冲压机械基础知识Word文档格式.docx

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空气摩擦式制动器是通过弹簧力进行制动，通过压缩空气来解除制动。

如果压力机的离合器和制动器是分开工作的，则必须设定适当的时间滞后而不需要两者同时工作。

横梁的下方安有平衡汽缸，通过空气压力使滑块，连杆和上型重量得到平衡，并使得滑块的上下运动圆滑进行。

立柱是在横梁和底座之间保持间隔的隔板，是同时引导滑块上下运动的，在立柱的内面装有被称为滑块凹字楔的滑块导向面，滑块以该凹字楔为引导而上下滑动。

滑块衬板和凹字楔的间隔必须用调整螺栓调整到0.1-0.15mm左右的范围。

利用立柱内部的空间，储藏了操作用电气设备和配管配线等。

底座是压力机下方的机架，支撑住整个压力机的重量。

压力机在作业时对底座加以巨大的压力，受此压力底座会产生挠曲，如果该挠曲很大，金属型发生变形而对产品带来恶劣影响，因此该底座必须具有充分的刚性。

在底座的上部有装配下型的型台，称为垫板。

在底座的中央通常内置有模垫。

二战前的主要使用的模垫仅限于防皱压板，中小型机则基本上不使用，随着人们广泛认识到模垫对有效利用压力机起到相当大的作用，到现在就连小型的拉深压力机都装上这种装置了。

