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1、【绪论】 成形: 以模具为基本工具使制件 获得所需的尺寸和形状。有两种含义: (1)成形 (Forming):毛坯 (一般指固 态金属或非金属)在外界压力的作用下, 借助于模具通过材料的塑性变形来获得 模具所给予的形状、尺寸和性能的制品, 这种工艺过程称为; (2)成型 (Moulding) :它是指液态 或半固态的原材料(金属或非金属 )在外 界压力 (或自身重力 )作用下, 通过流动填 充模型 (或模具 )的型腔来获得与型腔的 形状和尺寸相一致的制品,这种工艺过 程称为。 二者共同点:都是借助于外界的压 力的作用,通过模具来实现生产,故统 称为“成形” 。 我国成形设备的发展概况和现 状:
2、 数控化、精密化、高速化、多功能、 节能、节材、环保。 【曲柄压力机】 曲柄压力机的工作原理 电动机 1 通过 V 带把运动传给大带 轮 3,再经过小齿轮4、大齿轮 5 传给曲 柄 7,通过连杆9 转换为滑块10 的往复 直线运动。 离合器 6 的作用:可使机器在开动 后间歇性工作。 制动器 8 的作用:可在离合器分开 后对从动部分进行刹车以及对滑块进行 制动。 大飞轮的作用: 此处简图中大齿轮5 相当于飞轮的作用,以达到有效利用能 量的目的。 曲柄压力机的组成:工作机构、 传动系统、操作机构、能源部分、支承 部分、辅助系统 曲柄压力机的分类: 按床身结构分类:开式;闭式。按 工艺用途分类:通
3、用曲柄压力机;拉深 压力机;板冲高速压力机;热模锻压力 机;冷挤压机等。按滑块数量分类:单 动压力机;双动压力机。按压力机连杆 数量分类 :单点压力机;双点压力机; 四点压力机。 按传动系统所在位置分类: 上传动压力机;下传动压力机。 开式与闭式压力机 开式压力机:床身呈 C形,机身的 前面和左、右面敞开,便于模具安装调 整和成形操作,但机身刚度(特别是角刚 度)较差,受力变形后影响制件精度和降 低模具寿命,适用于小型压力机,常用 在 1000KN 以下。 1KN1000N 100Kg 力 0.1t 力 优点:操作空间三面敞开,工作台 面不受导轨间距的限制,安装、调整模 具有较大的操作空间,与
4、自动送料机构 的连接也很方便。缺点: C形床身, 受力 变形时产生垂直位移和角位移,加剧模 具磨损和影响冲压件质量。 闭式压力机:机身为框架结构,前 后敞开,两侧封闭,在前后两面进行模 具安装和成形操作,机身受力变形后产 生的垂直变形可以用模具闭合高度调节 量消除。对制件精度和模具运行精度不 产生影响,适用于中大型曲柄压力机。 优点:仅产生垂直变形,刚度好, 广泛应用于中大型压力机中。缺点:整 体床身,加工运输困难,设备安装后需 要预紧以避免错移。 单动与双动压力机 单动压力机:在工作机构中有一个 滑块。 双动压力机:在工作机构中有两 个滑块,分内、外滑块,两套机构分别 驱动。双动压力机适合于
5、大型制件的拉 深及拉深件压边,多用于汽车车身制造。 曲柄压力机型号表示 J ()() 位为类代号,以汉语拼音首起字 母代替, 如 J表示机械压力机、Y表示液 压机。位为变形设计代号,以英文字 母表示次要参数在基本型号上所作的改 进,依次以A、B、C 表示。位为压力 机组别,以数字表示,如2 组为开式曲 柄压力机, 3 组为闭式曲柄压力机。位 为压力机型别,以数字表示,如1 型为 固定台式, 2 型为活动台式。 位为分格 符,以横线表示。位为设备工作能力, 以数字表示,如160 表示压力机标称压 力为 160 10kN=1600kN。位为改进设 计代号,以英文字母表示,对设备的结 构和性能所作的
