Кузнечно-штамповочное оборудование

В. Н. Таловеров, И. Н. Гудков, А. В. Таловеров

Кузнечно-штамповочное оборудование Курс лекций

Ульяновск 2005

Федеральное агентс тво по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет

В. Н. Таловеров, И. Н. Гудков, А. В. Таловеров

Кузнечно-штамповочное оборудование

Курс лекций для студентов специальнос ти 150201 «Машины и технология и обработки металлов давлением»

Ульяновск 2005

УДК 621.73.002.5 (075.8) ББК 34.623 я 7 Т 16 Рецензенты: главный специалист ОАО «Ульяновский механический завод» д-р техн. наук, профессор В. И. Филимонов; к.т.н., доцент кафедры технических дисциплин УлГПУ Кирьянов С.Л.; Утверждено редакционно-издательским советом Ульяновского технического университета в качестве учебного пособия

Т16

Таловеров, В. Н., Гудков, И. Н., Таловеров, А. В. Кузнечно-штамповочное оборудование: курс лекций / В. Н. Таловеров, И. Н. Гудков, А. В. Таловеров. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 145 с. ISBN 5-89146-900-0 Курс лекций соответствует учебному пл ану и программе курса «Кузнечно штамповочное оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением» и содержит ряд новых разделов практическ и необходимых, но сл або освещенных в технической литературе. Работа подготовлена на кафедре «Материаловедение и обработка металлов давлением».

УДК 621.73.002.5 (075.8) ББК 34.623 я 7

Учебное издание ТАЛОВЕРОВ Владимир Николаевич ГУДКОВ Иван Николаевич ТАЛОВЕРОВ Александр Владимирович КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Текст лекций Редактор Н. А. Евдокимова Подписано в печать 01.12.2006. Формат 60×84/16. Печать трафаретная. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 8,37. Тираж 150 экз. Заказ . Ульяновский государственный технический университет 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32 Типография УлГТУ, 432027, Ульяновск, Сев. Венец, 32

ISBN 5-89146-900-0

© Таловеров В. Н., Гудков И. Н., Таловеров А. В., 2006 © Оформление. УлГТУ, 2006

СОДЕРЖАНИЕ Вмес то предисловия Введение Лекция 1. История развития кузнечно-штамповочного производства Раздел 1. Характеристика кузнечно-прессовых машин Лекция 2. Классификационная маркировка кузнечно-штамповочных машин Лекция 3. Структура современных кузнечно-штамповочных машин. Классификация кузнечно-штамповочных машин по кинематике исполнительного механизма Лекция 4. Требования предъявляемые к кузнечно-штамповочным машинам. Кривошипные машины. Определение. Классификация Лекция 5. Передаточные механизмы прессов. Передаточный механизм типа 4.4 в прессе двойного действия. Кинематическая схема пресса двойного действия Лекция 6. Кривошипные прессы общего назначения. Классификация Лекция 7. Классификация листоштамповочных прессов. Открытые пресса. Закрытые пресса Лекция 8. Технические условия приемки и испытания прессов. Техническая характерис тика и паспорт пресса Раздел 2. Конструктивные особенности кривошипных прессов Лекция 9. Главные валы Лекция 10. Приводы главных валов Лекция 11. Шатуны кривошипных машин Лекция 12. Ползуны кривошипных машин Раздел 3. Вспомогательные механизмы кривошипных прессов Лекция 13. Механизмы, расширяющие технологические возможности пресса Лекция 14. Прижимные устройства Лекция 15. Механизмы, облегчающие наладку машин и штампового инструмента Лекция 16. Механизмы, повышающие эксплуатационную надежность оборудования Раздел 4. Элементы систем управления кривошипных прессов Лекция 17. Муфты включения и тормоза. Назначение и классификация Лекция 18. Жесткая муфта с поворотной шпонкой Лекция 19. Фрикционные муфты. Формы фрикционных вставок Лекция 20. Расчет фрикционных муфт Лекция 21. Тормоза и их расчет Лекция 22. Кривошипные прессы с безмуфтовым приводом Лекция 23. Системы управления прессов

