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1、Equipment of material forming1 /151本课程的学习内容与要求主要学习成形生产中常用各种设备的工作原理、结构特点、适用工艺、使用要点等是一门综合性应用类课程，要求在学习中注意应用过去学过的知识，如力学、机械学、液压与气动、电器控制等设备与工艺密切相关，本课程的学习应与塑性加工工艺、塑料成型工艺、压铸工艺等课程视为一个有机整体进行学习注重实际，与实习和实验结合起来2/151学完本课程后应达到的目标掌握常用成形设备的工作原理、结构特点和性能指标掌握常用成形设备的适用工艺和范围，能根据不同的工艺要求正确选择设备的种类、结构、参数了解成形生产中的一些专用设备的使用情况3/
2、151考核方法考试课，闭卷考试成绩由三部分组成： 平时成绩 实验 考试4/151成形的概念成形（Forming）在外部压力作用下，通过材料的塑性变形使坯料获得模具所给定的形状和尺寸成型（Molding）在外部压力作用下，通过材料的流动填充获得与模腔形状和尺寸相一致的零件三要素外部作用力（设备）、材料性能（塑性、流动性）、模具（形状、尺寸）5/151成形设备的作用为各类成形工艺服务，借助于模具进行生产与工艺的关系：A. 新工艺 新设备B. 新设备 新工艺一个国家工业生产的重要组成部分，表现在：A. 完成生产的重要手段B. 国家工业基础和技术水平的重要标志6/1517/1518/1519/1511
3、0/151我国成形设备发展的几个阶段1949年以前，只能进行小型设备的修配解放初 50年代末，测试、仿制、引进50年代末 70年代末，由测绘仿制到自行设计制造70年代末 90年代中，高速发展（引进技术、新技术新成果应用）90年代中期以来，新一轮高速增长（自主开发、专业化生产）11/151标志性设备12/151标志性设备13/151标志性设备14/151标志性设备15/151标志性设备16/151标志性设备17/151标志性设备18/151我国成形设备的现状已成为国民经济中一支举足轻重的力量A.到2000年，各类成形设备年产值超过100亿B.能满足国内各行业的大部分需求： 类别较齐全、完善，已形
4、成装备体系 拥有最强大的技术队伍 形成一定规模的科研、生产、销售能力仍然是国家工业体系中的薄弱环节 技术工艺落后，设备性能和可靠性不高 产品品种不能完全满足成形生产的需要 缺少具有自主知识产权的高档产品 成套连线进展缓慢，设备数控化水平低19/151目前国际上的发展趋势数控技术全面进入成形设备的生产和改造加工精度提高、高精设备比重加大高速、高效、多功能设备规格向两极发展绿色生产日益受到重视20/151本课程涉及设备曲柄压力机液压机塑料挤出机塑料注射成型机压铸机 双动拉深压力机 热模锻压力机 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21/151曲柄压力机的工作原理三
5、大类锻压设备之一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22/151曲柄压力机的工作原理23/151曲柄压力机的工作原理24/151曲柄压力机的结构组成能源系统能源系统为设备运行提供能量（电动机、飞轮）传动系统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）辅助机构辅助机构如安全生产、润滑、气垫等25
6、/151应注意！曲柄压力机具有短期高峰负荷短期高峰负荷的特点（工作角度范围 模具闭合高度 最小装模高度对小模具，必要时可加装垫板39/151曲柄压力机的主要技术参数（五 ）工作台尺寸与滑块底面尺寸单位mmmm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过大时应有移动工作台还要注意模柄孔、工作台孔和顶杆孔的位置和分布40/151曲柄压力机的主要技术参数（六）其他喉深（mm）开式压力机滑块中心线到机身的距离（p48图2-36）气垫力（kN）气垫的作用力气垫行程（mm）气垫的最大行程地面以上（下）高度（m
7、m）压力机安装后地面以上（下）部分的高度设备总重量（T或kg）电动机总功率（kW）41/151曲柄滑块机构的运动规律坐标原点为下死点，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)42/151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
