷不会对电网造成冲击。 b. 不能够超能量使用。 4.机械压力机的机身刚度大，滑块导向性能较好。,8.2 曲柄滑块机构,一、曲柄滑块机构的运动及受力分析,1.节点正置与节点偏置,坐标原点为下死点，方向向上 可得： s = ( R+L ) - ( R cos+ L cos) 令：= R / L 将上式简化、整理，可得： s = R (1-cos) +(1-cos2) / 4 对该式微分，又可得： v = R ( sin+ sin 2/ 2 ) * a = -2 R ( cos+cos2),2.曲柄滑块机构的运动规律 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
6、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。,曲线表明：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阴影线之内。,3.曲柄滑块机构的受力,以B点为研究对象，有： FAB= F / cos Q = F tg 简化： FAB= F Q = F sin Fsin 作用于曲轴上的扭矩为 M t = FAB OD = F R sin(+) = F R ( sin+sin2/ 2 ),4.考虑摩擦时,一般摩擦系数f随机械压力机种类的不同而不同，对开式压力机=0.040.05，对于闭式压力机=0.0450.0
7、55。,二、曲柄滑块机构的设计,1.曲轴结构形式及材料 曲轴是曲柄压力机传递运动和动力的主要零件，通用机械压力机的曲轴通常有以下四种基本结构形式：,1）、（纯）曲轴驱动式 曲柄半径R较大，适用于滑块行程较大的压力机。 2）、偏心轴驱动式 曲柄颈短而粗，支座间距小，结构紧凑，刚性好。缺点是偏心直径大，摩擦损耗多，制造困难，适用于行程小的压力机。 3）、曲拐驱动式 曲拐颈在轴的一端，形成悬臂，刚性较差。适用于开式单柱压力机。 4）、偏心齿轮驱动式 应用于中大型压力机，芯轴仅受弯矩，偏心齿轮受扭矩作用，负荷分配合理，加工制造也方便，但偏心轴直径大，有一 定磨损功耗。,2.曲轴的材质,机械压力机中的曲
8、轴一般用45号钢锻制，而大型机械压力机的曲轴用合金钢（40Cr、40CrMnMo）锻造而成，锻造比：碳钢为2.53.0、合金钢大于3.0。曲轴锻件在粗加工后调质处理并进行超声波检验。曲轴中的支撑颈、曲柄颈处均应进行磨光，滚压强化以提高其使用寿命。,3.曲轴驱动式,组成：曲轴、连杆、滑块。 特点： 1、可设计成较大的曲柄半径，但曲柄半径一般是固定，即行程不可调。 2、曲轴在工作中既受弯矩，又受扭矩，且所受力不断变化，故对曲轴的加工要求较高。 3、大型曲轴的锻造困难，故曲轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上受到限制。,4.曲拐轴驱动式,组成：曲拐轴、偏心套、调节螺杆、连杆体、滑块。 特点： 1、通过改
9、变偏心套在曲拐轴颈上的相对位置，改变曲柄半径的大小，从而调节行程。 2、曲拐轴式曲柄滑块机构便于调节行程，结构简单，但由于曲柄旋伸，受力情况较差，主要在中、小型压力机上应用。,5.偏心齿轮驱动式,组成：偏心齿轮、轴芯、连杆体、调节螺杆、 滑块 特点： 1、偏心齿轮的偏心颈相对于芯轴有偏心距，相当于曲柄半径。 2、偏心齿轮在工作时只传递扭矩，弯矩由芯轴承受，因此偏心齿轮和芯轴的受力情况比曲轴好，且芯轴刚度较大，偏 心齿轮的锻造比曲轴锻造容易，故偏心齿轮驱动的方式常用 于大、中型压力机。,连杆是压力机中的重要部件，工作时传递工作负荷，要求有足够的强度。 传动中连杆作平面复合运动，两端分别与曲柄颈和
10、滑块相连。 连杆按连接方式不同，分为球头式连杆、 导柱式连杆、柱销式连杆。 为了适应不同闭合高度的模具，压力机的装模高度要能够调节，有手动调节 和机动调节。,二、连杆机构,机械压力机的曲柄连杆滑块工作机构是将曲柄的旋转运动转换成滑块的直线运动，而连杆做平面运动。连杆的大端与曲轴铰接，小端和滑块铰接。 按驱动同一滑块运动的连杆个数划分，将压力机分为单点（一根连杆）、双点（两根连杆）、四点（四根连杆）三种不同类型。,按照机械压力机的装模高度调节方式的不同可将机械压力机中的连杆分为以下两种结构形式： 1、长度可调节连杆 所谓的连杆长度是指连杆大小端铰接中心之间的长度。 连杆的长度可以调节，该连杆有连
