塑性成形設(shè)備-20-曲柄壓力機.ppt

1 第二章 曲柄壓力機 2 3 2.1 曲柄壓力機的工作原理與型號分類 2.2 曲柄滑塊機構(gòu)的運動與受力分析 2.3 通用曲柄壓力機主要零部件結(jié)構(gòu) 4 2.1 曲柄壓力機的工作原理與型號分類 一、曲柄壓力機的 工作原理 二、曲柄壓力機的 組成 三、曲柄壓力機的 分類 四、曲柄壓力機 型號表示 5 一、工作原理 通過 曲柄連桿機構(gòu) 將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn) 化為滑塊的往復(fù)直線運動。 6 動畫： 曲柄連桿機構(gòu) 注意： 1、 動畫中上死點位置有誤！ 2、 兩個名詞： 上死點、下死點 比較：汽車發(fā)動機中活塞 -連桿 -曲軸的運動 7 曲 柄 壓 力 機 原 理 圖 8 1、 傳動過程 電動機 1 大帶輪 3、小齒輪 4 大齒輪 5、 曲柄 7 連桿 9 滑塊 10、上模 11 皮帶傳動： 平帶（易打滑）； V 形帶（三 角帶，不易打滑，可傳遞較大的動力） 9 2、 多級減速的目的 降低滑塊每分鐘的 行程次數(shù) ； 增加滑塊可承受的工作載荷。 3、飛輪、離合器、制動器的作用 飛輪：儲存和釋放能量 離合：飛輪和曲軸之間的離合 制動：使 曲軸、連桿、滑塊 停止運動 10 二、曲柄壓力機的組成 工作機構(gòu) 傳動機構(gòu) 操作機構(gòu) 能源部分 支承部分 輔助部分 11 1、 工作機構(gòu)（設(shè)備的工作執(zhí)行機構(gòu)） 由曲柄、連桿、滑塊組成，將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn) 化為往復(fù)直線運動。 2、 傳動機構(gòu) 由 帶傳動 和 齒輪傳動 組成，將能量傳到工 作機構(gòu)。傳動過程中，轉(zhuǎn)速逐漸降低，轉(zhuǎn)矩逐 漸增加。 12 3、 操作機構(gòu) 由離合器、制動器及相應(yīng)的電氣器件組成。 控制工作機構(gòu)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)間歇或連續(xù)工 作。 4、 能源部分 由電動機和飛輪組成，開機后電動機對飛 輪進行加速。壓力機短時工作能量由飛輪提供 （飛輪起作儲存和釋放能量的作用）。 13 是否每臺壓力機都必須有飛輪？ 14 5、 支承部分 由機身、工作臺和緊固件組成，把壓力機 所有零部件連成一個整體。 6、 輔助部分 氣路系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、過載保護系統(tǒng)、氣 墊、快換模、打料裝置、監(jiān)控裝置等，起到提 高壓力機的安全性和操作方便性的作用。 15 三、曲柄壓力機的分類 1、 按機身結(jié)構(gòu)來分 開式壓力機 機身不封閉，呈 C形，操作方便，剛性差。 適用于小型壓力機。 閉式壓力機 機身為封閉框架，左右封閉，前后敞開， 剛性好。適用于中大型壓力機。 16 開 式 壓 力 機 17 閉 式 壓 力 機 18 2、 按滑塊數(shù)量來分 單動壓力機：僅一個滑塊 雙動壓力機 ：有內(nèi)外兩個滑塊，適合于大 型制件的拉深成形。能夠?qū)崿F(xiàn)： o 恒定壓邊間隙 （曲柄壓力機）； o 恒定壓邊力 （液壓機）。 了解：板料拉深成形對壓邊的要求 19 20 3、 按連桿數(shù)量來分 單點壓力機（ 1個連桿） 雙點壓力機（ 2個連桿） 四點壓力機（ 4個連桿） 4、 按傳動系統(tǒng)所在位置來分 上傳動壓力機 下傳動壓力機（設(shè)備重心低，運行穩(wěn)定） 21 22 23 注意： 圖中有幾根曲軸 曲軸旋轉(zhuǎn)的方向 為什么？ 