曲柄压力机工作原理

图2 Ti-10V-2Fe-3Al B-777客机起落架梁锻件
图3 俄罗斯上蕯而达冶金厂(BCMΠO) 在7.5万吨等压机上生产的钛钢锻件
图4 Wyman-Gordon 公司锻造的航空航 天、能源及军械水压机模锻件
图5 Wyman-Gordon公司2万吨多向模锻液压机 上用设备一次行程模锻的核工业用钢阀体锻件
锻压是机械制造工业的基础工艺之一，是研发、 生产各类机械装备的重要物质基础和技术基础， 。其应用范围涉及国民经济、国防工业和社会生 活的各个领域。在汽车、铁路机车车辆、电力、 石化、煤炭、冶金、航空、航天、船舶、兵器和 机械等工业部门中，至关重要的承力构件都是由 锻件制造的。
图1 Ti-6Al-4V B-747 客机主起落架支撑梁模锻 件实物图片
液压机
Y
线材成型自动 Z 机
锤
C
锻机
D
剪切机
Q
弯曲校正机 W
其他锻压设备 T
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
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
图2.3 升降台式压 力机
四、 曲柄压力机型号
JB23-63A
产品重大改进顺序号（结构和性 能的改进），第一次改进 主参数，标称压力630KN
组型系列代号，开式双柱可倾压 力机 同一型号产品的变形顺序号，第 二种变形
类代号
第二节 曲柄滑块机构的运动与受力分析
一、曲柄滑块机构的运动分析
曲柄滑块机构运动简图中， OA 是曲柄； O点是曲柄的旋转中心； AB 为连杆； A 点是曲柄和连杆的连结点； B 点为连杆与滑块的连结点； R为曲柄长度 ，也称为曲柄半径； L为连杆长度 ； λ= R/L 称为连杆系数。 通用压力机，λ一般为 0.1～0.2。
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
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
手动剪切机、板料曲线剪切机、联合冲剪机、型材棒料剪断机和其他剪切 机
板料弯曲机、型材弯曲机、校正弯曲机、板料校平机、型材校直机、板料 折压机、旋转机及其他弯曲校正机
显然，机构能够承受的变形力与曲柄转角α角有关。
g
Fg
一般小型压力机αg=30°， 大中型压力机αg=20°。
公称压力角处：
M gL
Fg .R(sin g
2
sin
2 g
)
由于设备能够承受的扭矩是恒定的，以 M gL 为 计算依据，则设备允许的最大受力：
F
M gL
R(sin g
2
sin
2 g )
35
③ 压力机的许用负荷图
• 3、操纵系统：包括离合器、制动 器及其控制装置。其作用是控制工 作机构的工作和停止。
• 4、能源系统：包括电动机和飞轮。 其作用是提供工作所用能量、储能。
• 5、支承部分：主要指机身。其作 用是把压力机所有部分连接成一个 整体。
• 6、辅助系统和装置：包括润滑系 统、顶件装置、保护装置、滑块平 衡装置、安全装置等。其作用是润 滑、保护等。
压力，随着毛坯的运动，塑性变形遍布整个锻件。
第一章 曲柄压力机
第一节 曲柄压力机的工作原理与型号分类
一、 曲柄压力机的工作原理
工作原理：电机通过 带轮和齿轮带动曲 轴，通过连杆机构， 将旋转运动转变为 滑块的往复直线运 动。
曲柄压力机运动原理图 1、电动机 2、小带轮 3、大带轮 4、中间传动轴 5、小齿轮 6、大齿轮
轧制机、冷拔机、锻造操作机、板料自动送卸料装置和专门用途的设备
从工作原理上，可以概括为 四种典型设备
(1) 曲柄压力机 。 利用曲柄连杆机构把传动部分的旋转运动变成滑块的往复
运动，工作机构依靠传动系统传递的扭矩迫使滑块给毛坯 施加压力使之产生塑性变形。 运动和载荷具有周期性 。 这类设备有热模锻压力机、拉深压力机、精压机、平锻机 、冷锻机等。
a d dv d dt d dt
d
d
Rsin
2
sin
2
2Rcos cos 2
曲柄压力机滑块位移、速度和加速度曲线
二、曲柄滑块机构受力分析
