[科普中国]-机械压力机

机械压力机是用曲柄连杆或肘杆机构、凸轮机构、螺杆机构传动的锻压机械，用于对材料进行压力加工的机床，通过对坯件施加强大的压力使其发生变形和断裂来加工成零件。工作平稳、工作精度高、操作条件好、生产率高，易于实现机械化、自动化，适于在自动线上工作，广泛应用于汽车、船舶等工业机械压力机。中国国产的第1台机械压力机于1955年12月在济南第二机床厂制造成功。

简介通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转换为滑块的直线往复运动，对坯料进行成形加工的锻压机械。机械压力机动作平稳，工作可靠，广泛用于冲压、挤压、模锻和粉末冶金等工艺。机械压力机在数量上约占各类锻压机械总数的一半以上。机械压力机的规格用公称工作力（千牛）表示，它是以滑块运动到距行程的下止点约10～15毫米处（或从下止点算起曲柄转角α约为15°～30°时）为计算基点设计的最大工作力。1

工作原理机械压力机工作时， 由电动机通过三角皮带驱动大皮带轮（通常兼作飞轮），经过齿轮副和离合器带动曲柄滑块机构，使滑块和凸模直线下行。锻压工作完成后滑块回程上行，离合器自动脱开，同时曲柄轴上的制动器接通，使滑块停止在上止点附近。

每个曲柄滑块机构称为一个“点”。最简单的机械压力机采用单点式，即只有一个曲柄滑块机构。有的大工作面机械压力机，为使滑块底面受力均匀和运动平稳而采用双点或四点的。

机械压力机的载荷是冲击性的，即在一个工作周期内锻压工作的时间很短。短时的最大功率比平均功率大十几倍以上，因此在传动系统中都设置有飞轮。按平均功率选用的电动机启动后，飞轮运转至额定转速，积蓄动能。凸模接触坯料开始锻压工作后，电动机的驱动功率小于载荷，转速降低，飞轮释放出积蓄的动能进行补偿。锻压工作完成后，飞轮再次加速积蓄动能，以备下次使用。

机械压力机上的离合器与制动器之间设有机械或电气连锁，以保证离合器接合前制动器一定松开，制动器制动前离合器一定脱开。机械压力机的操作分为连续、单次行程和寸动（微动），大多数是通过控制离合器和制动器来实现的。滑块的行程长度不变，但其底面与工作台面之间的距离（称为封密高度），可以通过螺杆调节。

生产中，有可能发生超过压力机公称工作力的现象。为保证设备安全，常在压力机上装设过载保护装置。为了保证操作者人身安全，压力机上面装有光电式或双手操作式人身保护装置。1

结构类型机械压力机一般按机身结构型式和应用特点来区分。

按机身结构型式分有开式和闭式两类。

① 开式压力机：也称冲床，应用最为广泛。开式压力机多为立式。机身呈C形，前、左、右三面敞开，结构简单、操作方便、机身可倾斜某一角度，以便冲好的工件滑下落入料斗，易于实现自动化。但开式机身刚性较差，影响制件精度和模具寿命，仅适用于40～4000千牛的中小型压力机。

② 闭式压力机：机身呈框架形，机身前后敞开，刚性好，精度高，工作台面的尺寸较大，适用于压制大型零件，公称工作力多为1600～60000千牛。冷挤压、热模锻和双动拉深等重型压力机都使用闭式机身。1

按应用特点分有双动拉深压力机、多工位自动压力机、回转头压力机、热模锻压力机和冷挤压机。

①双动拉深压力机：它有内、外两个滑块，用于杯形件的拉深成形。拉深前外滑块首先压紧板料外缘，然后内滑块带动凸模拉深杯体，以防板坯外缘起皱。拉深完成后内滑块先回程，外滑块后松开。内外滑块公称工作力之比为（1.7～1）：1。

②多工位自动压力机：在一台压力机上设有多个工位，装置多道成形模具，坯料依次自动向下一工位移动。在压力机的一次行程中，各工位同时进行各道成形工序，制成一个工件。

③回转头压力机：在滑块与工作台之间设有可装置数十组模具的回转头，可按需要选用模具。坯料放在模具上而不再移动。每次行程完毕，回转头转动一个位置，完成一道工序。这种压力机定位精度高，便于调整产品，一机多用，多用于冲制仪器底板和面板等。回转头压力机可配上数控系统，根据编好的指令选用模具和板材成形部位，自动完成复杂的冲压工作。

④热模锻压力机：用于模锻件生产。机身刚度大，导向面长，承受偏载能力强。过去多用曲柄连杆机构，为提高刚性多已改用双滑块式和楔式。双滑块式结构较简单，重量轻；楔式结构支承面积大，但传动效率低。模锻时滑块在下止点附近容易卡死（俗称闷车），所以设有脱出装置。机械中有上下顶出装置，能实现多模膛锻造，锻件精度较高，适于大批量生产。最大规格为160兆牛。