11、杆体和调节螺杆组成，调节螺杆下端采用球头或柱销和滑块连接。若滑块尺寸、质量小时，采用手动方式进行装模高度调节。若滑块尺寸大，质量大通常采用涡轮或齿轮机构进行装模高度的调节。如球头式连杆。,球头式连杆,2、长度不可调节连杆 一般为保证连杆有足够的强度、刚度和尺寸精度，受力较大的大中型机械压力机多采用长度不可调节的连杆。如柱销式连杆或柱面式连杆、柱塞导向连杆。,一般柱销式连杆,JA31-160A，柱销式连杆机构 连杆3是一整体，通过连杆销8、调节螺杆2与滑块6连接。 调节螺杆由蜗轮4、蜗杆5驱动。 转动蜗轮、蜗杆、滑块即可达到调节装模高度的目的。,柱面式连杆,销子与连杆孔有间隙，工作行程时，柱面接
12、触，传递载荷。 回程时销子承受滑块的重量和脱模力。 柱面加工困难。,三点传力的柱销式连杆结构,柱销中部增加了一个支承面， 柱销的弯矩和剪力减小， 柱销的直径减小。,柱塞导向连杆,连杆通过导向柱塞5与滑块连接； 偏心齿轮为浸油式润滑，减少齿轮磨损，降低噪声。 加长了滑块的导向长度，提高了压力机的运动精度。 中大型压力机广泛应用。,这两种结构形式中连杆的大小端的长度不变。对该结构的连杆采用调节连杆小端与滑块下表面之间距离的方法来达到对封闭高度进行调节。 封闭高度H为：,通常曲柄半径R不可调节，工作台上表面距曲柄轴回转中心的长度L0是一个不变量 这样L0-R就是常数C，则封闭高度H就可简化为：,显然
13、封闭高度H通过改变L1、L2中的任一个均可调整。,连杆形状复杂且尺寸大，连杆体一般用ZG35或HT21-40铸成。调节螺母一般用45号钢锻成。圆球传力部分表面硬度为42HRC，圆柱销用40Cr锻成、表面硬度为52HRC。,三、滑块与导轨,滑块外形：压力机滑块是箱形结构，上部与连杆连接，下部有T型槽或模柄孔，用于安装模具的上模。 滑块作用：在曲柄连杆驱动下，沿机身导轨做上、下往复运动，并直接承受上模传递的工作负荷。 滑块要求：有足够的强度，导向面与导轨之间的间隙要合适。,1.导轨形式：,双对称布置的90度V型导轨（多数开式压力机使用）。 矩形导轨（导向精度高，磨损小，间隙调整比v型困难）。 四面
14、斜导轨（是个推拉螺钉调整，滑块运动精度高，调节困难）。 八面平导轨（精度高，调节方便）。,2.滑块的制造精度,为了保证滑块底面和工作台上平面的平行度，一般要求滑块的制造精度为： 下平面的平面度 （0.050.06）/1000； 导向面的平面度 （0.030.05）/1000； 下平面对导向面的垂直度 （0.030.05）/1000； 四个导向面对母线的直线度 0.04 / 1000。,3.滑块的许用变形,滑块工作时受到压力作用而产生弯曲变形，最大挠度出现在滑块中间处，因此滑块应该有足够的强度和刚度，一般滑块的许用变形为滑块宽度的1/60001/8000。 滑块还应该越轻越好，质量轻的滑块上升时
15、消耗的能量小，可以减少滑块停止在上死点位置时的制动力。,4.滑块的导向间隙,滑块的导向面与机身导轨之间，需保持一定的间隙。 间隙过小，润滑条件差，摩擦阻力大，会加剧磨损，降低传动效率，增大能量损失。 间隙过大，无法保证滑块的运动精度，影响上下模具之间的间隙，承受偏心载荷时滑块会产生倾斜，加剧模具和导向面的磨损。 导向间隙应该是可调的，便于滑块导向面与机身导轨磨损后能够调整导向间隙。,5.滑块材料,小型压力机的滑块常用铸铁HT200； 中型压力机的滑块常用铸铁HT200、稀土球铁、Q235钢板焊接； 大型压力机的滑块一般用Q235钢板焊接，焊后退火处理。,6.导轨滑动面的材料,常用铸铁HT200
16、； 若速度高，偏载大，则采用铸铁锡青铜（ZCuSn6Pb3）或铸造黄铜（ZCuZn38Mn2Pb2）； 常采用导轨镶条结构，镶条材料为酚醛树脂压板、锌铝合金、离子硬渗氮钢，以降低摩擦因数。,8.3传动系统,1.传动系统关键零部件的放置方式,1）曲轴的横放与纵放 曲轴的横放与纵放是指曲轴中心线平行还是垂直于压力机正面。 目前小型开式压力机采用曲轴横放结构形式. 该形式曲轴及传动轴尺寸较长，曲轴及传动轴是悬臂梁方式的受力状况。齿轮传动暴露在外无法采用闭式浸油方式润滑，整机外形不美观，但安装维修方便。 大中型压力机特别是多点压力机常采用纵放形式。该形式便于将传动系统封闭在机身之内进行集中润滑，外形美观。因此美国、日本等发达国家的小型压力机均采用这种结构形式。 2）开式与闭式传动 齿轮安装在机身外面暴露在空气中的传动称为开式传动。 该传动方式用稠油分散润滑方式，缺点是运转时噪声振动大，齿轮寿命低，磨损严重，精度差。,3）单边传动与双边传动,齿轮有安放于机身之外和机身之内两
