材料成形设备及控制10章螺旋压力机课件.ppt

1、1.螺旋压力机的工作原理原理：原理：采用螺旋机构传递飞采用螺旋机构传递飞轮能量。通过摩擦、液压或轮能量。通过摩擦、液压或电机直接驱动等传动装置使电机直接驱动等传动装置使飞轮加速转动以积蓄能量，飞轮加速转动以积蓄能量，同时，由螺旋副将飞轮的旋同时，由螺旋副将飞轮的旋转运动转化为滑块的上、下转运动转化为滑块的上、下直线运动。直线运动。螺旋压力机是用螺杆螺母作螺旋压力机是用螺杆螺母作为传动机构并靠螺旋传动将为传动机构并靠螺旋传动将飞轮的正反向回转运动转变为飞轮的正反向回转运动转变为滑块的上下往复运动的锻压机滑块的上下往复运动的锻压机械。械。10.110.1螺旋压力机的分类及参数螺旋压力机的分类及参数

2、g结构组成：结构组成：图图10-3 3000kN10-3 3000kN双盘摩擦压力机双盘摩擦压力机结构图结构图1 1、机身、机身2 2、滑块、滑块 3 3、螺杆、螺杆 4 4、斜压板、斜压板 5 5、缓冲圈、缓冲圈 6 6、拉紧螺栓、拉紧螺栓 7 7、飞轮、飞轮 8 8、传动带、传动带 9.119.11、摩擦盘、摩擦盘 1010、传动轴、传动轴 1212、锁紧螺母、锁紧螺母 1313、轴承、轴承 1414、支臂、支臂 1515、上横梁、上横梁 1616、制动装置、制动装置 1717、卡板、卡板 1818、操纵装置、操纵装置 1919、拉杆、拉杆 2020、顶料器座、顶料器座设备工作特征：设备工

3、作特征：无固定下死点，对较大的模锻件可多次打击成无固定下死点，对较大的模锻件可多次打击成形，可进行单打、连打和寸动。打击力与工件的变形，可进行单打、连打和寸动。打击力与工件的变形量有关，变形大时打击力小，变形小形量有关，变形大时打击力小，变形小(如冷击如冷击)时时打击力大，与锻锤相似。打击力大，与锻锤相似。它的滑块速度低它的滑块速度低(约约0.50.5米米/秒，仅为锻锤的秒，仅为锻锤的1/10)1/10)，打击力通过机架封闭，故工作平稳，振动比锻锤，打击力通过机架封闭，故工作平稳，振动比锻锤小得多，不需要很大的基础。小得多，不需要很大的基础。装有打滑保险机构，将最大打击力限制在公称装有打滑保险

4、机构，将最大打击力限制在公称压力的压力的2 2倍以内，以保护设备安全。倍以内，以保护设备安全。分类：分类：按传动机构的类型可以分为：按传动机构的类型可以分为：摩擦式、电动式、摩擦式、电动式、液压式、离合器式。液压式、离合器式。按螺旋副的工作方式分为按螺旋副的工作方式分为螺杆直线运动式、螺杆旋螺杆直线运动式、螺杆旋转运动式和螺杆螺旋运动式转运动式和螺杆螺旋运动式三大类。三大类。按螺杆数量分为按螺杆数量分为单螺杆、双螺杆和多螺杆式。单螺杆、双螺杆和多螺杆式。按工艺用途分为粉末制品压力机、万能压力机、冲按工艺用途分为粉末制品压力机、万能压力机、冲压用压力机、锻压用压力机等。压用压力机、锻压用压力机等

5、。按结构形式分为按结构形式分为有砧座式和无砧座式有砧座式和无砧座式等。等。1 1、机架、机架 2 2、滑块、滑块 3 3、电动机、电动机 4 4、螺、螺杆杆5 5、螺母、螺母 6 6、带、带 7 7、摩擦盘、摩擦盘 8 8、飞轮、飞轮 9 9、操纵气缸、操纵气缸 1010、大齿轮、大齿轮(飞轮飞轮)1111、小齿轮、小齿轮 1212、液压马达、液压马达 1313、液压缸、液压缸 1414、电动机定子、电动机定子 1515、电动机转子、电动机转子(飞轮飞轮)1616、回程缸、回程缸 1717、离合器、离合器图图10-4螺旋压力机的传螺旋压力机的传动类型动类型图图10-5 10-5 螺旋副的工作方