⑤冷挤压机：用于冷、温态挤压金属零件，如枪弹壳、牙膏管等。冷挤压机一般是立式的，特点是刚度好，导向精度高，工作压力大，工作台面小，工作行程长。1

机械压力机的选择原则压力机类型的选择问题机械压力机类型是根据依据进行选定的，根据生产批量的多少、冲压件的精度与尺度进行选定，以下我们就对机械压力类型的选定做出分析。

①中小型冲压件生产中，它主要应用于开式机械压力机，一般情况下，因为机械类的制造都是有规定的，所以，单柱机械压力具有更加容易的方式进行操作，而且运行中的成本非常低廉，另一方面开机式的机械压力的作用能够对冲模间隙分析，最大限度的降低了模具的质量。

②由于要生产大量的复杂零件，所以要想确保它的生产质量，就应该选择高速压力机或多工位自动压力机，在一些小的零件中应该选择高速压力机或者选择摩擦压力机，因为液压机没有规定的规格，不会因为一些意外的原因而造成别的故障，在某方面来说存在着一定的优势，但是在别的方面又存在很大的问题，液压机的生产率低下，而且工作时也具有一定的不稳定性，摩擦压力机也有很大的优点，例如，摩擦压力机结构十分简单，所以在造价方面成本就比较低，而且摩擦压力机结构是不固定的，所以在使用中能够根据使用情况而任意转换，并且不会受到很大的影响，但是，从另一方面来说，摩擦压力机的行程次数比较少，生产率也比较低下，操作比较麻烦。

③必须充分注意机械压力机的刚度和精度，机械压力机的刚度是由床身刚度导向刚度和转动刚度这三部分组成的，这也是有很大的考究在其中，因为只有压力机刚度足够时，他的静态精度才能收到超负荷的刚度的条件下进行保存，不然，静态精度也就失去了它存在的意义与价值。2

压力机规格的选择问题①机械压力机的超载问题，机械压力机的超载有强度超载和动力超载之分，强度超载在整个滑块的行程中都有可能发生的，例如，有时出现动力的超载将使飞轮的转速降低，出现严重的强度超载会迫使电动机被烧坏，有的压力机设置了保险装备，超载后只是迫使电动机减速，轻的结果就是减少寿命，重的结果就是电动机被烧坏。

②机械压力机和功率的选定、机械压力机和功率的选择，实质上是为了压力机在运行中减少破坏率。

③按照冲压零件的尺寸来选定机械压力机的规格，为了保证安全性，选定机械压力机规格后还应该检查冲压零件和模具的尺寸大小。2

机械压力机的设计改造1）压力机曲轴支撑，机械压力机设计制造中存在着很大的设计缺陷，所以有关设计人员应该加以重视，例如，有些压力机再设计中曲轴两端都会被固定，这些设计是不合理的，应该一个轴是固定的，另一个轴需要具备延伸的可能性，对于曲轴，因为温度的原因只能够在一端曲轴进行限定，其他的曲轴都要有间隙，使得曲轴能够在受到温度的情况下能够自由拉伸，减少受到到损失。

2）曲轴结构应力集中，对于曲轴结构应该高度重视，特别是在曲柄与曲轴连接的两处对于曲轴承受到的压力有很大的不利，所以设计者应该对不合理的设计给予改造，对于传统的机械设计考虑的范围少，所以设计结构会出现很大的不合理性，对于传递较大的功率来说，承受的的载荷多属于疲劳交换载荷，为了防止这些不必要的自身重量，减少旋转性。

3）压力底座焊接结构，大型的压力机的底座焊接，更容易出现误差，造成不必要的损失，有的焊接布置在地板厚度方向，考虑范围比较小，有的连接处的焊缝受力大，承载不了压力机的重量，所以更容易造成层状断裂，在设计中应该多考虑这些问题，应该让设计简单点，减少焊缝受力重量，工程机械设备因为需要花费大量的资金，所以在施工过程中能够做好很多人力无法做到的事情，所以应该加强对设备的爱护，经常对设备进行保养，增长设备的寿命。

4）平衡器活塞杆设计，在机械压力机的设计下要遵循很多设计规则，应该使每个细节都加以重视，例如压力机的活塞器杆的设计，应该使设计尺度进行尺量，安装时要加以小心，尽量避免擦伤密封圈的内表面。2

曲柄压力机曲柄压力机是一种最常用的冷冲压设备，用作冷冲压模具的工作平台。其结构简单，使用方便。它主要通过曲柄滑块机构将电动机的旋转运动转变为冲压加工所需要的直线往复运动，采用曲柄轴、曲拐轴和偏心轮作为它的执行构件的输入构件，通过压力机杠杆机构与滑块有着刚性的运动连接，借助于从执行机构和工作台到床身的封闭力系作用使毛坯发生变形，以制成一定形状的锻压件。曲柄压力机种类繁多，其中通用曲柄压力机广泛地用于冲裁、弯曲、成形、浅拉伸等。压力机动作平稳、工作可靠，是冲压设备中应最广泛的设备。

曲柄压力机的原理电动机的输出动力和运动通过带传动传递给中间传动轴，再通过齿轮传动传递给曲轴，经连杆带动滑块作上下直线运动。曲轴的旋转运动通过连杆变为滑块的往复运动。将上模固定于滑块上，下模固定于工作台垫板上，压力机便能对置于上下模间的材料加压，依靠模具将其制成工件，实现压力加工。