5

7 8 15 21 24 27 32 36 37 39 43 49 51 53 59 64 69 74 75 77 82 84 87 92

Раздел 5. Кинематика и статика кривошипным машин Лекция 24. Кинематика кривошипных машин Лекция 25. Статика кривошипных машин Лекция 26. Заклинивание кривошипно-шатунного механизма Раздел 6. Конструкции машин для объемной штамповки Лекция 27. Машины для локальной обработки металлов давлением Лекция 28. Горячештамповочные кривошипные прессы. Горизонтально-ковочные машины Раздел 7. Гидравлические прессы Лекция 29. Принцип дейс твия и классификация гидравлических прессов Лекция 30. Гидравлический пресс ПГ-60 Раздел 8. Паровоздушные молоты Лекция 31. Паровоздушные молоты. Энергоноситель. Конструкции ковочных и штамповочных молотов Лекция 32. Теоретическая индикаторная диаграмма и работа молота. Предположительные индикаторные диаграммы работы нижнего и верхнего пара Лекция 33. Предположительные индикаторные диаграммы полного и неполного единичного удара. Предположительная индикаторная диаграмма цикла качания Лекция 34. Расчет паровоздушных молотов Лекция 35. Основные отличия ковочных молотов от штамповочных. Перспективы совершенствования виброизоляции штамповочных молотов Заключение Методика работы над курсом лекций Список литературы

93 101 106 109 112 115 117 120 125 128 133 134 140 142 142 144

6

ВВЕДЕНИЕ Данный курс лекций полностью соответствует программе по дисциплине «Кузнечно-штамповочное оборудование» (КШО) и читается студентам четвертого курса специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением». При изготовлении деталей (заготовок) методами обработки металлов давлением возникают задачи подбора соответс твующих типов оборудования, для чего необходимо знать особеннос ти его конструкции, положительные и отрицательные с тороны и их влияние на устойчивость реализуемого технологического процесса, ознакомиться с основами расчетов основных деталей и узлов структурной схемы машины. При этом предполагается достаточно свободное владение студентами основами математики, физики, сопротивления материалов различным видам силового нагружения, механики, материаловедения, практического назначения допусков и посадок сопрягаемых деталей, владение компьютером и компьютерной графикой. Курс лекций сопровождается выполнением лабораторных работ и индивидуальных заданий по отдельным разделам курса, позволяющими закрепить полученные знания и развивать навыки самостоятельной и творческой работы, необходимых для работы на производстве. Изучение курса КШО заканчивается выполнением курсового проекта. Предс тавленный материал полезен для подготовки к сдаче аттестационного экзамена и при выполнении курсового и дипломного проектов.

7

Лекция 1. История развития кузнечно-штамповочного производства Ковка является одним из самых древних способов обработки металлов. Для защиты от зверей и врагов, а также для охоты и обработки земли первобытный человек ковкой изготовлял из железа боевое оружие и орудия мирного труда. Простейшими инструментами и оборудованием для ковки были молоток, клещи, наковальня и горн, известные человеку еще в доисторические времена. Так, например, Гомер в «Одиссее» описывает кузницу бога Гефеста, а на одном из римских саркофагов имеется изображение ковки в древней кузнице, оснащенной примитивным оборудованием и инс трументом. Кузнечная обработка металлов применялась скифами, населявшими среднюю и южную части нашей страны, уже с третьего тысячелетия до нашей эры [1,15,33]. Незначительное количес тво метеоритного железа, содержащего в камнях (метеоритах), падающих из атмосферы на землю, из которого изготовлялись железные изделия, толкнуло человека на поиски новых способов получения железа путем восстановления его из руды. Этот процесс был связан с длительной и тяжелой проковкой кусков железа, для которой стали применяться в начале XVI века механические рычажные молоты с весом падающих частей (7001500 Н), приводимые в движение водой рек и озер. В зависимости от того, на какую точку рычага действовало кулачковое колесо, сидевшее на одном валу с водяным, молоты назывались заднебойными или хвостовыми, среднебойными и лобовыми. Применялись также копровые или пестовые молоты в местах, где по каким-либо причинам нельзя было воспользоваться энергией воды. Бабу таких молотов поднимали 7-10 человек за канат, перекинутый через блок, затем сразу отпускали; баба падала и наносила удар по поковке. Паровой молот. Промышленная революция XVIII в. особенно ярко отразилась на металлургической и металлообрабатывающей промышленности. Постройка железных дорог, паровозов, вагонов, пароходов шла очень быстрыми темпами и требовала соответствующих механизмов для изготовления тяжелых и больших поковок. В 1784 г. в Англии Уатт предложил для получения движения подвижных частей молота использовать энергию пара. Однако только в 1839 г. Джеймс Несмит впервые сконструировал и в 1842 г. построил паровой молот, который и до настоящего времени сохранил свои основные конструктивные черты. Это был молот простого действия с несовершенным управлением и слабым использованием пара, т. е. энергия пара использовалась только для подъема подвижных частей. За короткий промежуток времени конструкция парового молота значительно усовершенствовалась. Давление пара стало использоваться не только для подъема бабы, но и для нанесения ударов по поковке. Для парораспределения и управления молотом были сконструированы золотниковая коробка, механизм управления и приспособления, позволяющие наносить автоматические удары. Современный паровой молот – двойного дей8