6、改进,依次以A、B、C 表示。 注意 :若是标准型号则、位无 内容,例如, J31315 表示闭式单点机 械压力机标准型,标称压力3150kN; JB2363 表示次要参数作了第二次改进 的开式双柱可倾曲柄压力机,标称压力 为 630kN。 滑块位移与曲柄转角的关系 式中,s 为滑块行程, 为曲柄转角, R 为曲柄半径, L 为连杆长度。 滑块速度与曲柄转角的关系 式中, v 为滑块速度(向下为正), 为曲柄角速度(逆时针方向为正)。 滑块加速度与曲柄转角的关系 式中, a为滑块加速度 (向下为正)。 曲柄压力机滑块位移、速度、加 速度曲线分析 (一)理想状态下曲柄滑块受力 以节点 B 为受力
7、分析对象,可得: 通常,故 , ; ,又 结论:, 式中,为连杆作用力;为导轨 作用力;为工件变形力;为连杆长度 系数;为曲柄转角。 曲柄滑块机构 典型机构 :曲轴式;偏心齿轮式 装模高度调节方式:装模高度调节 方式;调节连杆长度;调节滑块高度; 调节工作台高度。 过载保护装置:压塌块式;液压式 离合器与制动器 离合器 :刚性离合器;摩擦式离合 器。 刚性离合器 作用: 依靠刚性结合零 件使主动部件和从动部件产生连接和分 离两种状态,实现曲柄机构的工作或停 止。刚性离合器分类:转键式;滑销式; 滚柱式;牙嵌式。 制动器 :摩擦式;有盘式;带式。 制动器的作用:吸收从动部分的动能, 让滑块及时停
8、止在相应位置上。带式制 动器分类: 偏心带式;凸轮带式;气动 带式。 摩擦离合器:依靠摩擦力矩来传 递扭矩。摩擦离合器分类: 1.干式离合器; 湿式离合器。 2.圆盘式离合器; 浮动式离 合器。 曲柄压力机电力拖动特性 举例 :如 J31315 压力机,若按冲 压直径 100mm,厚度 23mm 的 Q235 钢 板,工件变形力为3150kN,工件变形功 为 22800J,冲裁时间0.2s,按冲压时机 械效率为0.25,则所需功率为: 不用飞轮: 用飞轮: 曲柄压力机工作周期内能量消耗 消耗功的类型:A1为工件变形功; A2为拉深垫工作功;A3为摩擦消耗 功; A4为压力机受力消耗的弹性变形
9、功; A5为空程向下和空程向上需要的 能量; A6为单次行程时滑块停顿,带 动系统空转消耗的能量; (连续行程时无 此项) ;A7为单次行程时离合器制动器 所消耗的能量(连续行程时无此项)。 A=A1+A2+A7 A1工件变形功计算: 通用曲柄压力机在设计时考虑到压 力机主要是用于冲裁,故 A1 的计算依据 是以厚板冲裁的工作负荷图为依据。 一般冲头进入板厚0.45 板厚 h0,板 料分离断裂。即 考虑冲裁工作负荷图为近似略鼓三 角形,故: 标称压力;板料厚度 经验公式 : 快速压机: 慢速压机: 压力机做功校核举例 做功校核步骤:第一步:计算出设 备做功能力和工件变形功;第二步:比 较和,若
10、 则满足要求。 例:某一冷挤压工序,其工艺力和 工艺行程分别为F=160kN 和 s=5mm,试 选择设备。(只能在通用曲柄压力机 J23-16、J23-40、J23-63 中选择。) 解: 1)根据工艺计算力图,可选 J23-16设备,因为此时工艺计算力图完 全落在压力机许用负荷图安全区内。 2)做工校核。对J23-16 压力机 sg=5mm,Fg=160kN, 压力机做工能力有 = 255J 而此时工件变形功 选择 J23-16压力机做工不够,设备 过载。 若改选 J23-40 压力机则有 , , 故 J23-40 压力机为所选压力机。 冷挤压机 按工作机构分:曲柄式,肘杆式, 拉力肘杆式
11、; 按传动系统位置分:上传 动,下传动; 按机身放置方向分:立式, 卧式。 机械式压力机 J 8 为组别: 8 为挤压机;为型别: 7 为曲轴式, 8 为肘杆式, 9 为其余类型; 为标称压力。 液压式压力机 Y 为组别: 6 为挤压机;为型别: 1 为通用挤压机, 2 为管材、 棒材挤压机, 3 为型材挤压机;为标称压力。 【液压机】 液压机的工作原理:帕斯卡原理 工作时 :工作缸上腔通高压液,推 动活塞、活动横梁及固定其上的上模向 下运动。 回程时 :工作缸下腔通高压液,推 动活塞带着活动横梁向上运动,返回其 初始位置。 顶件时 :顶出缸下腔通高压液,顶 出活塞上升将工件顶起,然后向顶出缸
