第1章 锻压设备

1．2．4 Biblioteka 械锤机械锤包括由弹性、刚性和挠性连接所组成的各种机械传动 的锤。 弹簧锤
用于弹性连接的锤；
夹板(杆)锤
属于刚性连接的锤。
用带或链条的锤
属于挠性连接的锤。
图1—5为机械锤简图。
图1—5 机械锤简图
1．2．5 液压锤
液压锤
是以液压油作为工作介 质，利用液压能工作的 锤。
两种驱动形式(见图1— 6)：
第1章 锻压设备
锻造：
用锤击或压制的方法对坯料施加压力，使之产生塑性变形的金属 塑性加工方法称锻造。
冲压：
室温下在压力机上用凹模和凸模将薄板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。
锻压：
锻造和冲压简称为锻压。
锻压生产常用设备大致分为
加热设备、锻压成形设备和锻压生产辅助设备。
相反，若气缸上腔进气，下腔排气，作用在落下部分的合 力Fd方向向下，则落下部分在Fd的作用下向下运动。此时 作用在落下部分的力满足式(1—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 打击能量在打击过程中大部分转化为锻件的塑性变形功。
1．2．2．2 蒸汽一空气自由锻锤
蒸汽一空气自由锻锤
(4)连续打击。
锤头连续打击工件。这是自由锻工艺中拔长(延伸)工序所要求的。
1．2．2．3 蒸汽-空气模锻锤
完成模锻工艺的蒸汽一空气锤称蒸汽一空气模锻锤。 结构如图1—3所示。
气缸固定在立柱上， 两根立柱用带弹簧的斜置螺栓和调节楔牢固地连接到砧座上。
工作方式：
通过脚踏板操纵配气阀的运动，以实现模锻锤的各种动作。
它是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。 因此，曲柄压力机属于压力作用的机器。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。
(3)液压机。
它是以液体(油或水)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。 例如，水压机、油压机。
本章介绍的主要是锻压成形设备。
1.1 锻压设备分类
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 备按工艺用途分成八大类。 用汉语拼音字母表示。 每类分为多组，每组又分为若干型。 类和组的具体分法见表1—1。
表1-1 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
1.2.2.1 蒸汽一空气锤的工作原理
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
若气缸1的下腔进气，上腔排气；锻锤的落下部分所受的作用力合 力Fu方向向上时，则落下部分在Fu的作用下向上运动。此时作用 在落下部分的作用力必须满足式(1—4)：
锻锤工作原理：
锻锤是一种能量限定型设备，其工作原理为，在锤头碰到锻件后 的极短时间内(千分之几秒)，落下部分(锤头)将向下行程中积蓄的 动能释放，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：
压力机类锻压设备是靠静压力或准静压力使锻件变形。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 压力小于锻件变形力时，即使加压多次也不能成形。 锻锤则是靠工作部分动能的瞬时释放使锻件变形，当锻件每次打 击的有效能量小于锻件变形所需能量时，仍可采用多次打击完成 锻件变形的任务，而且变形速度快，对于不同类别的锻件适应性 强，特别适合于中小批量的生产厂使用。
(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 的压力，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。
1.2 锻锤
锻锤：