模垫多使用气动式和液压气动式这两种类型，其工作能力也不断得到加强。

以前的标准是将压力机能力的1/6作为模垫的能力，最近由于需要进行复杂的加工，制造出的装置达到了前述的1/3。

现在的模垫一般都配置一种返回装置，该装置是在拉深加工结束的下止点处，使模具缓冲垫临时停止，在滑块稍微上升一段后，又使其上升；

在顶出制品用的锁闭装置或滑块经过下止点后稍微上升一段并进行了顶出作业后，在模垫行程上限处停止一段时间，然后再把垫退回到原来的位置。

此外，还开发了一种行程调整装置，该装置通过按钮可以简单地对模垫的行程进行调整，也不需要因为金属型不同而频繁更换顶杆。

滑块是在其下面安装了上型，作为立柱的凹字楔在上下滑动部分将厚钢板焊接成箱形的装置。

从电动机来的动力通过减速机构向主齿轮传递，再通过偏心轮和连杆改变为上下的往复运动。

连杆的下端通过利斯顿式栓销和滑块相连接。

该连接部称为点部。

根据点部的数目分成1点，2点和4点。

点部装有根据模高度而调整闭合高度（在行程向下，调节器向上时，从底座的上面开始到滑块下面为止的高度）的螺旋装置，该调整量称为滑块调整。

滑块调整是通过安置在其内部的滑块调整用电动机使减速机适当减速之后，经过驱动轴后转动调整螺母来进行的。

滑块左右的外面连接了抗衡条，而在滑块的四个角设置了引导滑块上下运动的凹字楔的滑动面，钉上了黄铜制的衬板。

如发生了安装错误，板厚不同，以及两张粗加工薄钢板的错误进给，或者上下型之间啮入了异物时，压力机为了防止超载，一般都对点部装上液压式的超载保护装置。

在产生了最大能力的20%以上的加压力时，该装置可以卸掉液压防止过载，避免压力机主体和金属型受到破损，在启动后1-2分钟可以复原，因此可以安全使用压力机。

1-4-1曲柄机构

压力机是按照曲柄机构将旋转运动改为直线运动使滑块上下移动的，其机构的工作原理如图1-1所示。

曲柄销部以O为中心开始旋转，则连在连杆上的滑块仅按照偏心量的两倍进行上下运动，该距离称为行程。

另外滑块位于最高点以及最低点时，相应点称为上止点和下止点，在下止点前面的位置进行压力机的工作。

相对一个附有一个曲柄的称为单曲柄式，附有两个的称为双曲柄。

曲柄式压力机其机构相对简单，但曲轴变长而行程短，梁跨度变长在加压时会使曲轴折弯或扭曲，因此基本上不用于大型的钣金用压力机。

曲柄的驱动机构分为3个部分，每种都是主轴旋转。

曲轴式

曲柄机构曲轴齿轮式

偏心曲柄式

图1-1曲柄机构的工作原理

偏心曲柄式适用于短行程，使用于高速压力机或大型锻造压力机。

这种驱动机构其刚性比曲轴式要高，因此也适合冲裁作业。

图1-2曲柄驱动机构

1-4-2无曲柄机构

无曲柄就是指没有曲柄，确实该压力机是没有曲柄装置的，但却有与曲柄机构相同作用的其他机构，其动作曲线也与曲柄机构完全一样。

150t以上的大中型压力机大部分是这种机构，而汽车用压力机则几乎全是使用无曲柄机构。

图1-3无曲柄驱动机构

（1）

如图1-3所示，无曲柄机构使将主轴固定，把旋转齿轮的轮毂部分置于偏心板，使齿轮和曲柄合为一体，其构造近似于偏心轴。

无曲柄机构其支持跨度短，相对折弯或扭曲的刚性高，加压时的压力机精度容易得到保持，这些长处对大型压力机相当显著，因此大型压力机几乎都已经采用这种无曲柄机构。

另外，传动机构被精简为小型，所以完全可以内置于横梁里面，可以做到供油和油浴，还可以设置为4点，因此即使对作业面积大的压力机在偏心载荷和精度方面也相当优秀。

无曲轴机构按其用途可以分为以下3类。

偏心齿轮式

无曲轴机构双偏心齿轮式

长齿轮式

图1-4无曲柄驱动机构

（2）

所有这些都是固定在主轴上，主齿轮的轮毂部分旋转。

偏心齿轮式是将偏心轴直接固定在主齿轮上再连接到连杆，在行程短时使用。

长齿轮式是从两个主齿轮离心并嵌入曲柄销，将连杆连接到该曲柄销上，像双动压力机一样，在行程较长时使用。

1-4-3柱塞导承

通过曲柄机构或无曲柄机构来驱动滑块时，会产生对滑块有害的推力。

为了不让该推力施加在滑块上，人们考虑了柱塞导承方式。

过去的连杆是通过利斯顿式栓销直接连接到滑块上的，而柱塞导承方式则是在连杆和滑块之间安放柱塞，通过装置在横梁下方的柱塞导承来引导，并由它来承受从连杆产生的推力，这样推力就不会加在滑块上。

这种方式由CLEARING公司首先采用，具有以下的优点，并被大多数中大型压力机所采用。

A）

滑块的平行度好。

B）凹字楔的磨耗少。

C）滑块凹字楔没有受到推力的影响，因此凹字楔的长度可以短些。

D）横梁的底部可以设计为封闭型，因此可以对主齿轮，连杆和利斯顿式栓销部分进行油浴。

图1-5柱塞导承

1-5机械压力机的能力

机械压力机的能力是用标称能力（最大能力），能力界限和工作量这3项来衡量的。

标称能力简称为能力或最大能力，代表压力机机架或驱动部分可以安全承受的最大载荷。

无曲柄压力机在原理上由于受曲柄机构所驱动，加压力根据行程位置而变化，在下止点附近达到无限大，在下止点前以30°

-40°

急剧减少。

因此公称能力不是产生在此以上的加压力，而只是表示机架或减速齿轮，连杆等其他构成零件的容许强度。

设计强度当然留有余地，即使由于操作错误偶尔产生一些过载，压力机也很少马上就受损，但如果过载反复发生的话，还是会由于机器疲劳而受损。

也把在下止点处一定的高度上反复使用也安全的最高加压力称为最大压力。

能力界限指的是产生最大能力的下止点上方的高度，对于机械压力机，如果将曲柄轴的转矩设为一定值，在行程的各位置所施加的加压力是不同的。

因此，压力机的最大能力有必要以在下止点上方多少MM的点来明确表示。

虽然日本对能力界限没有明确规定，但对于大型的拉深压力机，单动压力机以及双动压力机的内滑块设定为下止点上方13MM，而双动压力机的外滑块则设定为下止点上方6MM的情况居多。