12、 上腔通入高压液体,使其回程复位。 Y 类代号(液压机) ;同一型号产 品的变型顺序号;组型(系列);通 用特性代号;主参数;产品的重大 改进顺序号。 YA32-315的含义是:液压机,第一 种变型,一般用途四柱式,标称压力 3150kN。 液压缸 三种结构: 柱塞式,活塞式, 差动柱塞式。 液压缸损坏情况:(1) 圆筒筒壁; (2) 法兰部分;(3)缸底;(4)气蚀。 损坏原因分析:设计原因、加工制 造原因、安装使用原因、其他原因 冲裁缓冲器 作用: 材料断裂瞬间变形抗力急剧 减小,液压机内的弹性能突然释放,产 生冲击振动,损坏模具和设备,设置冲 裁缓冲器可减缓弹性能释放,降低振动。 Y32
13、-315 通用四柱液压机 (1)电动机起动;(2)活动横梁快速下 降; (3)活动横梁减速下行;(4)加压; (5) 保压; (6)卸压回程; (7)顶出缸顶出;(8) 顶出缸回程;(9)浮动压边; (10)停止。 【塑料挤出机】 挤出生产过程:塑料从料斗加入 料筒,随螺杆转动向前移动,受料筒加 热、螺杆剪切和压缩,粉状或粒状塑化 为粘流态,通过分流板和口模,成为截 面与口模近似的高温连续体,经定型、 冷却、为玻璃态,得到等截面制品。 挤出机组包括:主机 (挤出机 )、 辅机,控制系统 主机 (三个部分 ):(1)挤压系统; (2) 传动系统; (3)加热冷却系统。 挤出机料筒三个职能区 固体
14、输送区 :物料由旋转的螺杆 作用,通过料筒内壁和螺杆表面的摩擦 作用,向前输送并逐步被压实,但仍处 于固体状态。 熔融区 :物料被进一步被压缩, 在料筒外部加热和螺杆剪切、摩擦热的 作用下,物料开始熔融。 试合模 发讯 合模高压低速锁紧注射座前进注射 保压冷却开模 制件顶出塑化退回 退回塑化 固定塑化 制件落下检测发讯 注射座动作选择 注射成型机工作循环图 均化区 :熔体均匀塑化,并使其 定量、定压、定温地从机头挤出。 三种物料状态 加料区 (固体输送区 )的固态; 过渡区 (熔融区 )的高弹态; 挤出区 (均化区 )的粘流态。 熔体输送理论 熔体输送理论假设:均化段已塑化 熔融的熔体是等温牛
15、顿流体,在流动过 程中其粘度、密度均不变;在螺槽内作 层流流动,熔体是不可压缩的;螺距不 变,螺槽为矩形等深螺槽,螺槽的曲率 可以忽略;因螺槽宽度比深度大得多, 故可认为速度分布沿整个螺槽不变。假 定螺杆不动,料筒作反向相对移动。 熔体在螺槽中有以下4 种流动 (1)正流:熔料沿螺槽向机头方向的 流动,料筒表面作用到熔体上的力而产 生的流动。其流率用Qz表示。 (2)逆流: 也叫压力流, 与正流反向, 它是由机头、分流板、过滤网等对熔体 的反压力引起,流率用Qp表示。将正流 和逆流相迭加,就得到熔体在螺槽中的 净流。 (3)横流:与螺纹方向垂直。螺纹侧 面、螺槽侧面、料筒内壁所挡,形成环 流。
16、影响不大,一般不计。其流率用Qr 表示。 (4)漏流:由机头、分流板、过滤网 等对熔体的反压力引起,通过螺棱与料 筒形成的间隙沿螺杆轴线向料斗方向的 流动。流率用QL表示,影响较小。 挤出机的流率(挤出量 )为: QQzQpQL 挤出机综合工作点 式中,为正流流率系数;为逆流 流率系数;为漏流流率系数;为沿螺 杆均化段长度上的压力差(Pa) 。 螺杆特性线族 对特定螺杆,、 和 均为常数, 当 挤出稳定后, 温度、转速不变, 则和 也不变,则和 为线性关系(螺杆特性 线 AB线) 。若螺杆直径不变,螺杆转速 n3n2n1,可以画出系列平行线,称为螺 杆特性线族。 螺杆特性线的意义: 表示螺杆均化段熔料流率和压力 的关系;当转速不变时,机头压力升 高,则挤出量降低;螺杆特性线斜率 与螺槽深度的立方和螺旋角正弦的平方 成正比,并与螺杆均化段长度成反比; 深螺槽的螺杆特性线较陡,压力变化 对挤出量的影响较大。 口模特性线 口模特性线反映熔体 在机头中的流动规律。 假定熔体为牛顿流 体,则通过口模的流率 与在口模产生的压力降之 间的关系为: 式中,为通过口模 的体积流