ствия, с механизмом обеспечивающим возможность нанесения единичных и автоматических ударов, приводится в действие и паром и сжатым воздухом. Благодаря ряду ценных качеств, паровые молоты получили очень широкое распространение. Паровой молот достаточно быстроходен, с успехом может применяться для ковки любой по габаритам и весу поковки, удары его могут легко регулироваться по силе и скорости, поверхнос ть поковки после ударов получается относительно чистой и ровной. Значение паровых молотов еще более увеличилось при горячей штамповке, для которой быстроходнос ть молота (до 120 ударов в минуту) и возможность регулирования силы и скорости ударов особенно важны. С развитием машиностроения в XVIII и XIX в. и увеличением размера и веса поковок повышался и вес падающих частей паровых молотов. В ряде стран были сооружены паровые молоты с весом падающих час тей (500-1000 кН) и выше. Так, на заводе Круппа, в Эссене (Германия) был изготовлен паровой молот с массой падающих частей (750 кН), на бывшем Путиловском и Пермском заводах (Россия) – 500 кН, на заводе Шнейдера в Крезо (Франция) – 1000 кН, на заводе Вифлеемской компании (США) – 1250 кН. Уникальная отливка массой 6000кН – чугунный шабот (основание, наковальня) для самого мощного в то время молота свободной ковки, массой падающих частей 500 кН, изготовлена в России в 1875 году [3]. Чтобы отлить этот шабот-гигант на Мотовилихинском заводе в Перми пос троили огромный литейный цех. Двадцать вагранок в течении 120 часов непрерывно плавили металл. Три месяца остывал шабот, затем был вынут из формы и с помощью только одних рычагов и блоков передвинут к мес ту расположения молота. (Для молотов свободной ковки отношение массы шабота к массе падающих частей должно быть в пределах 10-15 для повышения КПД удара. В рассматриваемом случае это отношение равно 12). Дальнейшее конструирование и развитие паровых молотов шло по пути освобождения парового молота от двух его основных недос татков – низкого теплового коэффициента полезного действия и сотрясающего удара, опасного как для зданий, так и для самого молота, а также по пути специализации для выполнения отдельных кузнечных операций. Были сконструированы и получили широкое распространение специальные молоты для горячей штамповки: с шаботом, бесшаботные молоты – с двухсторонним вертикальным или горизонтальным ударом, не требующие громоздких фундаментов и не вызывающие сотрясения зданий, молоты с нижними цилиндрами, листоштамповочные и др. В России в нас тоящее время имеются специальные штамповочные молоты с массой падающих частей 300 кН (Чебаркуль), 160 и 250 кН – в СанктПетербурге (завод турбинных лопаток). Они имеют амортизированные фундаменты. Каждый обслуживает по 2 манипулятора (один подает заготовку из печи на молот, другой убирает штамповку с молота и подает на обрезной пресс). Приводные молоты. Задача создания парового молота такой конструкции, при которой значительно повысился бы тепловой КПД, не получила удовлетворительного решения, и с тоимость эксплуатации паровых молотов до сих 9