24 5、 按工藝用途來分 通用曲柄壓力機 拉深壓力機 熱模鍛壓力機 冷擠壓機 了解成形工藝對設(shè)備力、能、行程的要求！ 25 四、曲柄壓力機的型號 根據(jù) JB/T9965-1999的規(guī)定，曲柄壓力機型 號由 漢語拼音、英文字母和數(shù)字 表示： J ( ) ( ) 26 例如： JA23-63A（若是標(biāo)準(zhǔn)型號，則第 2、 7位無內(nèi)容） 第 1位：類代號（ J：機械壓力機； Y：液壓機） 第 2位：變形設(shè)計代號（表示次要參數(shù)在基本型號上所 作的改進，以 A、 B、 C表示） 第 3位：壓力機組別（ 2：開式曲柄壓力機； 3：閉式曲 柄壓力機） 第 4位：壓力機型別（ 1：固定臺式曲柄壓力機； 2：活 動臺式曲柄壓力機） 第 5位：分隔符 “ -” 第 6位：公稱壓力（ X10KN） 第 7位：改進設(shè)計代號（對設(shè)備的結(jié)構(gòu)和性能所作的改 進，以 A、 B、 C表示） 27 28 可 傾 式 曲 柄 壓 力 機 29 工作臺類型： O 固定臺 O 可傾臺 O 升降臺 O 可移動臺 O 回轉(zhuǎn)臺 30 2.2 曲柄滑塊機構(gòu)的運動與受力分析 一、曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析 二、曲柄滑塊機構(gòu)受力分析 31 一、曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析 滑塊 位移 與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 滑塊 速度 與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 滑塊 加速度 與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 先按教材上的公式講，看看有什么問題 32 t )c o sLc o sR()LR(s 1、 滑塊位移與曲柄轉(zhuǎn)角的 關(guān)系 設(shè)曲柄半徑為 R，連桿 長度為 L，滑塊速度 v向下 為正， s 為 B點距下死點的 距離 (滑塊位移 2R-s)，有： 33 令： 則有： 采用冪級數(shù)展開，并取近似得： 22 s in111)c os1(Rs L R 2c os1 4 )c os1(Rs 34 2、 滑塊速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 滑塊速度： 2s in 2 s inR d ds . dt d . d ds dt ds dt )sR2(d v 35 3、 滑塊加速度與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 加速度（向下為正）： 2c o sc o sR 2s in 2 s inR d d . d dv . dt d . d dv dt dv a 2 36 對照 s、 v、 a的公式，看看該圖有何問題 37 還是看看 EXCEL圖形吧 38 注意： 1） 上、下死點在曲線何處？ 2） 滑塊從何處開始運動？又停于何處？ 3） 曲柄旋轉(zhuǎn)一周，位移、 v、 a有何特點？ 4） a、 v、位移之間的積分關(guān)系是否滿足？ 5） 各條曲線的走向問題。 其實，這個圖應(yīng)該這樣看 39 扭別太，圖看向方個這從 40 還是改改角度 ( 從 180 變到 -180 ) ，重新 看看 EXCEL圖形吧 41 最好采用以下設(shè)置： 坐標(biāo)原點取在下死點 (設(shè)此處 =0)，則曲柄旋 轉(zhuǎn)過程中 ，滑塊位 移為 s，位移、速度、加 速度均向上為正！ t. 42 此時滑塊位移及速度分別為： 該式與原公式相同，但原公式用 2R-S表示位移。 2c os1 4 )c os1(Rs 2s in 2 s inR d ds . dt d . d ds dt ds v 43 滑塊加速度為： 該式與原公式差一個負號。 按照上述三個 公式，加速度、速度、位移三條曲線該怎么改 變？ 2c osc osR 2s in 2 s inR d d . d dv . dt d . d dv dt dv a 2 44 45 二、曲柄滑塊機構(gòu)受力分析 1、 理想狀態(tài)下 (忽略摩擦 ) 46 t a n. c o s FQ F F AB 導(dǎo)軌受力： 連桿受力： 1） 連桿和導(dǎo)軌的受力 設(shè)工件變形力為 F 并近似認為滑塊處于靜 力平衡狀態(tài)，則： 47 2） 曲軸受扭矩 設(shè)工件變形力為 F,并 近似認為滑塊處于靜力平 衡狀態(tài)，則： )s in.c osc os.( s in. )s in (. . RF RF ODFM AB AB ABL 48 由于： 則： )2s in 2 ( s in. )s in (. . RF RF ODFM AB ABL s in.s in 1c os FF AB 49 上述分析表明： 變形力 F 一定時， 角越大，則曲軸所受 的扭矩 越大，壓力機易悶車。 當(dāng) 一定時，機構(gòu)能夠承受的變形力隨 角的減小而增加。即在 =0 時機構(gòu)能夠 承受的變形力最大。 看看 EXCEL圖形 LM LM 50 顯然，機構(gòu)能夠承受的變形力與曲柄轉(zhuǎn)角 角有關(guān)， 那這個設(shè)備的噸位究竟算多少呢？ 51 公稱壓力角 、公稱壓力 、 公稱壓力行程 。 思考：如何確定 剪板機 和 拉深壓力機 的公稱壓 力和公稱壓力角？ g gF 52 公稱壓力角處： 由于設(shè)備能夠承受的扭矩是恒定的，以 為 計算依據(jù)，則設(shè)備允許的最大受力： )2s in 2 ( s in. ggggL RFM gLM )2s in 2 ( s in gg gL R M F 53 3） 壓力機許用負荷圖 54 注意： 在公稱壓力行程以外，壓力機能夠承受的 力小于公稱壓力； 在公稱壓力行程以內(nèi)，模具工藝力也不能 大于公稱壓力； 把許用負荷圖作為選擇設(shè)備的依據(jù)。若缺 乏許用負荷圖，應(yīng)使設(shè)備 在公稱壓力及公 稱壓力行程范圍內(nèi)工作 。 55 2、 實際情形下曲柄滑塊機構(gòu)的受力與許用負 荷圖 （考慮摩擦） o 曲軸支承頸和軸承之間 o 曲柄頸和連桿軸承之間 o 連桿銷和滑塊之間 o 滑塊和導(dǎo)軌之間 56 57 2.3 通用曲柄壓力機主要零部件結(jié)構(gòu) 一、曲柄滑塊機構(gòu) 二、機身 三、離合器與制動器 四、動力與傳動系統(tǒng) 五、輔助裝置 58 一、曲柄滑塊機構(gòu) 提供模具工作所需的成形力和位移，同時 提供一些輔助功能（如：裝模高度調(diào)節(jié)、過載 保護、頂件等）。 1、 幾種典型的曲柄滑塊機構(gòu) 曲軸式 偏心齒輪式 偏心軸式 曲拐軸式 59 曲軸、連桿 60 61 1） 曲軸式 偏心距固定不變，壓力機行程不能調(diào)節(jié)， 適用于行程較大的中小壓力機。 2） 偏心軸式 偏心距及行程可調(diào)節(jié)（加偏心套）。 3） 曲拐軸式 偏心距及行程可調(diào)節(jié)（加偏心套）。 62 注意： 以上三種結(jié)構(gòu)，曲軸同時受 彎矩 和 扭矩 作 用！ 當(dāng)扭矩僅從曲軸一端傳入時，曲軸各段的 受力情況如何？ 63 64 4） 偏心齒輪式 偏心齒輪由誰來驅(qū)動？有何作用？芯軸是 否轉(zhuǎn)動？ 