6、式螺旋副的工作方式10.2.1 摩擦压力机摩擦压力机工作原理：工作原理：电动机通过摩擦电动机通过摩擦盘带动飞轮轮缘盘带动飞轮轮缘而使飞轮旋转。而使飞轮旋转。双盘式摩擦压力双盘式摩擦压力机应用最广。机应用最广。特点：特点：动作较快，可使动作较快，可使滑块停在行程内滑块停在行程内的任意位置，一的任意位置，一旦超负荷时，只旦超负荷时，只引起飞轮与摩擦引起飞轮与摩擦盘之间的滑动，盘之间的滑动，而不致损坏机件而不致损坏机件。1 1、分配阀液压缸、分配阀液压缸 2 2、分配阀分配阀 3 3、液压缸液压缸 4 4、活塞活塞 5 5、操纵手柄操纵手柄 6 6、拨叉拨叉 7 7、曲杆曲杆 8 8、操纵杆操纵杆

7、9 9、控制杆控制杆 1010、上碰块上碰块 1111、上行程限位板上行程限位板 1212、下行程限位板下行程限位板1313、下碰块下碰块 1414、弹簧弹簧 1515、压力计压力计 1616、溢流阀溢流阀 1717、液压泵液压泵 1818、电动机电动机 1919、油箱油箱图图10-6 摩擦压力机操纵系统原理图摩擦压力机操纵系统原理图图图4-6 J53-2500T4-6 J53-2500T双盘螺旋摩擦压力机双盘螺旋摩擦压力机图图4-7 FPRN4-7 FPRN系列摩擦螺旋压力机系列摩擦螺旋压力机1 1、7 7、手轮手轮2 2、6 6、气缸气缸 3 3、5 5、摩擦盘摩擦盘 4 4、横轴横轴 8

8、 8、飞轮飞轮 9 9、主螺杆主螺杆 1010、主螺母主螺母1111、滑块滑块 1212、机身机身图图4-8采用气动操纵系统的摩擦压力机采用气动操纵系统的摩擦压力机10.2.2 气动摩擦压力机气动摩擦压力机10.2.3 电动螺旋压力机电动螺旋压力机工作原理：工作原理：压力机的工作是压力机的工作是靠转子和定子之间的靠转子和定子之间的磁场产生的力矩，驱磁场产生的力矩，驱动转子动转子(飞轮飞轮)正、反转，正、反转，通过主螺旋副的螺旋通过主螺旋副的螺旋运动，使滑块完成工运动，使滑块完成工作循环。作循环。图图4-14 4-14 电动螺旋压力机电动螺旋压力机1 1、主螺杆、主螺杆 2 2、导套、导套 3

9、3、制动器、制动器 4 4、转子转子 5 5、电动机定子、电动机定子 6 6、风机、风机图图4-15 J584-15 J58系列电动螺旋压力机系列电动螺旋压力机F J58 J58系列电动螺旋压力机系列电动螺旋压力机是一种工艺适用性极强的锻压是一种工艺适用性极强的锻压设备。它既能用于热锻，又能设备。它既能用于热锻，又能用于精锻、精整；既能适用于用于精锻、精整；既能适用于不锈钢复底锅压力焊接工艺，不锈钢复底锅压力焊接工艺，又能适用于钛合金叶片及其他又能适用于钛合金叶片及其他叶片的精密锻造。具有结构简叶片的精密锻造。具有结构简单、体积小、传动链短、操作单、体积小、传动链短、操作便捷、运行安全、维修工

10、作量便捷、运行安全、维修工作量小的特点，该机打击能量可准小的特点，该机打击能量可准确设置，打击力有显示，可根确设置，打击力有显示，可根据成型精度调节能量、打击力据成型精度调节能量、打击力，以减少模具的机械应力和热，以减少模具的机械应力和热接触时间，延长模具寿命。接触时间，延长模具寿命。结构组成：结构组成：电动机定子电动机定子5 5，安装在机身上，而电动机的转子，安装在机身上，而电动机的转子4(4(即即为飞轮为飞轮)与主螺杆上端相连，二者均为圆筒形。转子高与主螺杆上端相连，二者均为圆筒形。转子高度为滑块行程加定子高度，由低碳铸钢制成，结构简单、度为滑块行程加定子高度，由低碳铸钢制成，结构简单、加