пор остается очень высокой. В XIX в. конструкторская мысль обратилась к молотам, приводимым в действие не паром, а другими энергоносителями. Были сконструированы механические ковочные молоты – пневматические, приводимые в действие сжатым воздухом [7], вырабатываемым самим молотом; пружинные, основанные на дейс твие пружины; рессорные, основанные на действии рессоры, и рычажные, приводимые в дейс твие механизмом кулака. Все эти молоты имеют электрические привод, с помощью которого приводится в действие молот. Для свободной ковки также были сконструированы и изготовлены гидравлические молоты, работающие под давлением воды [8]. Для горячей штамповки несложных по конфигурации и небольших по габаритам поковок были сконструированы и успешно конкурировали с паровыми фрикционные молоты с электрическим приводом, из которых наибольшее распространение получили падающие молоты с доской и молоты с ремнем, работающие под действием силы трения. Были попытки создания электрического молота, основанного на действии соленоида. В 40-е годы XX в. появились взрывные молоты (СССР), а в 50-е – высокоскоростные газовые молоты (сначала в США, затем в Европе), основанные на идее использования двигателя внутреннего сгорания. Ввиду сложности и неприспособленнос ти к работе в цеховых условиях электрические и газовые молоты пока не получили широкого распространения. Гидравлические прессы. Сотрясение почвы и зданий, которое вызывается ударами паровых молотов, особенно тяжелых, оглушительный грохот при работе, утомляющий рабочих, являются отрицательными качествами паровых молотов. В 1861 году появились гидравлические прессы – машины для ковки крупных поковок, хотя и более тихоходные, чем паровые молоты, но не вызывающие сотрясения почвы и зданий, а также шума при работе. При работе на прессе деформирование металла производится не ударом, а постепенным давлением. Гидравлический пресс быстро завоевал себе достойное место в кузницах, особенно при ковке крупных поковок из слитков. В последние годы гидравлические прессы широко применяются и для горячей штамповки, для изготовления крупных поковок выдавливанием (в кузнице ОАО «УЗТС» – (8000 кН) гидравлический пресс). В 1861 г. построен первый гидравлический пресс, развивавший усилия 7,5 МН (750 тс). В 1895 г. в России изготовлен гидравлический пресс усилием 75 МН (7500 тс) [28]. Высокое давление, необходимое для работы пресса, создается гидравлическим путем и передается по трубам в рабочий цилиндр, плунжер которого (как поршень у молота) передает это давление траверсе (поперечине, выполняющей такую роль, какую выполняет баба у молота). Получение и передача воды по трубам высокого давления связано с большими затруднениями. В некоторых конструкциях прессов для увеличения давления непосредственно в цилиндре применяют пар и тогда прессы называются парогидравлическими [2,6,22]. Благодаря своим высоким технологическим качествам, гидравлические прессы стали вытеснять сначала тяжелые, а затем и средние молоты. Изготовление тяжелых молотов прекратилось, а уже изготовленные заменялись прес10

