第1章 锻压设备

第第11章章锻压设备锻压设备„„锻造锻造：：„„用用锤击锤击或或压制压制的方法对的方法对坯料坯料施加压力，使之产生塑性变形的金属施加压力，使之产生塑性变形的金属塑性加工方法称锻造。塑性加工方法称锻造。„„冲压冲压：：„„室温室温下在下在压力机压力机上用上用凹模和凸模凹模和凸模将将薄板薄板成形为具有立体造型和符成形为具有立体造型和符合质量要求的制件的金属塑性加工方法称冲压。合质量要求的制件的金属塑性加工方法称冲压。„„锻压锻压：：„„锻造和冲压简称为锻压。锻造和冲压简称为锻压。„„锻压生产常用设备锻压生产常用设备大致分为大致分为„„加热加热设备、锻压设备、锻压成形成形设备和锻压生产设备和锻压生产辅助辅助设备。设备。„„本章介绍的主要是锻压成形设备。本章介绍的主要是锻压成形设备。1.11.1锻压设备分类锻压设备分类„„锻压设备种类繁多。锻压设备种类繁多。„„按照国家的行业标准，把单机锻压成形设按照国家的行业标准，把单机锻压成形设备备按工艺用途按工艺用途分成分成八大类八大类。。„„用用汉语拼音字母汉语拼音字母表示。表示。„„每类每类分为分为多组多组，每组又分为，每组又分为若干型若干型。。„„类和组的具体分法见表类和组的具体分法见表11——11。。表表11--11锻压设备的分类锻压设备的分类类别汉语拼音组机械压力机J手动压力机、单柱压力机、开式压力机、闭式压力机、拉延压力机、螺旋压力机、压制压力机、板料自动压力机、精压挤压压力机和其他压力机液压机Y手动液压机、锻造液压机、冲压液压机、一般用途液压机、校正压装液压机、层压液压机、挤压液压机、压制液压机、打包压块液压机和其他液压机线材成型自动机Z自动镦锻机、自动切边滚丝机、滚柱钢球自动冷镦机、多工位自动镦锻机，自动弹簧机、自动链条机、自动弯曲机和其他自动机锤C蒸汽一空气自由锻锤、蒸汽·空气模锻锤、空气锤、落锤、对击式模锻锤和气动液压模锻锤锻机D平锻机、热模锻压力机、辊锻横轧机、碾环机、径向径锻机和其他锻机工作原理工作原理„„从工作原理上，我们可以概括为从工作原理上，我们可以概括为四种典型设备四种典型设备进行研究。进行研究。„„(1)(1)锻锤锻锤。。„„一般用一般用气体作为工作介质气体作为工作介质，将储藏在，将储藏在气体气体分子中的分子中的内能转换成执内能转换成执行机构的动能行机构的动能，利用，利用碰撞碰撞原理，产生巨大的原理，产生巨大的冲击力冲击力使毛坯产生塑使毛坯产生塑性变形。性变形。„„因此，它因此，它属于冲击载荷属于冲击载荷的锻压机器，如空气锤、蒸汽一空气锻锤、的锻压机器，如空气锤、蒸汽一空气锻锤、电液锤、高速锤等。电液锤、高速锤等。„„(2)(2)曲柄压力机曲柄压力机。。„„它是利用它是利用曲柄连杆机构曲柄连杆机构把传动部分的把传动部分的旋转运动变成滑块的往复运旋转运动变成滑块的往复运动动，工作机构依靠传动系统传递的扭矩迫使滑块给毛坯施加压力，工作机构依靠传动系统传递的扭矩迫使滑块给毛坯施加压力使之产生塑性变形。使之产生塑性变形。„„运动和载荷具有运动和载荷具有周期性周期性。。„„因此，曲柄压力机因此，曲柄压力机属于压力作用属于压力作用的机器。这类机器有热模锻压力的机器。这类机器有热模锻压力机、拉深压力机、剪切机、精压机、平锻机、冷锻机。机、拉深压力机、剪切机、精压机、平锻机、冷锻机。„„(3)(3)液压机液压机。。„„它是以它是以液体液体((油或水油或水))作为工作介质，利用作为工作介质，利用帕斯卡原理帕斯卡原理，，使执行机构使执行机构产生巨大的静压力产生巨大的静压力的锻压机器。的锻压机器。„„例如，水压机、油压机。例如，水压机、油压机。„„(4)(4)旋转式锻压机旋转式锻压机。。„„它是利用它是利用碾压原理碾压原理，使执行机构对毛坯局部产生，使执行机构对毛坯局部产生持续持续的压力的压力，随着毛坯的运动，塑性变形遍布整个锻件。，随着毛坯的运动，塑性变形遍布整个锻件。„„这类机器有扩孔机、辊锻机、摆碾机等。这类机器有扩孔机、辊锻机、摆碾机等。