11、工容易，可靠性好。压力机的工作是靠转子和定子之加工容易，可靠性好。压力机的工作是靠转子和定子之间的磁场产生的力矩，驱动转子间的磁场产生的力矩，驱动转子(飞轮飞轮)正、反转，通过正、反转，通过主螺旋副的螺旋运动，使滑块完成工作循环。主螺旋副的螺旋运动，使滑块完成工作循环。特点：特点：传动环节少、容易制造、操作方便、冲压能量稳定。传动环节少、容易制造、操作方便、冲压能量稳定。与同吨位摩擦压力机相比，每分钟行程次数提高了与同吨位摩擦压力机相比，每分钟行程次数提高了2 23 3倍，不必经常更换磨损件，近年来增长很快，并向大型倍，不必经常更换磨损件，近年来增长很快，并向大型化发展。化发展。F 数控电动螺

12、旋机：数控电动螺旋机：打击能量可精确设置，成形精度高，打击能量可精确设置，成形精度高，制件公差小，适合于精密锻造。制件公差小，适合于精密锻造。模具载荷减轻，比摩擦压力机模具模具载荷减轻，比摩擦压力机模具寿命明显提高。寿命明显提高。电耗降低，结构简单，故障率低，电耗降低，结构简单，故障率低，易于维护，无液压驱动单元，使用维护易于维护，无液压驱动单元，使用维护费用明显减少。费用明显减少。可进行程序锻造，主机能自动按预可进行程序锻造，主机能自动按预先设置的每工步打击能量运行。先设置的每工步打击能量运行。打击后，滑块还可在下死点停顿，打击后，滑块还可在下死点停顿，停顿时间能预先设置，以适应某些工艺停顿

13、时间能预先设置，以适应某些工艺的要求。的要求。由于采用了变频驱动，不会对工厂由于采用了变频驱动，不会对工厂电网产生冲击和影响其它设备运行。电网产生冲击和影响其它设备运行。行程高度方便调整，回程位置准确行程高度方便调整，回程位置准确安装了自主研发的吨位指示器，精确控安装了自主研发的吨位指示器，精确控制打击力，保护主机不致超载。制打击力，保护主机不致超载。图图4-16 4-16 数控电动螺旋机数控电动螺旋机10.2.4 液压螺旋压力机液压螺旋压力机特点：特点：工作速度较高，生产率较高。工作速度较高，生产率较高。便于采用能量预选和工作过程的数控，操便于采用能量预选和工作过程的数控，操作方便，容易实现

14、压力机以最佳的能耗工作。作方便，容易实现压力机以最佳的能耗工作。成本较高，一般液压螺旋压力机都为较大成本较高，一般液压螺旋压力机都为较大型设备。型设备。液压螺旋压力机液压缸传动式压力机液压马达传动式压力机螺旋运动液压缸式压力机直线运动液压缸式压力机分类：分类：1 1、液压马达、液压马达-齿轮式液压螺齿轮式液压螺旋压力机：旋压力机：它的飞轮是一个大齿轮它的飞轮是一个大齿轮5 5，由若干个带小齿轮由若干个带小齿轮6 6的液压的液压马达马达7 7驱动，使之正转或反驱动，使之正转或反转，从而带动主螺杆转，从而带动主螺杆3 3滑块滑块2 2上、下运动，完成工作循环。上、下运动，完成工作循环。大齿轮的厚度

15、等于小齿轮的大齿轮的厚度等于小齿轮的厚度加上滑块行程，因此，厚度加上滑块行程，因此，飞轮的结构尺寸很大。若干飞轮的结构尺寸很大。若干个液压马达均匀分布在飞轮个液压马达均匀分布在飞轮的圆周上，并固定在压力机的圆周上，并固定在压力机的机身上。高压油由液压泵的机身上。高压油由液压泵蓄能器供给。蓄能器供给。工作原理：工作原理：图图4-11 4-11 液压马达液压马达-齿轮式液压螺齿轮式液压螺旋压力机示意图旋压力机示意图1 1、拉杆、拉杆 2 2、滑块、滑块 3 3、主螺杆、主螺杆 4 4、主螺母、主螺母 5 5、大齿轮、大齿轮 6 6、小齿轮、小齿轮 7 7、液压马达、液压马达2 2、螺旋液压缸式液压

16、螺旋压、螺旋液压缸式液压螺旋压力机：力机：飞轮飞轮7 7的上方与主螺杆的上方与主螺杆8 8同同轴串联着副螺旋副，其导程轴串联着副螺旋副，其导程和旋向与主螺旋副相同，副和旋向与主螺旋副相同，副螺母螺母4 4在支座上固定不动。副在支座上固定不动。副螺杆螺杆2(2(即为活塞杆即为活塞杆)下端与飞下端与飞轮轮7 7连接，上端为活塞连接，上端为活塞1 1。高。高压油进入液压缸压油进入液压缸3 3上腔作用在上腔作用在活塞上时，活塞与副螺杆便活塞上时，活塞与副螺杆便相对副螺母下行并作螺旋运相对副螺母下行并作螺旋运动，带动飞轮与主螺杆同步动，带动飞轮与主螺杆同步运动，同时飞轮加速积蓄能运动，同时飞轮加速积蓄能