工作量是与有效作业能量相关的，是1次作业能够使用的工作量的大小，以t-m或kg-Ma来表示。

如果这个能力不足，即使上述的两项都很充足，也不能继续实施作业，压力机在作业中途停止。

决定工作容量的是飞轮的容量和电动机的输出。

1-6机械压力机的规格

1-6-1单动无曲柄压力机

广泛使用于成形，外形落料，拉深，弯曲加工和冲裁等的钣金加工，图1-6显示了该机器的整体图。

该机器装有无曲柄的驱动装置，由于它只有一个滑块所以称为单动无曲柄压力机。

尤其是在以拉深为中心的作业时，行程较长，因此使用模具缓冲能力大的；

而在冲裁专用的时候要适当加长导轨面，提高安定性和精度和使用行程短的。

A）行程的长度行程的长度值至少要达到作业工程的两倍再加上容许差，在行程的中程位置以前冲头不会接触到粗加工薄钢板。

而在深拉深作业时，为使得产品容易取出，行程长度通常取为拉深深度的2.5-3倍。

如果要装上装料机或卸料机等自动装置时，行程长度要设定为拉深深度的至少4倍。

象冲裁专用压力机这样行程长度非常短的时候，使用（10-20MM）的无曲柄压力机。

B）行程次数与曲柄轴每分钟的转速相同是表示作业速度的。

通常而言小型机快而大型机慢。

另外，由于用于冲裁的其行程长度短，速度比拉深用的还快。

图1-6单动无曲柄压力机

对小型压力机而言，有象切槽压力机1200R/M那样的，但对于大型拉深压力机来说，由于对拉深深度的界限值，自动进给装置，机械的振动和对模垫的冲击等有约束，所以不能取太大，行程长度500MM则相应为25R/M以下。

行程次数有在连续运转时的连续行程次数（R/M），和包含了上止点停止时间的作业时的断续行程次数（S/M）。

C）垫板面积表示垫板的左右和前后尺寸，据此制约了可以使用的下型的大小。

D）滑块面积表示滑块安装面的左右和前后尺寸。

E）调整量是为了配合所使用的型的高度而调整闭合高度的连接螺钉的调整长度。

闭合高度增大该量要相应增加，最多达到700MM左右，为闭合高度的1/2以下。

这个量加大到必要程度以上对强度和刚性不利。

F）模子闭合高度对于机械压力机，在滑块到达下止点的状态下，将滑块的调整器尽量提升，从滑块下面（或者从转接器下面）到垫板上面的距离就称为闭合高度。

在滑块下面安装了上型，下型安在垫板处，而这个垫板又安装在底座上。

垫板是根据原来作业的种类可以更换的，在外国是作为附件对一台压力机配备两个以上，我国将垫板看作为主体的一部分而基本不会卸下来使用，因此作为可以安装金属型的最大尺寸，使用从闭合高度减去垫板厚度而得出的模子闭合高度的情形较多。

图1-7单动无曲柄压力机

G）侧孔为可以取出放进进给装置或移动垫板而在立柱上开的孔，以前后尺寸和高度表示。

1-6-2双动无曲柄压力机

是拉深成型专用压力机，与单动压力机不同，该压力机的特征是在主滑块的外侧还有一个滑块，各自进行不同的工作。

内侧的主滑块称为内滑块（凸模固定板），外侧的滑块称为外滑块（坯缘压牢器）。

图1-8显示了双动压力机的构造。

驱动部分全部藏在横梁之内，内滑块的驱动是通过无曲柄机构，而外滑块是通过与连接环组合而成特殊的肘杆装置来驱动的。

对于拉深作业，接通离合器则两个滑块都开始下降，但外滑块比内滑块下降速度更快，在内滑块按其行程下降了约一半的时候，外滑块已经接触了粗加工薄钢板并盖上防绉压板，在内滑块通过下止点以前一直保持加压静止状态。

如此，在外滑块盖防绉压板的期间，内滑块进行拉深作业。

在拉深作业完成后，外滑块也不会马上上升，而是在内滑块做了一段上升以前，一直停在下止点，在产品从冲头脱出期间，把产品压在下型上。

在产品从冲头脱出以后，外冲头也开始上升，两个滑块都回归到原来的位置。

图1-8双动压力机

双动压力机的主要规格如下。

A）最大能力滑块的最大能力和单动压力机相同，是根据产品的大小，板厚和材料来决定的。

能力界限以13MM的居多，外滑块的最大能力是内滑块最大能力的

1-7连续自动压力机

转移是指将物品从一个地方转移到另一个地方，连续自动压力机是通过夹持转移装置将半成品夹着送到下一工序，按顺序将几个工序到十几个工序的压力机作业在一台压力机内连贯作业，对压力机每个行程所完成的零件进行经济化的量产。