сами. Так, самый тяжелый молот, с массой падающих частей (12500 кН) на заводе Вифлиемской компании в США был заменен прессом усилием 140 МН, паровой молот завода Терни в Италии с массой падающих частей 1,08 МН был заменен гидравлическим прессом усилием 40 МН. В настоящее время изготовляются гидравлические прессы усилиями 350-500 МН и даже 750 МН. В нас тоящее время в России имеется два гидравлических пресса усилием 750 МН. Один установлен на металлургическом заводе в Самаре, другой – в Перми на Урале. Проектирование этих прессов осуществлялось под руководством профессора, доктора технических наук Б.В. Розанова. В 1973-1974 гг. французская фирма «Интерфорж» объявила о желании приобрес ти сверхмощный гидравлический пресс для штамповки сложных крупногабаритных деталей авиационной и космической техники. В своеобразном конкурсе приняли участие ведущие фирмы многих стран. Предпочтение было отдано советскому проекту. Вскоре был заключен договор, и в начале 1975 года при въезде в старинный французский город Иссуар возник огромный производственный корпус, сооруженный для одной машины – уникального гидравлического пресса усилием 650 МН. Контракт предусматривал не просто поставку оборудования, а сдачу пресса «под ключ», т. е. монтаж и пуск силами советских специалистов [3]. Точно в срок, установленный контрактом, 18 ноября 1976 года, пресс отштамповал первую партию деталей. Французские газеты называли его «машиной века» и приводили любопытные цифры. Масса этого гиганта – 170 МН (17000 т) – в два раза превышает массу Эйфелевой башни, а высота цеха, где он установлен, равна высоте собора Парижской богоматери. Несмотря на огромные размеры, процесс характеризуется большой скоростью штамповки, необычно высокой точностью. Накануне пуска агрегата французское телевидение показывало, как траверса массой 20 МН (2000 т) аккуратно раскалывает грецкие орехи, не повреждая их сердцевину, или задвигает поставленный «на попа» спичечный коробок, не оставляя при этом на нем ни малейших повреждений. На церемонии, посвященной передаче пресса, выступил в то время пре, зидент Франции В. Жискар д Эстен. Заключительные слова своей речи он произнес по-русски: «Спасибо за это отличное дос тижение, которое делает чес ть советской промышленности». Этот пресс обошелся французской казне в 158 млн. рублей золотом в ценах 1975 года. Кривошипные кузнечные машины. Одновременно с паровыми и приводными молотами и прессами широкое распространение в кузнечном производстве получили кривошипные кузнечные машины, выполняющие одну, две, три и более кузнечных операций. К числу таких машин относятся горизонтально-ковочные машины, вертикально-ковочные, бульдозеры, вертикальные кривошипные прессы, прессы и ножницы для холодной резки металла, гибочные прессы, машины для холодной высадки и т. д. 11

Все эти машины связаны одним основным признаком – наличием у них кривошипно-шатунного механизма, с помощью которого наносится удар по поковке или оказывается давление на нее. Наиболее характерными предс тавителями этого вида машин являются горизонтально-ковочные машины (ГКМ) и вертикальные кривошипные прессы [1,14,20,33]. ГКМ появились в 1835 году для высадки головок болтов. С течением времени облас ть применения этих машин расширялась, изменялось и улучшалось конструктивное их оформление, и в настоящее время они широко используются для горячей высадки, осадки и прошивки крупных, средних и мелких поковок. Наряду с ГКМ, обрабатывающими металл в горячем состоянии, получили широкое распространение высокопроизводительные машины этого же типа – высадочные автоматы, на которых, в большинстве случаев без нагрева заготовки, изготовляются болты, гайки, нормали и т. д. Вертикальные кривошипные прессы появились в XIX в. и в настоящее время широко применяются для горячей и холодной штамповки, обрезки заусенцев, для листовой штамповки. Из вертикальных механических прессов особенно прогрессивным оказался кривошипный ковочно-штамповочный пресс (КГШП), на котором можно изготовлять поковки такого же типа, как и на штамповочных молотах, но значительно быс трее и с большей точнос тью. На ГАЗе установлены, в новой кузнице, два кривошипных пресса с усилием 63 МН, на УАЗе три пресса по 16 МН, высокопроизводительный и высокоточный автомат фирмы Хатебур, выдающий 60 поковок в минуту. Для всех кривошипных прессов, кроме ножниц, характерны процессы заклинивания, вывод из которых достаточно трудоемок. В структуре современных кривошипных прессов предусмотрено наличие таких узлов как фрикционные муфта включения и тормоз, отказы в работе которых приводят к тяжелым последствиям для операторов. В 80-х годах XX века были предложены безмуфтовые механизмы включения для прессов усилием до 500 кН (изобретения СССР и зарубежные патенты на безмуфтовые приводы Е. В. Кожевникова, г. Воронеж). Этим конструкциям характерны постоянные вращения главных валов и наличие «ломающихся» шатунов, что снижает их металлоемкость и затраты энергии за цикл работы, уменьшает нагрузки в приводе и исключает их заклинивание от перегрузок по усилию. Ползун этих прессов можно возвратить в верхнеее положение с любой точки хода вниз. Это исключает случаи травматизма операторов. Винтовые прессы. Общепринято именовать современные кузнечноштамповочные машины с винтовой парой в составе главного исполнительного механизма винтовыми прессами [1,8]. Современные винтовые машины обладают небольшой линейной скоростью ползуна в начале удара и этот факт явился причиной (в историческом плане), обусловившей отнесения винтовых машин к машинам статического (квазиударного) действия, т. е. к прессам. Другой отличительный признак, сближающий винтовые машины с кривошипными м гидравлическими прессами, – 12