利用蒸汽或液压等传动机构使落下部分(活塞、锤杆、锤头、上砧 (模块))产生运动并积累动能，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。
蒸汽一空气锤、 空气锤、 机械锤、 液压锤。
1．2．2 蒸汽-空气锤
蒸汽-空气锤
是以蒸汽或压缩空气作为能量传递物(工作介质)，故称 为蒸汽-空气锤。 是目前锻造车间最常用的锻造设备之一。
根据工艺用途不同，可分为
自由锻锤； 模锻锤。
蒸汽-空气锤所使用的
蒸汽压强为0．7～0．9 MPa， 压缩空气压强为0．6～0．8 MPa。
1．2．1 锻锤的工作特性
1．2．1．1 锻锤的打击能量：
锻锤的规格通常以落下部分重量来表示，但因它是限 能性设备，其确切的性能参数应是打击能量E0(J)，对有 砧座锤为：
1．2．1．2 锻锤的打击力
锻锤是限能量的锻压设备，它的主要性能参数是落下部分的打击 能量。 但是，对其可能产生的打击力亦应有其度量准则，以满足锻锤零 件的强度校核、模具承压面的确定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 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，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。 为简化计算，假设在打击加载阶段打击力为一不变的常力，称为 平均打击力，应用冲量原理可以求知这一平均打击力。 有砧锻锤打击力P可按式(1—3)计算
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 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
•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。 •锻造时不能以最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。
锻锤的种类很多：
目前，我国尚在发展和应用这种液压锤。
快速纯液压模锻锤：
德国20世纪80年代后期出现。 工作特点：
液压缸下腔通常压；上腔进油，锤头下降和进行锻击，上腔排油，锤 头提升。
这种纯液压锤已逐渐取代了气液模锻锤。
1．3 曲柄压力机
1．3．1 曲柄压力机工作原理及结构 组成
锻锤的特点：
锻锤工艺适应性好，结构简单，是现今锻造生产的主要设备。 此类设备由于存在振动大、噪声高的特点，使得大吨位锻锤的开 发和使用受到限制。 而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 中、小吨位锻锤。 大吨位的锻锤则用对击锤等设备代替。 现今我国蒸汽-空气锤限制在16 t以下，对击锤打击能量发展到1000 kJ。
按打击特性分：
有对击锤和有砧座锤；
按工艺用途分：
有自由锻锤、模锻锤和板料冲压锤；
按向下行程时作用在落下部分的力分：
又可分为单作用锤和双作用锤。
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 用，故打击能量较大。
常按驱动机构的特征分，有：
用于进行自由锻造和胎模锻造工艺，是生产中 小型自由锻件的主要设备。 它的落下部分质量一般为0．5～5 t。 一般比0．5 t小的锻锤被空气锤代替，比5 t大的 水压机代替。
蒸汽-空气自由锻锤的结构形式
可分为三种：
单柱式、双柱式和桥式。
单柱式：
由于锤身只有一个立柱，可以从三个方面操作，操作空间大，其 落下部分质量范围为0．5～1 t。 一般用于锻造小型件。
(4)砧座与落下部分质量比例不同。
为了减小打击时砧座本身的弹跳和下沉以及提高打击效率，同吨位的模锻锤采用 比自由锻更大的砧座。自由锻锤的砧座质量一般为落下部分的10～15倍，而模锻 锤为20～30倍。
1．2．3 空气锤
空气锤的使用范围：