1-8压力机生产线

对同一零件进行大量生产时，尤其象对汽车车身般大型零件进行拉深，镶边，弯曲，开孔等作业，象使用连续自动压力机这样一台压力机是完成不了的，一般情况下，多数是将4-8台压力机按工序排列为一组，构成一条生产线。

大型零件的压力机作业分成，制作坯料的落料生产线或剪切生产线，以及进行压力机作业的压力机生产线，还有切屑处理设备的3个部门。

对于压力机生产线，许多汽车工厂通常是将双动压力机作为第一压力机实施拉深作业，从第二压力机开始所有都改为单动压力机。

由卡车运来的卷材在材料堆放处卸下后，被运到落料生产线冲裁成坯料，然后送到压力机生产线。

在压力机生产线经过拉深，切毛边，精压，穿轧和外缘翻边等工序最后成形。

从压力机出来的切屑被落到台阶下面，再由传送带运走，由轴承压力机压成四角形的切屑块，由传送带搬到外边。

这些大型压力机连同其附带设备都是昂贵的东西，因此需要尽量提高开工率。

欧美国家多采取3班制，在夜间进行模的更换。

图1-9压力机生产线

1-9自动化

自动化包含了18世纪在英国进行的“机械化”和20世纪初在美国进行的连续性“大量生产”的原理，以及二战后各国采用的“自动控制”的原理，是一种为了达到企业目标，对从原料开始到最终成品全部工序所有操作所设计的最有效的生产体系的想法，可以将其归纳为“机械化”，“连续处理”，“自动控制”以及“合理化”4个基本原理。

人类在工作时是边考虑边操作，就这点而言是非常优秀的，但人类工作的特点是断续作业，要看身体情况，还要休息；

然而自动化是适当地按一定速度并保持最大效率进行连续和正确的生产。

不过如果对大型压力机生产线实现了自动化，金属型或自动化装置的装卸都要化很长时间，曾有过手送作业比自动化还要快的先例；

其次，从价格方面考虑也受到限制，因此全自动化例子实际上还不多。

然而，对作业人员来说自动化是最安全的装置，从生产量扩大和劳动力不足考虑，压力机生产线已经开始全自动化或半自动化。

对大型压力机的自动化分开两个方面考虑。

第一，是机械压力机本身的自动化，另一个是压力机工作间或者压力机机械间的自动化。

前者主要是谋求将数吨到数十吨的金属型在尽量短的时间内进行更换，实现合模自动化，又称为Q.D.C.（QUICKDIECHANGE）;

后者是压力机生产线的自动化，主要是有关进给装置的，也被称为连续自动压力机生产线。

1-9-1Q-D-C方式

在汽车内外板成形的压力机车间，把压力机作为生产线的组成部分，在各压力机之间装置传送带等自动化装置把各工序结合起来进行连续生产，对这样的压力机生产线的模进行更换时，要卸下自动化装置进行更换，更换结束后还要把这些装置复原到原来的位置再进行调整。

如果这些金属型有几十吨而一个月进行40-50次更换的话，加上工程上的损失，实际运转率只有50%左右。

压力机要频繁地进行这种麻烦的模更换，为解决这个问题，开发了以移动垫板为主体的Q.D.C.方式。

Q.D.C.方式配备了两组的移动垫板，一个在运行的时候，另一个为下一作业做准备，在更换的时候只需移动垫板，各种进给装置都保持现状，因此可以大幅度削减模更换的时间。

其他的Q.D.C.方式为了缩短模更换时间，附加了压模夹装置，微动装置和预加载调节装置等。

1-9-2连续自动压力机生产线

在汽车整体制造成本当中，车身所占有的比例达到30%以上，因此人们很早就开始考虑如何使车身制造工程合理化，进而减少成本。

在压力机作业时，插入材料取出成品占作业时间的30%，这是一个相当大的比例。

对这些作业进行自动化的最初手段是，使用将经压力机成形的成品取出的机械手，接着开始使用相对简单的薄板送料器，但想将在一个压力机成形的成品放入下一道工序的压力机的模中是不容易做到的，首先是定位困难，而且也不容易做到与滑块调谐。

