Equipment of material forming
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 • 综合性应用类课程，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
本课程涉及设备
• • • • • • • • 数 控 冲 模 回 转 头 压 力 机 高 速 压 力 机
板 剪 锻 螺 热 双 压 塑 塑 液 曲 料 板 锤 旋 模 动 铸 料 料 压 柄 压 锻 拉 机 注 挤 机 压 折 机 力 压 深 弯 射 出 力 机 力 压 机 成 机 机 机 力 型 机
曲柄压力机的主要技术参数
• 反映了设备的工艺性能和应用范围 • 是选用、选购、设计的主要依据
• 国家标准有明确规定，各企业也有自己的 参数系列 • 必须准确理解，并能在以后工作中熟练应 用
曲柄压力机的主要技术参数
（一）标（公）称压力
• 单位—— kN • 定义——滑块运行到距下死点前某一特定距离或曲 柄旋转到距下死点前某一特定角度时，滑块所允许 承受的最大作用力 • 直接反映曲柄压力机的工作能力，是主参数 • 已经系列化，我国为R5( 5 10 )和R10 ( 10 10 )系列 • 小设备采用R5(1.585)系列，中大型采用R10(1.259) 系列
曲柄滑块机构的受力
• 以B点为研究对象，有： PAB= P / cosβ Q = P tgβ • 简化： PAB= P Q = P sinβ= Pλsinα • 作用于曲轴上的扭矩为 M t = PAB OD = P R sin(α+β) = P R ( sinα+λsin2α/ 2 )
许用负荷图（一）
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
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
成形的概念
• • • • •
机
曲柄压力机的工作原理
• 三大类锻压设备之一 • 生产中常称作冲床 • 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
曲柄压力机的工作原理
曲柄压力机的工作原理
曲柄压力机的结构组成
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 计成节点偏置型
节点正置与节点偏置
作业1
• 导出节点正置时的s -α、v -α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 -α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？
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
曲柄压力机的特点
• 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
• 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
0 3600 390答
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：对工件1消耗功 进行核算 E工件≈60×4200/2 =126000(kN•mm) E允许≈13×5000 =65000(kN•mm) 因为： E工件> E允许 所以：做功校核不合格
• 根据JB/T9965-1999规定，曲柄压力机的型号 由汉语拼音、英文字母和数字表示 • 方法如下：J (△) □ □ ― □ (△)
类 代 号 变 形 设 计 组 别 型 别 标 改 称 进 压 设 力 计
• 例如：JA36-800B，表示闭式双点机械压力机， 标称压力为800×10kN，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
（五 ）工作台尺寸与滑块底面尺寸
• 单位——mm×mm • 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
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 αg
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（常可按照E允=Pg×Sg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
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（mm）——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）
曲柄压力机的主要技术参数
（二）滑块行程 • 单位—— mm • 定义——滑块从上死点运行到下死点所走 过的距离 ( s = 2 r ) • 反映了压力机的工作范围 • 行程大，可生产较高的零件，但曲柄尺寸 大，造价高，且单位时间行程次数少 • 行程小，单位时间行程次数多，生产率高
曲柄压力机的主要技术参数
•
曲柄压力机的分类
——按结构或传动分类
• 按结构形式分类：
开式结构——三面敞开，便于操作，但刚性差 多用于小型 闭式结构——机身刚性好，导向精度高 多用于中大型
• 按传动特点分类： 按曲柄连杆机构的组数分：
单点、双点、四点
按滑块的个数分：
单动、双动
开式与闭式
单点、双点与四点
单动与双动
曲柄压力机的型号表示
• 能源系统——为设备运行提供能量（电动机、飞轮） • 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——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——控制设备的运行（离合器-制动器、
电子监测装置等）
• 支承部件——将机器各部分连为一个整体并承受工作负
冲压多通管接头
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） • 21世纪以来，数控、计算机控制技术、节能技术 全面应用，设备成套、成线，特种专用设备
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 cosα+ L cosβ) 令：λ= R / L 将上式简化、整理，可得： s = R [ (1-cosα) +λ(1-cos2α) / 4 ] 对该式微分，又可得： v = ωR ( sinα+ λsin 2α/ 2 ) ** a = -ω2 R ( cosα+λcos2α)
标志性设备
标志性设备
标志性设备
标志性设备
标志性设备
标志性设备
标志性设备
标志性设备
标志性设备
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
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）
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
结论：两个工件均不 能用该压机生产
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
•
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
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
（三）滑块行程次数 • 单位—— 次/分 • 定义——空载时，滑块每分钟从上死点到 下死点再回到上死点所往复的次数 • 反映了生产效率的高低