замкнутая силовая конструкция станины и главного исполнительного механизма. У винтовых прессов нет и шабота – характерной детали молотов. Ненадобность шабота объясняется незначительным количес твом движения у ползуна перед ударом вследствие малой его скорости, а также замкнутой силовой конструкцией, позволяющей воспринимать удар всей массой винтового пресса. Аккумулятором кинетической энергии, преобразующейся в период рабочего хода (удара) в работу пластической деформации металла независимо от конструктивного устройства винтового пресса и типа привода, является маховик. Для привода винтовых прессов используют электродвигатели и передаточные механизмы: механические фрикционные, электрические и гидравлические или пневматические [8]. Винтовые фрикционные прессы. Первый фрикционный пресс изобретен Г. Симоном в Германии (1877 г.). Наибольшее распространение в промышленности получили двухдисковые винтовые прессы с лобовым фрикционным передаточным механизмом. Электровинтовые прессы, Первый электровинтовой пресс с круговым статором был изобретен, сконструирован и изготовлен в СССР в 1932 г. по предложению профессора А.Т. Головина. В 1960 году изобретен электровинтовой пресс с дуговым статором профессором В.Е. Стоколовым (СССР). Особенности отечественных электровинтовых прессов заключается в непосредственном электрическом приводе исполнительного механизма без промежуточных механических или гидравлических передач. Электровинтовые дугостаторные прессы усилием 250-10 000 МН изготовляет Чимкентский завод пресс-автоматов (ЧЗПА). Гидровинтовые прессы. Первый гидровинтовой пресс с приводным гидроцилиндром, воздействующим на винт, изобретен в 1914 г. Е. Бьером и с гидромотором вращательного движения, воздействующим на винт, – 1916 г. Г. Конкурандой в Авс трии. Первый гидровинтовой пресс с комбинированным воздействием на поковку усилия гидроцилиндра и кинетической энергией рабочих частей изобретен в 1949 г. профессором А.И. Зиминым [1,8]. Освоение серийного выпуска гидровинтовых прессов усилием до 16 МН осуществляется с 1968 г. ЧЗПА и усилием до 160 МН Воронежским производственным объединением по выпуску тяжелых механических прессов. Следует отметить – во всех винтовых прессах процесс заклинивания отсутствует. Ротационные кузнечные машины. Целый ряд ковочно-штамповочных операций оказалось возможным выполнять на машинах, сконструированных по принципу прокатных станов, т. е. с помощью вращающихся валков. Протяжка труб, прутков круглого, квадратного, прямоугольного сечения с большего на меньший размер, правка, раскатка и другие операции в горячем и холодном состоянии успешно выполняются на различных ротационных кузнечных машинах – ковочных вальцах, обжимных, специальных прокатных, кольцераскаточных и других машинах, обладающих высокой производительностью [1,8,28]. 13