8、偏置型43/151节点正置与节点偏置44/151作业1导出节点正置时的s -、v -表达式，并绘出其图形。（取 R =100，R / L=0.2，e / R =0.4，n =30 r/min） 问题：与节点正置结构相比， v -曲线有何特点？两种结构的速度差最大为多少？出现在什么位置？由此可以得出什么结论？45/151曲柄滑块机构的受力以B点为研究对象，有： PAB= P / cos Q = P tg简化： PAB= P Q = P sin= Psin作用于曲轴上的扭矩为 M t = PAB OD = P R sin(+) = P R ( sin+sin2/ 2 )46/151许用负荷图（一）
9、若驱动扭矩为Md ，显然应有： Md Mt从而有： Md P R ( sin+sin2/ 2 ) *最终可得：绘出图线如右47/151许用负荷图（二）另一方面，曲轴和齿轮的弯曲受力也有一个强度上限，即： P Pg可见，许用负荷图分为两段 区：PMAX= Pg 区：PMAX= f ()超载特点： 区超载，一般为闷车 区超载，一般为强度破坏48/151许用负荷图（三）几个概念： 标（公）称压力 Pg 标（公）称压力行程 Sg 标（公）称压力角 g49/151许用负荷图（四）由许用负荷图可知： 任何情况下，工艺负荷曲线都必须位于许用负荷曲线的下方 每次工作所消耗的能量必须小于压力机允许释放的功（常可
10、按照E允允=PgSg估算）一般情况下，设备生产厂会给出压力机的许用负荷图作为用户使用、选择的依据50/151设备选择例题 某曲柄压力机的许用负荷曲线如图，现有两个工件拟使用该设备生产，经计算二工件的工艺负荷如下表，请验证能否用此设备生产。拉深深度 (mm)01020304050607080拉伸力(kN)工件10200500100017002700420045000工件2036003900330039001000600200051/151例题解答 步骤一：步骤一：在许用负荷图中做出工件的工艺曲线，显然，工件2的曲线超出了许用负荷曲线 步骤二：步骤二：对工件1消耗功进行核算 E工件604200/2
11、 =126000(kNmm) E允许135000 =65000(kNmm) 因为： E工件 E允许 所以：做功校核不合格结论：结论：两个工件均不能用该压机生产52/151曲柄滑块机构作用曲柄压力机的工作机构，整个设备的核心。作用有： 将电动机（飞轮）的旋转运动转变为滑块的上下往复运动，给模具提供工作所需的成形力和位移 附加有装模高度调节机构、超载保护装置、打料装置等附属机构，提供辅助功能53/151曲柄滑块机构曲轴与滑块54/151曲柄滑块机构连杆与装模高度调节机构55/151曲柄滑块机构连杆与装模高度调节机构56/151曲柄滑块机构滑块运动导向机构57/151曲柄滑块机构滑块运动导向机构58
12、/151曲柄滑块机构超负荷保险机构（压塌块式）作用：防止设备因过载造成零部件损坏 类型：压塌块式与液压式压塌块式 一般用铸铁制造 一次性，破坏后必须更换 不能保证多点同时卸荷 一般用于单点小型压力机预留高度 h Sg59/151曲柄滑块机构超负荷保险机构（压塌块式）60/151曲柄滑块机构超负荷保险机构（液压式）液压式 能保证多点同时卸荷 非破坏式，能自动恢复 用于多点和大型压力机同样要求： h Sg61/151曲柄滑块机构模具的夹持与安装安装方式： 小型：一般上模用模柄，下模用T形槽螺钉 大中型：上、下模均用 T 形槽螺钉应注意： 模柄尺寸压机说明书上要给出，必须执行 T 形槽规格说明书上给
13、出，但有时滑块下底面和工作台上表面的 T 形槽间距不一致，使用时应注意62/151上模的安装63/151上模的安装64/151离合器与制动器作用： 控制压力机的运动和停止结构： 刚性离合器 摩擦离合器65/151离合器和制动器（转键式离合器）66/151转键式离合器操纵机构67/151转键式离合器特点结构简单，容易制造无需气源冲击力大，容易损坏只能上死点附近停车，不安全劳动部规定： 用该种压力机手工上料时，必须采用手工上料工具，且不准使用连续行程68/151摩擦制动器69/151摩擦制动器70/151离合器和制动器（摩擦式）71/151特点传递扭矩大，工作平稳可在任意位置结合，且超负荷时可以打
14、滑，起保险作用结构复杂，需要气源72/151离合器和制动器（摩擦式）73/151机身（一）作用： 连接和固定所有部件 为运动部件提供导向 承受全部运动负荷特点： 重量比例大（占整机重量的60%左右） 结构复杂（多为由筋板加强的箱形结构） 加工量大（占总加工量的30%左右）74/151机身（二、开式机身）特点 工作空间三面敞开，操作方便，易于自动送料 C型机身，工作时易产生角变形，会加剧模具磨损，影响工件质量类型 双柱可倾式 单柱固定式 单柱固定台式75/151开式机身的结构76/151机身（三、闭式机身）类型 整体闭式机身 组合闭式机身特点 整体式：装配量小， 刚度好，但加工运输 困难组合机身