1.21.2锻锤锻锤„„锻锤锻锤：：„„利用利用蒸汽或液压蒸汽或液压等传动机构使等传动机构使落下部分落下部分((活塞、锤杆、锤头、上砧活塞、锤杆、锤头、上砧((模块模块))))产生运动并产生运动并积累动能积累动能，将此动能施加到锻件上去，使锻件，将此动能施加到锻件上去，使锻件获得塑性变形能，以完成各种锻压工艺过程的机器称为锻锤。获得塑性变形能，以完成各种锻压工艺过程的机器称为锻锤。„„锻锤的特点：锻锤的特点：„„锻锤锻锤工艺适应性好，结构简单工艺适应性好，结构简单，是现今锻造生产的主要设备。，是现今锻造生产的主要设备。„„此类设备由于存在此类设备由于存在振动大、噪声高振动大、噪声高的特点，使得大吨位锻锤的开的特点，使得大吨位锻锤的开发和使用受到限制。发和使用受到限制。„„而而对击锤可减小上述不利因素对击锤可减小上述不利因素，所以人们目前普遍认为应该保留，所以人们目前普遍认为应该保留中、小吨位锻锤。中、小吨位锻锤。„„大吨位的锻锤则用对击锤等设备代替。大吨位的锻锤则用对击锤等设备代替。„„现今我国蒸汽现今我国蒸汽--空气锤限制在空气锤限制在16t16t以下，对击锤打击能量发展到以下，对击锤打击能量发展到10001000kJkJ。。„„锻锤工作原理：锻锤工作原理：„„锻锤是一种锻锤是一种能量限定型能量限定型设备，其工作原理为，在锤头碰到锻件后设备，其工作原理为，在锤头碰到锻件后的的极短时间内极短时间内((千分之几秒千分之几秒))，，落下部分落下部分((锤头锤头))将向下行程中积蓄的将向下行程中积蓄的动能释放动能释放，以巨大惯性力冲击锻件，完成塑性变形。，以巨大惯性力冲击锻件，完成塑性变形。„„锻锤与机械压机、液压机的不同：锻锤与机械压机、液压机的不同：„„压力机压力机类锻压设备是类锻压设备是靠静压力或准静压力靠静压力或准静压力使锻件变形。当压力机使锻件变形。当压力机的压力大于锻件变形力时，加压一次即可成形，反之，如压力机的压力大于锻件变形力时，加压一次即可成形，反之，如压力机压力小于锻件变形力时，即使加压多次也不能成形。压力小于锻件变形力时，即使加压多次也不能成形。„„锻锤锻锤则是则是靠工作部分动能的瞬时释放靠工作部分动能的瞬时释放使锻件变形，当锻件每次打使锻件变形，当锻件每次打击的有效能量击的有效能量小于小于锻件变形所需能量时，仍锻件变形所需能量时，仍可采用多次打击完成可采用多次打击完成锻件变形锻件变形的任务，而且的任务，而且变形速度快变形速度快，，对于不同类别的锻件适应性对于不同类别的锻件适应性强强，特别，特别适合于中小批量的生产适合于中小批量的生产厂使用。厂使用。11．．22．．11锻锤的工作特性锻锤的工作特性„„11．．22．．11．．11锻锤的打击能量：锻锤的打击能量：„„锻锤的锻锤的规格规格通常以通常以落下部分重量落下部分重量来表示，但因它是限来表示，但因它是限能性设备，其确切的能性设备，其确切的性能参数性能参数应是应是打击能量打击能量EE00(J)(J)，对，对有有砧座锤砧座锤为：为：„„11．．22．．11．．22锻锤的打击力锻锤的打击力„„锻锤是限能量的锻压设备，它的锻锤是限能量的锻压设备，它的主要性能参数主要性能参数是是落下部分落下部分的的打击打击能量能量。。„„但是，对其可能产生的但是，对其可能产生的打击力亦应有其度量准则打击力亦应有其度量准则，以满足锻锤零，以满足锻锤零件的件的强度校核强度校核、、模具承压面的确定模具承压面的确定及正确选用和使用设备的需要。及正确选用和使用设备的需要。„„打击过程中，锻件变形是锤头能量释放的结果，因此锻锤的打击过程中，锻件变形是锤头能量释放的结果，因此锻锤的打击打击力与锤头的动能及锻件大小、形状、温度等有关力与锤头的动能及锻件大小、形状、温度等有关。。„„每一次打击其打击力是不一样的每一次打击其打击力是不一样的，在同一次打击中，打击力也是，在同一次打击中，打击力也是变化的，要确切计算打击力十分困难。变化的，要确切计算打击力十分困难。