Из этих машин наиболее часто встречаются ковочные вальцы, на которых пруток или окончательно протягивается или подготавливается для последующей горячей штамповки на прессах, молотах. Оборудование и приспособления для механизации ковочных и штамповочных работ. Мощные и производительные кузнечно-прессовые машины, на которых в кузницах свободной ковки изготовляют тяжелые поковки весом в сотни тонн, а в кузницах горячей штамповки – миллионы штампованных деталей для современного массового производства автомобилей, самолетов, тракторов, комбайнов и т. д., потребовали широкой механизации ковочных и штампованных молотов. Мостовые краны, кантователи, манипуляторы (железные руки), шаржир-машины (предназначены для посадки тяжелых слитков в печь и подачи нагретых слитков к кузнечному агрегату под манипулятор) и другие машины, которые выполняют все операции по перемещению поковок и заготовок. В кузнечных цехах горячей штамповки для перемещения мелких и средних штамповок применяют конвейеры: подвесные, плас тинчатые и ленточные; тележки; автокары и электрокары; местовые краны и т. д. Для нагрева заготовок в кузнечных цехах применяют пламенные печи, работающие на газе (мазуте) и электрические – индукционные и сопротивления. В наиболее экономически развитых странах кузнечные машины составляют до 1/3 общего станочного парка, в то время или 25-30 лет назад они составляли 10-15 %. Число типоразмеров современных кузнечных машин дос тигает нескольких десятков наименований. Машинос троение требует более быстрого роста производства кузнечнопрессовых машин по сравнению и рос том производства металлорежущих с танков, значительного увеличения выпуска кузнечно-прессового оборудования, особенно мощных гидравлических, механических, ковочно-штамповочных и чеканочных прессов, горизонтально-ковочных машин и высадочных автоматов. Русские ученые, машиностроители и изобретатели внесли крупный вклад в теорию и практику ковочно-штамповочного производства и кузнечного оборудования. Так, первые русские кузнецы Марк Васильевич Сидоров и оружейник Василий Антонович Пастухов уже в начале XIX в. применили на Тульском заводе процесс горячей штамповки железа. Д.К. Чернов и С.И. Губкин являются создателями современной теории обработки металлов давлением и теории кузнечных машин. Своего национального кузнечного машиностроения в дореволюционной России не существовало, однако, теоретическая мысль русских инженеров в анализе работы кузнечных машин была на сравнительно большой высоте для своего времени. Элементы расчета молотов разработали русские инженеры-ученые: проф. И. А. Тиме (1872 г. – работа по молотам), проф. П.М. Мухачев (1902), проф. Я.Н. Маркович (1913), проф. Гавриленко (1925) и др. Научная мысль русских ученых стала быс тро развиваться после Октябрьской революции. Теория кузнечных машин-орудий, анализ их рабочего цикла 14

связана с именами таких советских ученых, как проф. Я.Н. Маркович, создавшего оригинальную и строго научную теорию расчета паровых молотов, пневматических молотов. Эта теория была развита далее и усовершенствована в трудах проф. А. И. Зимина (уточненный метод теоретического анализа парового молота, теория фрикционного пресса). Доктор технических наук М. В. Сторожев предложил теорию гидравлических и кривошипных прессов, инженер Гирш и проф. В.И. Залесский разработали теорию кривошипных гибочных машин и теорию горизонтально-ковочных машин. Проф. Е. П. Унксов – теорию пружинного и пневматического молотов, проф. И.В. Климов – теорию бесшаботного молота и уточненный метод теплового расчета паровых молотов [12] и т. д. Дальнейшее развитие ковочно-штамповочного производства, как самого прогрессивного метода обработки металлов, связано с дальнейшим внедрением механизации и автоматизации не только технологических и транспортных операций, но и нагрева. Широко используются прецизионные методы ОМД, такие как выдавливание и т. д., способное давать чистовую деталь с минимальной механической обработкой резанием, например, шлифовкой. В связи с этим приобретают исключительно важное значение конструкции кузнечно-прессовых машин, способных на основе механизации и автоматизации повысить точность и чистоту поковок до такого состояния, которое исключало бы необходимос ть дальнейшей механической обработки. Явные и неоспоримые преимущества горячей штамповки перед свободной ковкой выдвигают и другую задачу – создать кузнечные машины не только высокопроизводительные, но и способные штамповать любые поковки, независимо от массы и габаритов. Примером высокопроизводительной и высокоточной машины может служить автомат фирмы «Хатебур», установленный на ОАО «УАЗ» (г. Ульяновск). Раздел 1. ХАРАКТЕРИСТИКА КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ МАШИН Лекция 2. Классификационная маркировка кузнечно-штамповочных машин Система условного маркирования основана на разделении кузнечноштамповочных машин по главным конструктивным признакам или технологическому назначению на 12 видов, каждому из которых присваивается самостоятельный знак-буква [8]: 1. А – автоматы кузнечно-прессовые; 2. Б – прессы пакетировочные и брикетировочные; 3. В – машины ковочные; 4. Г – оборудование гидравлическое; 5. Д – прессы гидравлические для неметаллических веществ; 6. И – машины гибочные и правильные; 7. К – прессы кривошипные; 15