芯軸僅受彎矩，偏心齒輪受扭矩作用，負 荷分配合理，制造方便； 芯軸直徑較大，有一定的磨損。適用于中 大型壓力機和冷擠壓機。 65 此處重點分析偏心齒輪工作時的受力情況 然后，看看這些設(shè)備采用了何種曲柄滑塊 機構(gòu) 66 67 68 69 飛 輪 哪 去 了 ？ 70 南孚的，飛輪呢？ 71 模具很不錯，潤滑和冷卻相當(dāng)好！ 72 生產(chǎn) 5號電池殼的，速度很快（ 160次 /分） 73 曲軸式 注意： 軸瓦 壓塌塊 模具安裝 調(diào)節(jié)螺桿 打料橫桿 74 模具安裝 75 注意： 1） 此類連桿與滑塊鉸接處為何用球頭？ 2） 連桿長度的調(diào)節(jié)（裝模高度的調(diào)節(jié)） 手動調(diào)節(jié)（小型壓力機，滑塊較輕時） 機動調(diào)節(jié) 3） 如何打料？ 4） 設(shè)備過載保護裝置 對壓塌塊剪切后產(chǎn)生的高度差有何要求？ 76 前面講過：把許用負荷 圖作為選擇設(shè)備的依據(jù)。 若缺乏許用負荷圖，應(yīng) 使設(shè)備 在公稱壓力及公 稱壓力行程范圍內(nèi)工作 。 則要求： H1 H2 公稱壓力行程！ 77 偏心齒輪式 注意： 飛輪呢？ 連桿長度如何調(diào)？ 又用軸瓦？ 軸瓦怎么制造的？ 78 曲拐軸式 注意： 上面那個紅 色的零件 軸瓦的位置 79 2、 滑塊行程的調(diào)節(jié)（加偏心套） 注意： 連桿裝在哪里？ 曲拐軸回轉(zhuǎn)中心在哪里？滑塊行程 =？ 80 3、 裝模高度的調(diào)節(jié)方式 調(diào)節(jié)連桿長度 調(diào)節(jié)滑塊高度 調(diào)節(jié)工作臺高度 調(diào)節(jié)行程（偏心距） 兩個概念（見下頁圖）： 最大裝模高度 裝模高度調(diào)節(jié)量 81 82 調(diào) 節(jié) 滑 塊 高 度 83 注意： 調(diào)節(jié)連桿長度就能調(diào)節(jié)裝模高度，為什么 還要用調(diào)節(jié)滑塊高度呢？ 84 4、 過載保護裝置 壓塌塊式過載保護裝置 液壓式過載保護裝置 注意：哪個面被剪切？雙面剪切為何不等厚？ 85 注意： 閥的結(jié)構(gòu) 油路 虛線？ 讀懂圖！ 86 溢流閥 注意油管孔徑！ 87 三位四通電磁閥 88 5、 模具的裝夾和打料機構(gòu) 1） 模具的裝夾 上模： 模柄孔 小型模具 模柄孔、壓板 中小型模具 壓板、螺釘緊固 中大型模具 氣壓快速夾持器 快換模設(shè)備 下模： 壓板、螺釘緊固 89 90 91 2） 打料機構(gòu)： 剛性打料、氣動頂料 92 二、機身 1、 開式機身 93 94 2 、 閉 式 機 身 95 注意： 為什么要預(yù)緊？預(yù)緊力多大為好？ 96 三、 離合器與制動器 想想： (機械零件 )離合器和聯(lián)軸器有何區(qū)別？ 97 1、 離合器（ 剛性離合器、摩擦離合器 ） 思考： 為什么要離合？ 實現(xiàn)間歇工作； 考慮安全； 節(jié)能； 便于給飛輪補充能量。 98 最好在何處離合？ 傳動到飛輪后即離合。 為何不在靠近電機處離合？ （和 汽車離合器的位置 進行比較） 沒有飛輪的壓力機呢？ 離合器 “ 離 ” 后設(shè)備的運動？ 怎么離合？ 99 汽車離合器的位置： 靠近動力源 100 汽車離合器的位置： 101 1） 剛性離合器 依靠剛性結(jié)合零件使主動、從動部件產(chǎn)生 連接或分離。 轉(zhuǎn)鍵式 （單轉(zhuǎn)鍵、雙轉(zhuǎn)鍵）：最常見 滑銷式 牙嵌式 滾柱式 102 (1) 轉(zhuǎn)鍵式離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理 工作原理 依靠轉(zhuǎn)鍵的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn) 飛輪和曲軸的分離 和接合 。 