锻压机械的种类繁多,按照我国的分类标准,通用锻压机械可分为八大类,机械压力机为其中之一,类别代号为J。按照锻压机械的工作原理,可将其分为三大类,各类锻压机械的工作性能对比见表1-1。
表1-1 各类锻压机械的工作性能对比
顾名思义,机械压力机是以机械传动为核心的压力机,其中最普遍的是曲柄压力机。按照分类,螺旋压力机亦属于机械压力机之列,但在工作原理上,螺旋压力机更偏向于锤,它属于能量限定的锻压设备,依靠飞轮释放所储存的动能来工作,有人亦称之为“螺旋锤”。锤类设备和压力机的最大区别之一就是前者仅控制滑块(锤头)打击的能量,打击过程开始后滑块的运动和力均是不受控制的;而后者在工作行程中的运动或力是受控制的。
在目前所开发的伺服机械压力机中,除采用曲柄-连杆机构(包含肘杆、多连杆等)作为工作机构外,亦有一种采用螺旋机构作为工作机构,但它与传统的螺旋压力机不同,没有飞轮,依靠静压力工作,是真正意义上的压力机,而不是锤。本书所讨论的伺服机械压力机,除了伺服曲柄压力机外,也包括这类螺旋压力机,但不包括传统意义上的螺旋压力机(锤)。
机械压力机是应用最广的锻压机床,它具有结构简单、价格低廉、适应性强等一系列优点,广泛应用于汽车制造、家用电器制造、电子信息装备制造等国家支柱产业,2000年统计的国内保有量已经超过100万台,占全部锻压机械的80%以上。
机械压力机最常见的工作机构为曲柄-滑块机构(偏心轴、曲拐轴和偏心齿轮等),滑块的运动曲线为近似正弦曲线。为适应特殊的锻压工况,改善滑块的运动曲线,也采用其他机构,如肘杆机构或多连杆机构等。
传统的机械压力机由感应电动机驱动,经过减速机构-离合器-制动器-曲柄滑块机构,将旋转运动转变为滑块的直线运动,由飞轮储存释放能量,克服压制过程的尖峰载荷。图1-1所示为传统曲柄压力机。
图1-1 传统曲柄压力机
尽管机械压力机具有许多优点,为人类社会的进步做出过重要贡献,但由于其基本结构所限,已不能适应现代智能化、绿色环保的生产要求,其主要问题是:
1.工作特性不可调
电动机一般不调速,一旦机械压力机设计完成,滑块的运动特性即已固定,机械压力机的工作特性无法进行调整。对一般机械压力机而言,工作中离合器一旦结合,滑块的运动不再受控制,直至一个工作循环结束。也就是说,普通机械压力机的滑块只有“起停”控制,工作过程中的运动是不能控制的。
2.能耗高
据分析和试验测试,其能效仅为20%左右。
3.体积庞大
由于传动链长,机械部件多,尤其飞轮、离合器-制动器等笨重部件占据巨大空间。
4.可靠性不高
传动链复杂,导致故障率高,维修复杂。
5.振动 、 噪声大
人们一直都在寻求解决这些问题的办法,但由于支撑技术的限制,长期以来,锻压装备领域这些老大难问题一直没能得到解决,机械压力机的传动模式一百余年来没有大的变化。