15、：加工运输 方便，多用于大中型77/151机身预紧原理78/151辅助装置（一、拉深垫）作用： 拉深时压边 顶出工件 底部局部成形结构形式： 气垫 液气垫79/151拉深垫（一、气垫）80/151拉深垫（二、液气垫）81/151辅助装置（二、打料装置）作用： 冲压完成后，将工件或废料从上模中推出结构形式： 刚性打料装置 气动打料装置82/151打料装置的结构83/151打料装置84/151两种打料装置的特点刚性打料 结构简单，动作可靠，应用广泛 打料力和打料位置不能任意调节气动打料 可在任意位置打料，打料力和打料行程易调 节，易于实现机械化和自动化 有时打料力不够大85/151辅助装置（三、平
16、衡装置）作用 预防制动器失灵、连杆折断等情况下出现事故 向下行程时，防止滑块快落，产生撞击震动应用场合：1600kN以上均设有形式：一般为气动式平衡力：一般取为滑块和上模重量的1.2倍86/151平衡装置87/151辅助装置（四、移动工作台）作用： 缩短停机和拆装模具时间，提高生产效率 简化大型模具的安装和拆卸工作效果：换模时间减少90%代价：压力机成本提高20%25%88/151移动工作台的移动方式侧移 两个活动台，轮换工作，占地面积大前移 占地面积少，但在冲压生产线上有时不方便，且装模和拆模不能同时进行侧移加分道 两个活动台，轮换工作，且占地面积较小89/151双动拉深压力机（一）拉深工艺
17、特点大而稳定且可调的压边力，目的： 防止工件起皱 控制金属的流动较大的工作行程 拉深件高度一般较大一定的工作速度范围 如低碳钢：400mm/sec 不锈钢：180mm/sec90/151双动拉深压力机（二）压力机特点具有两个滑块 外滑块 压边作用，在机身导轨内往复运动 内滑块 拉深作用，在外滑块导轨内往复运动二滑块之运动关系91/151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 凸模上取下双动拉深压力机（二）运动特点92/151双动拉深压力机（三）外滑块注意压边力由受力杆件的弹性变形产生，故压
18、边力的调整靠调节压边滑块的闭合高度来实现外滑块在压边时并非绝对不动，而是有小量波动，波动值约为0.030.05mm为保证压边可靠，一般 采用液压补偿器作用有： 超载保护(过载时活塞后退) 稳定和调整压边力(调气压) 93/151双动拉深压力机（四）多杆结构近年来采用多杆结构，优化了滑块的运动内滑块运动速度稳定性大大提高空行程速度 大大提高增加移动工 作台94/151双动拉深压力机（四）多杆结构95/151热模锻压力机（一）对设备要求足够的刚度：足够的刚度：偏心曲轴、短粗型整体连杆；加大机身刚度（5倍以上）；楔形工作台调节装模高度滑块导向精度和抗倾斜能力高：滑块导向精度和抗倾斜能力高：象鼻型滑块
19、或长滑块；导轨零件刚度大；加大连杆与滑块连接处支撑面积行程次数高（行程次数高（35110次次/分）：分）：趁热打铁；减少模具受热时间强有力的上下顶料装置：强有力的上下顶料装置：可减小拔模斜度；减少模具受热。措施：机械刚性顶出96/151热模锻压力机（二）典型结构一97/151热模锻压力机（二）典型结构二98/151热模锻压力机（三）主要缺点工艺万能性差，不能进行滚压、拔长类工艺要求配套预制毛坯的设备结构复杂，造价高99/151冲压附属设备（开卷校平设备）使用原因： 使用卷料能降低材料成本近15% 可降低工人劳动强度，提高生产自动化水平 多用于大批量生产和冲压生产专业厂目前状况： 技术基本成熟
20、应用迅速普及100/151开卷落料线典型构成101/151102/151103/151液压机的工作原理利用压力传递能量 实质是帕斯卡原理F2=pA2 显然：A2A1 所以：F2 F1提高F2的途径 增大A2 提高p104/151液压机的工作原理两大组成部分 本体 控制系统 液压控制系统 电气控制系统工作介质 油 水（乳化液）105/151液压机的工作循环液压机的动作 空程向下/工作行程/ 保压/回程/顶出/停止提高空行程速度方法 真空充液106/151液压机的工作特点易于获得大的工作压力和工作空间可全行程施加最大压力、可长时间保压压力调节方便、不易超载无固定下死点，工艺灵活性好工作平稳无冲击快
21、速性方面不如曲柄压力机不太适合冲裁、剪断类工艺调整、维护麻烦107/151液压机的型号表示根据JB/T9965-1999规定，液压机的型号由汉语拼音、英文字母和数字表示方法如下：Y () () 类 变 组 型 标 改 代 形 别 别 称 进 号 设 压 设 计 力 计例如：YA32-315B，表示三梁四柱式一般通用液压机，标称压力为31510kN，字母A表示第一次变形设计，字母B表示经过第二次改进设计108/151液压机的本体结构也叫主机，是液压机两大组成部分之一对本体的要求： 满足工艺要求，且便于操作 具有合理的强度、刚度和运动精度 使用可靠，经济性好，维护方便本体的组成： 机身、液压缸、运