轉(zhuǎn)鍵的結(jié)構(gòu) 103 104 離合過程 注意： 關(guān)閉器、彈簧及尾板的動作。 曲軸旋轉(zhuǎn)一周有幾個位置可以離合？ 工作機構(gòu)何時動能最大？最小？ 最好在滑塊行程中的何處離合？ 上死點處 (便于裝模，動能小易制動 ) 105 雙轉(zhuǎn)鍵離合器主鍵和副鍵的作用 雙 轉(zhuǎn) 鍵 ：一個主鍵、一個副鍵 主鍵的作用 ：傳遞工作載荷和能量 副鍵的作用： 主要是 避免 “ 超前運動 ” 106 副鍵的作用： 主要是 避免 “ 超前運動 ” 從動件 運動速度比 主動件 還快！ 想一下汽車的 “ 反拖 ” 107 副鍵的作用： 在滑塊下行時，防止因曲柄滑塊機構(gòu) 自重，造成曲柄轉(zhuǎn)動超前于大齒輪而 造成工作鍵與大齒輪沖擊； 可防止滑塊回程時，由于拉深墊或彈 性壓邊圈的回彈力而引起超前； 調(diào)整模具時，能使曲柄反轉(zhuǎn)。 108 離合器的靈敏度 注意：圖中的四個槽 兩個槽時：最長需要等飛輪轉(zhuǎn)過一周，曲 軸和飛輪才能接合。 四個槽時：最長需要等飛輪轉(zhuǎn)過 1/4周， 曲軸和飛輪就能接合。 109 110 (2) 轉(zhuǎn)鍵 式離 合器 的操 作機 構(gòu) 111 (3) 轉(zhuǎn)鍵式離合器的特點 結(jié)構(gòu)簡單，易于制造 剛性結(jié)合，沖擊較大 不能 寸動 不能緊急停車，只能停在 上死點 ，安全性 不高。 該種離合器多用于小型壓力機。目前已較 少使用，不夠安全。 112 2） 摩擦離合器 (1) 分類 按照摩擦面的形狀分： 圓盤式 浮動鑲塊式 圓錐式 113 浮動鑲塊式摩擦離合器 114 按照工作環(huán)境分： 干式：摩擦單元露在空氣中 濕式：摩擦單元浸在油里 115 (2) 工作原理 通過摩擦盤使主動部分（飛輪）和從動部 分（曲軸）分離或接合。 注意： o 區(qū)分主動、從動、靜止三個部分 o 主動部件和從動部件的的離、合 離合器 o 主動部件和 始終靜止 部件的離、合 制動器 o 常態(tài)下：離合器處于離的狀態(tài)（曲軸不轉(zhuǎn)） 116 離合、制動動作如何協(xié)調(diào)？ 同時進氣同時排氣 117 離合、制動的動作 如果不 協(xié)調(diào) ？ 想想：同時踩下汽車（前驅(qū)、后驅(qū)）的 油門 和 制動 （手剎、腳剎）會有什么效果？ 如：前驅(qū) + 腳剎 - 前驅(qū) + 手剎 - 如果同時將 方向盤打死 又怎么樣？ 118 (3) 摩擦離合器的特點 優(yōu)點： 結(jié)合平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小 能在任意時刻進行離合，較為安全 可寸動（與制動器配合可隨時進行 緊急剎車） 缺點： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高 需要壓縮空氣作動力源 119 項目 摩擦離合器 剛性離合器 曲柄在任何位置都能接合與脫開 能 不能 微動，緊急停止 能 不能 高速性（在高速下能使用） 良好 不良 噸位限制 無限制 不能用于大噸位 防止超負荷 能 不能 安全性 良好 較差 接合時的沖擊 平穩(wěn) 大 結(jié)構(gòu) 復(fù)雜 簡單 接合面相對滑動 有 無 摩擦離合器與剛性離合器的比較 120 2、 制動器 圓盤式制動器（如：摩擦制動器） 閘瓦式制動器 帶式制動器（偏心式、凸輪式、氣動式） 121 1） 摩擦制動器 122 2） 帶式制動器 偏心帶式制動器 凸輪帶式制動器 氣動帶式制動器 123 124 偏心帶式制動器 制動力特點 : o 整個行程中始終存在著制動作用 o 滑塊下行時制動力逐漸減小 o 滑塊上行時制動力逐漸加大 125 126 氣動帶式制動器： 進氣時彈簧受壓縮，制 動帶松開，排氣時彈簧拉緊制動帶，產(chǎn)生制動 作用。 