17、量。当液压缸上腔排油、下量。当液压缸上腔排油、下腔进油时，推动主、副螺杆腔进油时，推动主、副螺杆反向做螺旋运动，于是滑块反向做螺旋运动，于是滑块被提升回程。被提升回程。图图4-12 4-12 副螺杆式液压螺旋压力机传动副螺杆式液压螺旋压力机传动部件结构图部件结构图1 1、活塞、活塞 2 2、副螺杆、副螺杆 3 3、液压缸、液压缸 4 4、副螺母、副螺母 5 5、支座支座 6 6、尼龙十字形联轴节、尼龙十字形联轴节 7 7、飞轮、飞轮 8 8、主螺杆、主螺杆3 3、直动式液压缸式液压、直动式液压缸式液压螺旋压力机：螺旋压力机：机身两侧装有两个液压缸机身两侧装有两个液压缸3 3，其活塞杆与滑块铰接

18、。当，其活塞杆与滑块铰接。当高压油进入液压缸上腔，作用高压油进入液压缸上腔，作用在活塞上时，便推动滑块向下在活塞上时，便推动滑块向下运动，带动主螺旋副运动，使运动，带动主螺旋副运动，使飞轮旋转并积蓄能量。当高压飞轮旋转并积蓄能量。当高压油进入液压缸下腔，而上腔排油进入液压缸下腔，而上腔排油时，滑块便被提升回程。直油时，滑块便被提升回程。直动液压缸式螺旋压力机结构简动液压缸式螺旋压力机结构简单，制造容易，动作可靠，但单，制造容易，动作可靠，但主螺旋副在工作中磨损较严重，主螺旋副在工作中磨损较严重，设备的传动效率也较低。设备的传动效率也较低。图图4-13 4-13 直动液压缸式液压螺旋压力机直动液

19、压缸式液压螺旋压力机1 1、飞轮、飞轮 2 2、主螺杆、主螺杆 3 3、液压缸、液压缸 4 4、活塞、活塞 5 5、滑、滑块块10.2.5 离合器式螺旋压力机离合器式螺旋压力机优点：优点：打击能量高打击能量高 闷模时间短，模具使用寿命长闷模时间短，模具使用寿命长 抗偏载能力强抗偏载能力强 生产效率高、节省能源。生产效率高、节省能源。缺点：缺点：机器结构十分复杂，既有机械离合器传动，又有机器结构十分复杂，既有机械离合器传动，又有用于滑块回程的液压传动。用于滑块回程的液压传动。在锻击和回程时，主螺杆和螺母的螺牙为同一受在锻击和回程时，主螺杆和螺母的螺牙为同一受力面，润滑液不易补充，导致螺母螺牙容易

20、磨损。力面，润滑液不易补充，导致螺母螺牙容易磨损。图图4-18 J554-18 J55系列离合器式螺旋压力机系列离合器式螺旋压力机 1、工作过程 1）飞轮由电动机通过皮带驱动，总朝一向个方向旋转；2）向下行程时，由液压推动离合器接合，带动螺杆转动，通过固定在滑块上的螺母使滑块向下运动，进行打击；3）离合器接合后，飞轮转速逐渐下降，当飞轮转速降到一定数值时离合器脱开，飞轮继续沿原方向旋转，并逐渐恢复速度；4）打击完成后，液压回程缸推动滑块上行，完成一个工作循环。2、打击力的控制 高能螺旋压力机一次打击能量不是飞轮的全部动能，通常设计为飞轮转速降12.5时所释放的能量。该种螺旋压力机属于压力限定型

21、设备，当出现下列情况时打击过程将结束：1）打击力增大到给定数值时，摩擦离合器打滑，螺杆很快停止运动。打击力可通过控制离合器缸的油压来设定；2）滑块行程达到给定数值时，位移传感器发出信号控制杠杆系统使离合器脱开。3、特点 1）从动件惯性小，冷击时不会产生惯性螺旋压力机那样的冷击力；2）向下空程速度快，打击过程以飞轮同步速度快速完成；3）打滑时间短，换向速度快，闷模时间短（为10-20ms）；4）打击能量高，能保证在任意位置的能量发挥；5）根据螺旋副力矩与力的关系，螺杆上的作用力与打滑力矩相对应。离合器出现打滑时，打击过程即告结束。4、打击过程的三个阶段 1）离合器出现打滑之前是它的主要工作阶段，