22、动部分与导向、附属装置109/151机身作用： 承受全部工作载荷 安装其它零部件 为活动横梁提供导向常见结构： 梁柱式、单臂式、组合框架式、钢丝缠绕式、板框式、铰链式等110/151梁柱式机身传统结构，应用广泛（几乎所有用途的液压机）常见有三梁四柱式、多柱式、双柱下拉式、三柱卧式、四柱卧式等组成方式：用立柱内、外螺母将上、下横梁联结成刚性框架特点：结构简单、制造容易、精度一般111/151梁柱式机身（一）三梁四柱式液压机的传统结构应用最为广泛112/151梁柱式机身（二）双柱下拉式113/151梁柱式机身（三）多柱式114/151梁柱式机身（四）三柱卧式115/151梁柱式机身（四）三柱卧式1
23、16/151117/151梁柱式机身（五）双柱卧式118/151立柱重要支撑与受力件，多为锻件，要求严格常用材料：35、45、40Cr、20MnMo、20MnSiMo等导向部分光滑（Ra0.8以下），表面耐磨中小型为实心，3000吨以上空心与立柱联结形式有多种预紧方法与曲柄压力机立柱预紧相同119/151立柱与横梁的联结形式120/151立柱导套安装在活动横梁上，以立柱为导轨进行导向一般采用较软的材料，目的： 不会磨损立柱表面 摩擦面的杂质会嵌入导套，不会划伤立柱多为剖分式，有35斜度121/151122/151横梁特点： 外形轮廓大、承受载荷大、局部接触应力大一般为箱形结构制造方法： 铸造重
24、量较大，适用于中小型批量生产 焊接重量较轻，适用于大中型生产123/151横梁的结构124/151框架式机身一般为组合框架式，类似曲柄压力机的机身主要特点： 刚度好 导向精度高 抗疲劳性能好 制造难度大，成本高 操作不如梁柱式方便应用： 冲压、锻造、挤压等125/151126/151单臂式机身类同于开式曲柄压力机机身多用于锻造、校直、厚板冲压等127/151其他结构机身钢丝缠绕式板框式铰链式钢筋混凝土结构128/151钢丝缠绕式机身129/151层压板生产设备布置130/151板框式机身131/151铰链式机身132/151混凝土机架结构133/151液压缸液压机的执行机构三种结构： 活塞缸、
25、柱塞缸、差动柱塞缸主要组成部件： 缸体、柱塞（活塞）、导套、密封等134/151135/151136/151附属装置（一）液压垫（顶出缸）作用类同于曲柄压力机中的气垫不同点： 易于获得大的作用力 压力稳定且调整容易 动作控制灵活137/151附属装置（二）活动横梁支撑装置138/151附属装置（二）活动横梁支撑装置139/151附属装置（三）液压打料装置140/151附属装置（四）冲裁缓冲器141/151液压系统液压机的两大组成部分之一控制液压机和辅助机构的行程和动作一般为高压、大流量系统142/151液压机液压系统的一般要求能实现调整、手动、半自动操作能实现空程和回程快速运动根据具体情况确定
26、液体压强，多为2032MPa回程要求预泄压中型以上要有压力分级143/151一般通用液压机的特点工作台面较大、滑块行程较长，工艺适应性好设有能浮动的顶出缸，拓展工艺范围空程充液能保压延时，能进行定程压制和定压压制具有点动、手动、半自动工作方式结构简单144/151液压系统之一（一般通用，滑阀式）油缸动作电磁铁动作1YA2YA3YA4YA5YA主缸空程下降+慢速及加压+保压卸压和回程+停止顶出缸顶出+顶出退回+停止145/151液压系统之二（双动拉深，锥阀）146/151电磁铁动作顺序表动 作电 磁 铁1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA启动快速下行+慢速下行+加压+保压卸压+
27、回程+顶出缸顶出+顶出缸回程+停止147/151液压机的主要技术参数（一）标称压力（kN） 液压机名义上能产生的力量 大、中型有压力分级最大净空距（mm） 活动横梁上限位置时，工作台上表面到活动横梁下表面的垂直距离最大行程（mm） 活动横梁能移动的最大距离工作台尺寸（mmmm） 工作台可利用的有效尺寸（或立柱中心距）148/151149/151液压机的主要技术参数（二）滑块运行速度（mm/s） 分为：空行程、工作行程、回程 应注意动作转换耗时顶出装置参数，主要有： 液压垫有效面积、液压垫力、顶出力、顶出行程其他参数 额定液体压力、地面以上 / 以下高度、总重量、总功率等150/151几点注意不同结构机身强、刚度一般符合如下关系： 框架式 梁柱式 单臂式 但操作方便与工艺适应性常常正好相反上传动油压机一般不用于热成形偏心载荷不可过大151/151