氣動帶式制動器 和摩擦離合器配合使用， 可在任意角度制動曲軸，這與經(jīng)常有制動作用 的制動器相比，可降低能耗和摩擦材料的磨損。 思考：凸輪帶式制動器的工作原理 127 凸輪帶式制動器 制動力特點 : o 整個行程中始終存在著制動作用 o 滑塊下行時制動力較小且恒定 o 滑塊上行時制動力較大且恒定 氣動帶式制動器 制動力特點 : o 整個行程中始終存在著制動作用 o 平時制動力較小且恒定 o 制動工程中 (氣缸排氣 )制動力較大且恒定 128 總結(jié)： 1） 整個行程中 帶式制動器 始終存在著制動作 用，這會增加設(shè)備的能耗，加速摩擦材料 的磨損。因此該種制動器常與剛性離合器 配合用于小型壓力機。 2） 帶式制動器 的制動力是由彈簧提供的，有 彈簧的制動器比僅用氣缸制動的制動器工 作更可靠。 3） 帶式制動器 結(jié)構(gòu)簡單，散熱條件好，但制 動力矩較小，只適用于小型壓力機。 129 2.4 曲柄壓力機主要技術(shù)參數(shù)及選用 一、主要技術(shù)參數(shù) 二、曲柄壓力機的選用 130 一、主要技術(shù)參數(shù) 1、 公稱壓力 曲柄旋轉(zhuǎn)到公稱壓力角時，滑塊允許承受 的最大作用力。 2、 公稱壓力行程 曲柄從公稱壓力角旋轉(zhuǎn)至下死點時，滑塊 所走過的距離。 131 3、 最大裝模高度 裝模高度：滑塊處于下死點時，滑塊下表 面到 工作臺墊板上表面 之間的距離。 最大裝模高度：裝模高度調(diào)節(jié)裝置將滑塊 調(diào)到最高位置，且工作臺調(diào)到最低位置時 的裝模高度值。 裝模高度調(diào)節(jié)方法： 調(diào)節(jié)連桿長度 ；調(diào)節(jié)滑塊高度； 調(diào)節(jié)工作臺高度；調(diào)節(jié)偏心距（行程）。 132 133 4、 裝模高度調(diào)節(jié)量 裝模高度調(diào)節(jié)裝置所能調(diào)節(jié)的最大距離。 5、 壓力機封閉高度 當(dāng)滑塊處于下死點時，滑塊下表面到 工作 臺上表面 之間的距離。它和裝模高度之差等于 墊板的厚度。 134 注意： 模具的封閉高度： 指模具在最低工作 位置時，上模板的上表面與下模板的下表面之 間的距離。 模具的封閉高度應(yīng)與壓力機的裝模高度相 適應(yīng)，要求：模具的封閉高度 最大裝模高度 模具的存放和安裝： 在模具閉合狀態(tài) （在最低工作位置）下存放和安裝。 135 6、模柄孔尺寸 7、工作臺尺寸 8、漏料孔尺寸 9、滑塊行程、滑塊行程次數(shù) 136 137 二、設(shè)備選用（舉例說明） 1、 計算變形力 這是選擇設(shè)備噸位的主要依據(jù)，還要考慮 推料力、頂料力、卸料力 等，注意： 不同沖壓工序的力 -行程曲線； 單工位模具、復(fù)合模、連續(xù)模的力 -行程曲 線； 壓力機的許用負荷圖。 138 2、 變形能的確定（一般不考慮） 短時變形能由飛輪提供； 電機不斷給飛輪補充能量； 大致估算電機功率是否足夠。 （根據(jù)公稱壓力、公稱壓力行程、行 程次數(shù) 估算電機功率 ） 139 3、設(shè)計模具、根據(jù)變形力初選設(shè)備 有能力 ：校核變形力、變形能； 裝得上 ：校核安裝尺寸（上、下模板尺寸， 封閉高度，模柄尺寸等）； 行程夠 ：校核行程； 能漏料 ：校核漏料孔尺寸。 4、協(xié)調(diào)模具和設(shè)備，最終選定設(shè)備 140 上一章 當(dāng)前：第二章 下一章（ 2.5）