为此，目前较多采用的方法是，仅对以下作业实行自动化，既坯料对生产线的第一压力机的插入，成形后的成品从压力机里的取出，以及对下一个压力机的转移作业这三项。

至于第二压力机以后的作业，多采用作业人员插入材料和操纵压力机的半自动方式。

A）半自动压力机生产线在生产线的前方放置被称为圆片车刀，薄板送料器和薄板上料机等的自动式进给装置，通过此装置将坯料插入第一压力机。

在第一压力机里拉深了的成品被模垫拿起来，然后卸料机自动地把它拿到压力机的外面。

为防止从第一压力机取出的制品外表面受损，由翻转装置反转180度使之首尾颠倒后，才经由传送带运到第二压力机。

翻转装置从成品处接收信号而工作并以气压作为驱动源者居多。

传送带连续运转，与压力机的周期没有关系，第二压力机的操作人员把由传送带运来的成品用手拿着并把它放到第二压力机的金属型里，然后按按钮使压力机运转。

在第二压力机加工完的成品被位于第二压力机后面的卸料机取出并放在传送带上面运到第三压力机，按此顺序最后制造出完成品。

半自动压力机生产线在每一台压力机处需要一名作业人员，对各压力机的周期不需要使其所有都调谐。

B）全自动压力机生产线半自动时将制品插入金属型的定位置的装料工作是以人力完成的，但全自动是机器操作需要高度的进给精度，这一点是全自动存在的问题点，通过梭式送料装置等对车顶或车门等形状不算复杂的部位实施了全自动作业。

C）自动化装置对第一压力机供给坯料的装置有料垛送进装置，拆垛机，薄板进料器。

料垛送进装置是将堆起来的薄板材料分为两组的一种链式输送机，为使薄板容易分离多配置了磁力分离机。

拆垛机是将在料垛送进装置堆起来的薄板用真空吸杯吸附后送到下一工序的装置。

薄板进料器使薄板从倾斜了的滚轮上落下，由夹送轮或磁性轮送到插入位置，最后由推进器送入模内的定位置。

推进器以通过气缸的齿条齿轮倍速机构者居多。

以从压力机处取出制品为目的的卸料机，有从压力机后面的横梁上吊下来的振摆型和在地面放置的直线型，各自都有优缺点，如果不想使成品受损需要拉出很长的时候直线型适用；

夹材料的部分称为爪，配合不同的制品形状有各种各样的，大致分为机械控制和真空类型的。

经第一压力机拉深了的制品通常其表面也即表侧是向下的，这种状态在通过几道工序依次传送当中有可能产生伤痕，因此配置了上下倒转的翻转设备。

如果对成品有绝对不能带缺陷要求时则使用真空式。

压力机之间的制品输送是使用带式输送机或梭式送料装置。

梭式送料装置是通过在一定的区间往返运动来进行成品输送的装置。

1-10滑块的速度

图1-10压力机的周期

图1-10是曲柄压力机或无曲柄压力机的运动曲线。

滑块从上止点开始下降达到下止点，再上升重新达到上止点的时间是连续运转时的作业周期时间，曲柄的回转速度如按NR/M设定，则为60/NSEC。

曲柄压力机是曲柄回转一次，滑块做一次来回，因此曲柄的转速等于滑块的行程次数，曲柄一分钟的转速N代表压力机的加工速度，是表示加工性能的参考值。

按压力机的规格，作为滑块的行程次数所表示的是该曲柄的转速，连续运转时的行程次数通常用RPM或者R/M来表示。

大型的拉深压力机在把坯料插入到模里，把成形从模里取出需要一定的时间，另外在拉深作业中所失去的飞轮能量由发动机得到补充，由于要使飞轮的回转速度恢复到原来的状态需要一定的时间，所以一般是在上止点作几秒钟的停顿，即进行断续运转。