不考虑摩擦时，曲柄滑块机构受力分析
① 连杆与滑块受力分析
FAB F / cos
Q F tan
曲柄滑块机构受力简图
因 cosβ>0.95,上式简化为：
图10 等温锻压机上的金属热变形，可锻最大涡轮盘 直径Ф914mm，重量907KG
图9 美国LADISH锻造公司的1万吨等温锻压机
类别 机械压力机
锻压设备的分类
拼组 音
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Βιβλιοθήκη 1、滑块位移与曲柄转角的关系
曲柄转动时，滑块从上止点B′0 点降至下止点B0， 全行程 s = 2 R。
设曲柄转角α为 0°时滑块在下止点，曲柄逆时针 转180°时滑块在上止点，
连杆与滑块运动方向的夹角为β， 曲柄转角α与滑块行程 s的关系式为
s R1 cos 41 cos2
在实际工作中，往往根据工作行程 s ， 求出相应的曲柄转角α。
7、离合器 8、机身 9、曲轴 10、制动器 11、连杆 12、滑块 13、上模 14、下模 15、垫板 16、工作台
曲柄压力机工作原理
二、曲柄压力机的基本组成
• 1、工作机构：由曲轴、连杆、滑 块等零件组成。其作用是将曲轴的 旋转运动转变为滑块的直线往复运 动，由滑块带动模具工作。
• 2、传动系统：包括带传动和齿轮 传动等机构。其作用是能量传递、 速度转换。
图6 Wyman-Gordin公司美制3.5万吨立式挤压机(挤厚壁钢管的最大 外径Ф1219mm最大壁厚178mm，长度为3-14m，可挤棒材直径Ф152-
812mm)
图7 俄罗斯ВСМПО7.5万吨(750MN)模锻液压机 （工作台16 x 3.5 m,12缸8柱上传动）
图8 法国AD公司6.5万吨多向模锻液压机(650MN) （工作台6x 3.5 m,5缸上传动加水平多缸多向锻）
（4）按连接曲柄和滑块的连杆数分：单点、双点和四点压力机 。 • 曲柄连杆数的设置主要根据滑块面积的大小和吨位而定。 • 点数多，滑块承受偏心负荷能力大。
• （5）按工作台结构不同可分为可倾台式（图2-1）、固定 台式（图2-2）、升降台式（图2-3）。
图2.1 开式双柱可 倾压力机
图2.2 单柱固定台 式压力机
三、曲柄压力机分类
⑴ 按机身结构分 --- 开式、闭式
⑵ 按曲柄形式分
曲轴式 曲拐轴式
偏心轴式 偏心齿轮式
⑶ 按压力机滑块数量分----- 单动、双动、三动 • 目前，单动压力机使用最多，双动和三动压力机主要用
于拉深工艺。
（a）单动压力机 （b）双动压力机 （c）三动压力机 1---凸轮 2---工作台
F
M
gL
sin
sin
2
1
R
2
注意： ● 在公称压力行程以外， 压力机能够承受的力小于公 称压力； ● 在公称压力行程以内， 模具工艺力也不能大于公称 压力； ● 把许用负荷图作为选择 设备的依据。若缺乏许用负 荷图，应使设备在公称压力 及公称压力行程范围内工作。
(2) 液压机 它是以 液体作为工作介质，利用帕斯卡原理，使执行机构
产生巨大的静压力的锻压机器。 (3) 锻锤 利用工作部分在行程中所积蓄的动能对锻件进行打击，使
锻件获得塑性变形。 它属于冲击载荷的锻压机器。 (4) 旋转式锻压机 。 它是利用 碾压原理 ，使执行机构对毛坯局部产生 持续的
2、 滑块速度与曲柄转角的关系
d2R s ds ds d
dt
dt d dt
Rsin sin 2
2
ω-曲柄角速度
滑块的运动速度也就是材料 的拉深速度。
拉延工艺的合理速度范围
材料
最大拉延速度 mm/s
钢
不锈钢
铝
400
180
890
硬铝 200
黄铜
铜
1020
760
3、 滑块加速度与曲柄转角的关系
FAB F
Q F sin
② 曲轴受扭矩分析
（b）
曲轴受力简图
M L FAB OD
OD Rsin sin 2
2
ML
FR s in
2
sin
2
上述分析表明：
● 变形力F 一定时，α角越大，则曲轴所受 的扭矩 M L 越大，压力机易闷车。
● 当 M L 一定时，机构能够承受的变形力随 α角的减小而增加。即在α=0时机构能够 承受的变形力最大。