„„为简化计算，为简化计算，假设假设在打击加载阶段在打击加载阶段打击力为一不变的常力打击力为一不变的常力，称为，称为平均打击力平均打击力，应用，应用冲量原理冲量原理可以求知这一平均打击力。可以求知这一平均打击力。„„有砧锻锤打击力有砧锻锤打击力PP可按式可按式(1(1——3)3)计算计算•打击锤是以打击能量为系列，因而从铭牌上可直接读出其打击能力。•因打击时间很短，故打击力P很大，相当于落下部分重量m1的几千倍至一万多倍。锻件的温度越低，变形量越小，打击力越大。•锻造时不能以昀大打击速度锻击冷锻件或空击，这会产生极大的打击力，对模具和锻锤易损零件的寿命都有不利的影响。„„锻锤的锻锤的种类种类很多：很多：„„按打击特性分：按打击特性分：„„有有对击锤对击锤和和有砧座锤有砧座锤；；„„按工艺用途分：按工艺用途分：„„有有自由锻自由锻锤、锤、模锻模锻锤和锤和板料冲压板料冲压锤；锤；„„按向下行程时作用在落下部分的力分：按向下行程时作用在落下部分的力分：„„又可分为又可分为单作用锤单作用锤和和双作用锤双作用锤。。„„单作用锤工作时，落下部分为自由落体。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，落下部分除受自重的作用外，还受压缩空气或液压力的作双作用锤在向下行程时，落下部分除受自重的作用外，还受压缩空气或液压力的作用，故打击能量较大。用，故打击能量较大。„„常按驱动机构的特征分，有：常按驱动机构的特征分，有：„„蒸汽一空气锤蒸汽一空气锤、、„„空气锤空气锤、、„„机械锤机械锤、、„„液压锤液压锤。。11．．22．．22蒸汽蒸汽--空气锤空气锤„„蒸汽蒸汽--空气锤空气锤„„是以是以蒸汽或压缩空气蒸汽或压缩空气作为能量传递物作为能量传递物((工作介质工作介质))，故称，故称为蒸汽为蒸汽--空气锤。空气锤。„„是目前锻造车间昀常用的锻造设备之一。是目前锻造车间昀常用的锻造设备之一。„„根据工艺用途不同，可分为根据工艺用途不同，可分为„„自由锻锤；自由锻锤；„„模锻锤模锻锤。。„„蒸汽蒸汽--空气锤所使用的空气锤所使用的„„蒸汽压强蒸汽压强为为00．．77～～00．．99MPaMPa，，„„压缩空气压强压缩空气压强为为00．．66～～00．．88MPaMPa。。图1—1蒸汽一空气锤工作原理图1一气缸；2一活塞；3一锤杆；4一锤头；5一上砧块；6一锻坯；7一下砧块；8一砧枕；9一砧座1.2.2.11.2.2.1蒸汽一空气锤的工作原理蒸汽一空气锤的工作原理„„若气缸若气缸11的的下腔进气，上腔排气下腔进气，上腔排气；锻锤的落下部分所受的；锻锤的落下部分所受的作用力合作用力合力力FuFu方向向上方向向上时，则时，则落下部分落下部分在在FuFu的作用下的作用下向上运动向上运动。此时。此时作用作用在落下部分的作用力在落下部分的作用力必须满足式必须满足式(1(1——4)4)：：„„相反，若气缸相反，若气缸上腔进气，下腔排气上腔进气，下腔排气，作用在落下部分的，作用在落下部分的合合力力FdFd方向向下方向向下，则，则落下部分落下部分在在FdFd的作用下的作用下向下运动向下运动。此时。此时作用在作用在落下部分的力落下部分的力满足式满足式(1(1——5)5)：：„„落下部分向下运动的过程中储蓄了一定的打击能量，这个落下部分向下运动的过程中储蓄了一定的打击能量，这个打击能量在打击过程中大部分转化为锻件的塑性变形功。打击能量在打击过程中大部分转化为锻件的塑性变形功。11．．22．．22．．22蒸汽一空气自由锻锤蒸汽一空气自由锻锤„„蒸汽一空气自由锻锤蒸汽一空气自由锻锤„„用于进行用于进行自由锻造和胎模锻造自由锻造和胎模锻造工艺，是生产工艺，是生产中中小型自由锻件小型自由锻件的主要设备。的主要设备。„„它的落下部分质量一般为它的落下部分质量一般为00．．55～～5t5t。。„„一般比一般比00．．5t5t小的锻锤被空气锤代替，比小的锻锤被空气锤代替，比5t5t大的大