断续运转的周期时间等于连续运转时的周期时间加上上止点停止时间，这个时候的作业速度称为断续行程速度，通常用SPM或S/M来表示，与连续行程次数的RPM区别开来。

1-11高速循环

图1-11运动曲线

在大规模的汽车工厂，对压力机设备需要做出很大的设备投资，因此作业是两班或者三班，同时下大力气尽量提高压力机的运转率，另外，为提高生产性还必须尽量提高压力机的行程次数。

为此，开发了使拉深行程变成低速，空转行程变成高速的高速循环。

图1-11是将行程次数和形成长度放在一起的曲柄运动，和连杆运动的滑块速度和运动进行比较的曲线。

A是滑块的上升时间，B是拉深时间，C是下降时间，D是循环时间。

在曲柄运动时，随着滑块的下降，滑块的速度逐渐增加，在达到最大值以后开始慢慢下降，在达到下止点时减为零；

而在连杆运动时，滑块从上止点开始下降并随之增加速度，在达到最大值速度急速下降，在拉深深度的Z附近达到一定值，而在到达下止点时为零。

相比之下，连杆运动其值低很多，如果使两者的拉深速度一致，就可以大幅度增加连杆运动的行程次数。

图1-12是拉深深度V，行程长度H和拉深深度Z在一起的曲柄运动，和连杆运动的行程曲线及速度曲线相比较的结果。

连杆运动的拉深时间t0即使与曲柄运动的相同，上升时间和从上止点到拉深点为止的下降时间的合计，即空转时间也显著缩短。

在行程长度为470mm，拉深深度为150mm，拉深速度为25m/min时的多连杆压力机的行程次数为28r/m，与此同条件的曲柄运动只有19r/m，行程次数的比是28/19=1.5。

另外，行程长度为816mm，拉深深度为200mm，连续行程次数为20r/m时的拉深速度为25m/min，与此同条件的曲柄运动压力机的连续行程次数是11r/m，其比值使20/11≒1.8。

如此将多连杆压力机与曲柄运动压力机相比较，除生产性高外拉深加工的初期基本上按同等速度加工，没有给予急速的冲击，与双速离合器相比，其离合器为小型同时制动器容量也小，条件相对较好。

图1-13双速离合器和普通的曲柄的运动的比较

双速离合器的作用是相应压力机的工作而将滑块速度改为高速或低速，如图1-13所示，滑块从上止点到拉深加工为止高速下降（18-15r/m），在此处以低速切换离合器（9-8r/m），加工结束后再次改成高速上升，通过该滑块速度的变换能够缩短压力机的循环时间，因此可以提高生产性。

而对于双速离合器，高速离合器将飞轮的旋转按原样传递，低速离合器通过几个齿轮系将飞轮的旋转减速，向主动轴传递。

高低速的速度比取1：

1.5-1:

2左右。

高低速的切换是通过旋转凸轮而自动切换的。

图1-14多连杆方式和双速离合器方式的比较

图1-13将行程长度，拉深深度及拉深深度各自按相同的曲柄运动与双速离合器的运动作了比较。

曲柄运动的循环时间为7.5秒，行程次数为8r/m，则双速离合器的循环时间变为4.6秒，而行程次数则变为13r/m，因此行程次数比为13/8=1.6，生产性可以提高60%。

图1-12将双速离合器方式和连杆运动方式的，运动曲线和滑块速度曲线作了比较。

2-1移动工作台（M-B）

随着压力机生产量的提高，如何尽量缩短金属型安装取出的作业时间，使压力机不间断工作同时提高运转率的问题成为急需解决的问题。

尤其在多种类小批量生产的时候，模更换需要频繁进行，而模更换所需时间占整体作业时间的相当一部分，因此对压力机的运转率产生很大影响。

为减少模更换的时间，移动工作台得到广泛利用。

该工作台由两台移动垫板组成，其中一台作业的时候，另一台处于压力机的外侧，可以进行对下一个要处理的金属型实施安置，通过把这两台垫板交替插入压力机，基本上不需要暂停生产而进行模更换。

图2-1移动工作台

移动工作台在搬运器里内藏了电动机，可以在导轨上自由行走。

垫板有左右方向移动的和前后方向的，还有前后左右方向的（交叉型