22、打击性质同惯性螺旋压力机一样，但允许释放的能量不同；2）离合器打滑阶段和具有打滑飞轮的惯性螺旋压力机打滑阶段的情形一样，打滑阶段很短促，仅形成一个过渡；3）离合器脱开后，从动部分尚有部分动能，由于从动部分惯量较小，相当一台小的惯性螺旋压力机进行打击，打击强度不大即结束了打击过程，在冷击时不会产生惯性螺旋压力机那样的冷击力。可见这两种设备的工作特性截然不同。10.2.6 螺旋压力机的工艺特性螺旋压力机的工艺特性 螺旋压力机的工作特性与锻锤相同，工作时依靠冲击螺旋压力机的工作特性与锻锤相同，工作时依靠冲击动能使工件变形，工作行程结束时滑块速度减小为零。动能使工件变形，工作行程结束时滑块速度减小为零

23、。螺旋压力机的工艺适应性好，可用于模锻及各类冲压螺旋压力机的工艺适应性好，可用于模锻及各类冲压工序。工序。螺旋压力机的滑块行程不固定，下止点可改变，工作螺旋压力机的滑块行程不固定，下止点可改变，工作时压力机模具系统沿滑块运动方向的弹性变形，可由螺杆时压力机模具系统沿滑块运动方向的弹性变形，可由螺杆的附加转角得到自动补偿，实际上影响不到制件的精度。的附加转角得到自动补偿，实际上影响不到制件的精度。适用于精锻、精整、精压、压印、校正及粉末冶金压适用于精锻、精整、精压、压印、校正及粉末冶金压制等工序。制等工序。10.3 螺旋压力机的力能关系一、螺旋压力机工作时的能量转化 设备运动部分的动能：飞轮、螺

24、杆、滑块的平动动能+飞轮、螺杆的转动动能。打击结束时，滑块速度为零，打击能量转化为：工件变形功、设备及模具弹性变形功、摩擦功。Wd工件变形功；Wt受力件变形功；Wm摩擦损失功10.310.3螺旋压力机的力能关系螺旋压力机的力能关系E=Et+Ed+EmEd 工件变形能Et受力零件弹性变形能（螺杆、螺母、机身等零件因受力变形吸收的弹性变形能。）Em摩擦损耗能（锻击时在螺旋副和滑块内踵片所消耗的摩擦能）10.310.3螺旋压力机的力能关系螺旋压力机的力能关系Wd=E-（Wt+Wm）Fmax：冷击力（：冷击力（没没有毛坯，模具对模有毛坯，模具对模具直接打击的力）具直接打击的力）螺旋压力机是能螺旋压力机

25、是能量限定设备量限定设备FWt21FC CFWt22EWm 1EWm15.02.0gFF0.20.1对于变形量大，需要压力较对于变形量大，需要压力较小的锻件，压力机能给出较小的锻件，压力机能给出较大的塑性变形能，产生较小大的塑性变形能，产生较小的打击力；的打击力；对于变形量小、薄壁的锻对于变形量小、薄壁的锻件（如叶片），压力机则给件（如叶片），压力机则给予较小的变形能，但能产生予较小的变形能，但能产生较大的打击力。较大的打击力。螺旋压力机绝对禁止在飞轮螺旋压力机绝对禁止在飞轮全能量下进行冷击全能量下进行冷击 螺旋压力机模锻时负荷图螺旋压力机模锻时负荷图(a)理想状态理想状态(b)欠锻状态欠锻状态(c)过锻状态过锻状态 对中小型螺旋压力机，通常在工作台上对中小型螺旋压力机，通常在工作台上加垫板，减小滑块的行程来减小打击能加垫板，减小滑块的行程来减小打击能量量 大型螺旋压力机都有大型螺旋压力机都有能量调节装置，如控能量调节装置，如控制滑块位移式，控制制滑块位移式，控制滑块位移速度式以及滑块位移速度式以及控制时间式控制时间式10.310.3螺旋压力机的力能关系螺旋压力机的力能关系10.310.3螺旋压力机的力能关系螺旋压力机的力能关系 1.300T以下工作台上加垫板；2.大型螺旋压力机专门装有能量调节装置 3.最大打击力与最大打击能量二者不可兼得