既可以进行自由锻造，又可以进行胎模锻造。 适用于中小锻件的生产。 它是由电动机直接驱动，安装投资费用较低。
双柱式蒸汽一空气自由锻锤：
锤身由两个立柱组成拱门形状，锤身比较稳固。 只能从前后操作，这种结构形式的锻锤落下部分质量范围为1～5 t，用来锻造中型锻件，使用最为广泛，如图13—2所示。
双柱桥式蒸汽一空气自由锻锤：
锤身由两个立柱和横梁连接成桥型框架，砧座周围空间大，便于 操作，落下部分质量在3～5 t之间。
(2)操纵机构不同。
模锻锤采用脚踏板操纵。一般情况下，模锻工同时司锤和操作锻件。脚踏板可同 时带动滑阀和旋阀一起动作。 自由锻锤由司锤通过手柄得到各自不同的工作循环，司锤和操作锻件各由专人负 责。
(3)工作循环不同。
自由锻锤有单打、连打、悬空和压下四种工作循环， 而模锻有摆动、连续的重打和轻打三种工作循环。
纯液压驱动； 气液驱动。
图1—6液压锤工作原理图 a一纯液压式；b一气液式
气液驱动锻锤：
工作原理：
在工作前，先向气腔一次充入定量高压气体(氮气或压缩空气)。借助 于下腔液压力的改变，对定量的封闭气体进行反复地压缩蓄能和膨胀 做功，使锤头得到提升和快速下降进行锻击。
工作特点：
油腔进油，锤头提升； 油腔排油，锤头快速下降并进行锻击。
各种工作循环：
模锻锤有摆动循环、重打和轻打三种工作循环方式， 通过操纵系统控制配气阀的进排气方向和气量大小来体现。
蒸汽一空气模锻锤与自由锻锤的相同之处：
采用相同的工作介质； 在结构和动作原理上有许多相同之处。例如，其结构仍由落下部 分、气缸、配气机构、锤身(机架)、砧座等部分组成。
图13—3蒸汽一空气模 锻锤
工作原理：
如图1—4所示，空气锤有工作缸和压缩缸，两缸之间由 旋阀连通。 其工作介质也是压缩空气，它在压缩活塞和工作活塞 之间仅起柔性连接作用。 电动机通过减速机构带动曲拐轴旋转，驱动压缩活塞 做上下往复运动，使被压缩的空气经旋阀进入工作缸 的上腔或下腔，驱使落下部分做上下运动进行打击或 回程。
图13—4空气锤的结构和工作原理 a一外部结构；b一工作原理 1一踏杆；2一砧座；3一砧垫；4一下砧；5一上砧；6一锤杆；7一工作缸；8一 下旋阀；9一上旋阀；10一压缩缸； 11一手柄；12一锤身；13一减速器；14一 电动机；15一工作活塞；16一压缩活塞；17一连杆；18一曲柄
(2)锤头压下。
通过操纵机构使气缸下腔蒸汽慢慢地排出，让锤头平稳地下落， 然后使气缸上腔进入蒸汽，对锤头产生压力，压住锻件。这是完 成弯曲和扭转工序所需要的。
(3)单次打击。
又称为重击，这通过操纵机构使气缸上腔在整个向下行程中都是 进气，下腔都是排气来达到，所以单次打击的打击能量较大。这 种打击是镦粗工艺所要求的。
锻机
D
工作原理
从工作原理上，我们可以概括为四种典型设备进行研究。 (1)锻锤。
一般用气体作为工作介质，将储藏在气体分子中的内能转换成执 行机构的动能，利用碰撞原理，产生巨大的冲击力使毛坯产生塑 性变形。 因此，它属于冲击载荷的锻压机器，如空气锤、蒸汽一空气锻锤、 电液锤、高速锤等。
(2)曲柄压力机。
1一砧座；2一模座；3 一下模；4一立柱，5 一导轨；6一锤杆；7活塞；8一气缸；9一 保险杠；l0-滑阀； 11一节气阀；12一气 缸底板；13-曲杆；14 一杠杆；15—锤头； 16一踏板
蒸汽-空气模锻锤与自由锻锤的不同
(1)结构不同。
由于模锻过程要求上、下模对准，所以模锻锤的立柱必须安装在砧座上。 模锻件常常由几个模膛锻造，力为偏心载荷，尤其在终锻工序，锻击力很大。 为了承受偏心打击时的侧向分力，把立柱、砧座以及气缸用带弹簧的螺钉连成刚 性机架，从而增加了刚性。 而自由锻锤立柱与砧座为两体。
图13—2双柱式蒸汽一空气锤 1—气缸；2一锤杆；3一立柱；4一导轨；5一锤头；6一上砧 块；7一砧垫；8一砧座；9一基础底板；10一下砧块；11一旋 阀手柄；12一滑阀手柄；13一排气口；14一进气口
自由锻锤的各种工作循环
(1)锤头上悬。
通过操纵机构使气缸下腔气体的压力平衡落下部分的重量，于是 锤头就在上死点位置微动。这是满足更换模具、取件、放件的要 求。