曲柄压力机的分类按照工艺用途，曲柄压力机可以分为通用压力机和专用压力机两大类。通用压力机适用于多种工艺用途，如冲裁、弯曲、成形、浅拉伸等。而专用压力机用途较单一，如拉伸压力机、板料折弯机、剪板机、高速压力机等。

曲柄压力机的基本结构组成曲柄压力机一般由以下部分组成包括工作机构、传动系统、操作系统、能源系统、支撑系统，以及各种辅助系统和附属系统，如润滑系统、顶件装置、保护装置、滑块平衡装置、安全装置等。

曲柄压力机的操作规程（1）安装模具时必须使模具的闭合高度与曲柄压力机的闭合高度相适应。调整压力机的闭合高度时，应采用寸动冲程。压力机的工作台不允许处于最低极限位置，而应处于其调节量的中限，模具固定要牢靠。

（2）工作前认真检查压缩空气的压力，小于3.92MPa （40kgf/cm2）时不得开动压力机。检查曲柄压力机的操作系统以及其润滑系统是否正常。检查离合器和制动器及保护装置是否安全完好。

（3）为防止压力机的滑块被卡住，严禁在设备上超负荷工作。

（4）曲柄压力机的脚踏操纵板上应装安全罩，以免他人或异物误压而引起滑块突然下滑，造成意外事故。

（5）工作结束，要使曲柄压力机滑块落到下死点位置，关闭压缩空气，整理工作场地，做好交接工作。

曲柄压力机的维护保养压力机同其他设备一样，只有正确使用和维护保养，才能减少机械故障，延长其使用寿命，充分发挥其功能，才能保证产品质量，并最大限度的避免事故发生。下面从曲柄压力机从的能力、结构、操作、检修及模具使用等方面加以阐述。

一、曲柄压力机能力的正常发挥

曲柄压力机能力的正常发挥取决于使用者对曲柄压力机的正确使用与维护：

（1）对压力机的正确使用。压力机的使用者必须明确所使用压力机的加工能力（标称压力、许用负荷图、电机额定功率），并且在使用过程中，让压力机的能力留有余地。这对压力机部件寿命、模具寿命及避免超负荷使压力机致使损坏都是至关重要的。

（2）对压力机的正确维护。压力机各活动连接处的间隙不能太大，否则将降低精度。可用下面的方法检验：在滑块向下行程进行冲压时，用手指触模滑块侧面，在下止点如有振动则说明间隙过大，必须进行调整。进行滑块导向间隙调整时，注意不要过分追求精度而使滑块过紧，过紧将发热磨损。有适当的间隙对改善润滑、延长使用寿命是必要的。各相对运动部分都必须保证良好的润滑，按要求添加润滑油。

（3）模具对压力机正确使用的影响。模具的尺寸与压力机工作台的尺寸应相适应，小型模具应在工作台面积较小的压力机上使用，若用于大台面压力机，而冲压力又接近公称力，将使工作台及工作台垫板受力过于集中，造成局部过载而损坏，此时可在模具下加垫板，以分散冲压力。对于闭合较高小的模具，也应加垫板使用，避免高度调节螺杆伸出过长，使连杆强度和刚度降低而发生危险。

二、曲柄压力机操作应准确无误

压力机的操作失误不仅对压力机、模具及工件会造成损坏，甚至可能导致人身安全事故。因此，正确操作是安全使用压力机的重要环节，必须予以重视。

（1）模具安装必须靠牢，保证模具间隙均匀，闭合状态良好，冲压过程不移位。

（2）严格遵守压力机操作规程，工作中及时清除工作台上的工件和废料，不能图省事，直接徒手清除，而必须用钩子或刷子等专用工具清理。

（3）生产时应避免坯料重叠放入模具冲压。随时留意压力机工作状态，当出现不正常现象时，应立即停止工作，切断电源，进行检查和处理，故障排除后方可恢复生产。

（4）工作结束后，应使离合器脱开，然后才能切断电源，清除工作台上的杂物，清洁涂油防锈。

三、定期检修保养

压力机使用一段时间后，机械部分会磨损，轻者使压力机不能正常发挥功能，重者则出现机械故障，甚至发生事故。定期检修的目的就是通过每日、每周、每月、每半年或一年的检查维修，使压力机始终保持完好的状态，以保证压力机的正常工作和确保操作者人身安全。压力机的定期检修保养，包括离合器、制动器的保养，曲柄滑块工作机构的检修，导滑间歇的调整，螺栓连接部分的检查，给油装置和供气系统的检修，精度的定期检查的等。除以上各项外，压力机定期检修保养，还应包括传动系统、电气系统和各种辅助装置功能的检查维修。日常检查是设备定期检修保养的重要环节，它可防患于未然，必须列入压力机操作规程，在每天工作前、开机加工中、作业后，都应该进行相应项目的检查和维护。34

本词条内容贡献者为:

王伟 - 副教授 - 上海交通大学