机械压力机基本结构及力能关系特性

（1）基本结构 以图7-2所示的连杆式热模锻压力机为例，因为闭式单点曲柄连杆式压力机和肘杆式压力机的传动原理与它相似。如图所示，该机由机身、偏心轴、连杆、滑块导轨和离合器与制动器等五个部分所组成。机器具有两级传动，其传动链为电动机9→小带轮8→大带轮7→传动轴10→小齿轮12→大齿轮13→偏心轴15→连杆16→滑块17，分别为传送带和齿轮减速。离合器和制动器分别装在低速的偏心轴左右两端，两者采用气动连锁。滑块采用象鼻式结构，它具有附加导向面，可以提高滑块抗偏载的能力。封闭高度的调节是通过双楔形工作台实现的。

（2）力能关系特性 包括闭式单点压力机、肘杆式压力机和连杆式热模锻压力机在内的机械压力机是行程限定的设备，即压力机工作时的行程固定不变。压力机滑块的有效力可近似地表达为

式中 M——压力机的转矩；

s——压力机的滑块行程，s＝2r，其中r为曲柄半径；

a——曲柄转角。

由式（7-3）作出的压力机的P_M－a关系曲线如图7-3所示。离合器的转矩M是一个常量，当滑块接近下死点时（即a→0时），P_M可达无限大，只要不超过离合器转矩M，就不会引起摩擦离合器打滑。压力机的公称载荷是偏心轴转角离下死点前某一角度时，滑块所允许的最大工作压力。这个角度称为公称压力角。通用曲柄压力机的公称压力角为25°～30°，热模锻压力机为2°～5°，冷挤压机为45°左右。如果图7-3中锻压工序的力—行程曲线EFG处于QNOP下面，飞轮就能提供每个行程所需的能量，使模锻工艺能进行下去。如果压力机上不设超载保护设置，有效力P_M在下死点前的OP转角内可变得大于压力机的公称载荷（见图7-3中的虚线），这时压力机就会失速停车，飞轮停转，整个能量都转变成使压力机机身、转向臂及驱动机构变形的能量，往往导致模具损坏后，压力机才能释放出来。如果压力机上设有安全装置，则当载荷达O点之前，摩擦离合器就打滑，压力机滑块停止运动，然后通过反转飞轮使压力机释放。因此，为了提高压力机的使用寿命，一般只能应用压力机公称压力的80％左右。

图7-3 机械压力机离合器转矩M及机器力P_M随曲柄转角的变化

EFG—典型锻压工序的力—行程曲线

压力机模锻前，飞轮储蓄的总能量E_T为

式中 J——飞轮的惯性矩；

ω₀——飞轮工作前（空载时）的角速度；

n₀——飞轮工作前（空载时）的转速。

压力机模锻后，飞轮角速度和转速分别由ω₀和n₀减到ω₁和n₁，因此飞轮在一个工作行程中所给出的能量E_s为

E_s除了做了变形功（即提供工艺能E_p）外，还有一部分消耗于摩擦和机身的弹性变形，剩下的仍然储存在飞轮上，使飞轮能在短时间内恢复到原始速度，以便进行第二次模锻打击。通常，n₁比n₀低10％～20％，即n₁＝（0.8～0.9）n₀。如果n₁降低太多，要把飞轮带动到原始速度，所需的时间就长，工作效率就低。

因此，要全面反映压力机的工作能力，必须同时考虑三个参数，即公称压力、公称压力角或公称压力角行程、机器可给出的有效能E_M。(www.xing528.com)

（3）设备公称吨位的确定 如前所述，机械压力机的滑块行程固定，工作时滑块必须经过下死点后才回程，锻件的变形在滑块一次行程内完成。在变形过程中，压力机按变形所需要的力量施加压力，但锻件在变形过程中的变形抗力必须小于压力机载荷曲线上所允许的压力。

在闭式单点压力机上进行闭式模锻一般是单模膛模锻，只要严格遵循上述原则即可；而在热模锻压力机上多为多模膛模锻。多模膛模锻则应根据同时工作的若干工位的合力来选择压力机吨位。

1）经验公式。

P＝（64～73）F （7-6）

式中 F——锻件投影面积（cm²）。

对于复杂锻件其系数取73，对于简单锻件取64。

2）计算公式。

①在分模面上的投影为圆形的锻件。

②在分模面上的投影为非圆形的锻件。

式中 D——锻件直径；

D′——折算直径，；

L——锻件在投影面积上的最大外廓尺寸；

B_均——锻件在投影面积上的平均宽度，；

R_m——终锻温度下金属材料的抗拉强度；

F——锻件在分模面上的投影面积。