8. М – молоты; 9. Н – ножницы и хладноломы; 10.П – прессы гидравлические для металла; 11.С – вальцы ковочные; 12.Ф – прессы винтовые, реечные и рычажные. Внутри вида машины подразделяются на группы по общим конструктивным или технологическим признакам. Каждая группа получает определенный однозначный порядковый номер от 1 до 0. Для примера в таблице приводится групповая классификация кривошипных, гидравлических прессов для металла и молотов (см. табл. 1.1). Таблица 1.1 Групповая классификация кривошипных и гидравлических прессов и молотов № гр. 1

Кривошипные прессы (К)

2

Однокривошипные Двухкривошипные Четырехкривошипные Однокривошипные Двухкривошипные Четырехкривошипные Чеканочные и горячештамповочные Обрезные Специальные

5 6 7 8 9 0

Простого действ ия

Двойного действ ия

4

Двухстоечные

3

Одностоечные

Гидравлические прессы для металла (П) Ковочные и гибочные

Молоты (М) Паровоздушные ковочные

Для объемной штамповки

Паровоздушные штамповочные штамповки Листоштамповочные

Для листовой простого действия Для листовой штамповки Пневматические двойного действия Для штамповки резиной Падающие Для механосборочных цехов

Рессорно-пружинные

Чеканочные и калибровоч- Бесшаботные ные Для истечения металлов — — Специальные

— Специальные

Каждая группа разбивается на типы по второстепенным конструктивным признакам или технологическому назначению. Каждый тип машины получает порядковый номер от 1 до 0. Например, в восьмой группе кривошипных прессов выделяют пять типов машин: чеканочные с нормальным ходом (под индексом 3), то же с увеличенным ходом – 4, горячештамповочные для горячей объемной штамповки в открытых штампах – 5, Для горячего выдавливания – 6, горячештамповочные двойного дейс твия для горячей объемной штамповки в разъемных штампах – 8. Каждый тип машины подразделяется на размеры с присвоением третьего двухзначного номера от 00 до 59 при увеличении основного параметра машины. При этом основные параметры машин устанавливают по 10-му ряду предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-86): 0,1; 0,125; 0,16; 0,2; 0,25; 0,315; 0,4; 0,5; 0,63; 0,8 с последующим увеличением параметра в 10,100,1000 и 10000 раз (табл. 1.2). 16

Исходная модель машины данного вида, группы, типа и размера принимается в качестве базовой, что специально оговаривается при утверждении проекта машины соответствующими инстанциями. Марка базовой модели имеет 5 знаков. Например, кривошипный горячештамповочный пресс с номинальным усилием 10 МН маркируется К8540. Все остальные модели машин одного типоразмера, отличающиеся от базовой некоторыми параметрами (размеры штампового прос транс тва, числа ходов и т. п.) или непринципиальными изменениями в конструкции, классифицируются как модификации базовой модели с добавлением шестого индекса – буквы в конце марки. Например: К8540А. Если в производство вводится модель машины того же типоразмера, но с принципиальными различиями в конструкции узлов или со значительными изменениями главных параметров, что вызывается особенностями технологического назначения, то такая модель классифицируется как параллельная базовой. Ее марка дополняется буквой перед цифрами группы, типа и размера. Например, кривошипный горячештамповочный пресс номинальным усилием 10 МН, являющейся моделью, параллельной базой, маркируется индексами КБ8540А. При присвоении марки автоматизированному комплексу впереди марки главной кузнечно-штамповочной машины в составе этого комплекса добавляют буквы АК, а обрабатывающему центру – буквы ОЦ. Например: ОЦК0126Ф4 – пресс дыропробивной координатно-револьверный. Если кузнечно-штамповочная машина снабжена программным управлением, то в конце ее марки добавляется буква – П. Например: К0122АП – кривошипный дыропробивной координатно-револьверный пресс, модифицированный по непринципиальным признакам с программным управлением.

17

Таблица 1.2

№ ряда

Усилие, МН

№ ряда

№ ряда

№ ряда

№ ряда

№ ряда

Размерные ряды параметров КПМ по усилию Усилие, Н

Усилие, кН

Усилие, кН

Усилие, МН

Усилие, МН

00

1000

10

10,0

20

100

30

1,00

40

10,0

50

100

01

1250

11

12,5

21

125

31

1,25

41

12,5

51

125

02

1600

12

16,0

22

160

32

1,60

42

16,0

52

160

03

2000

13

20,0

23

200

33

2,00

43

20,0

53

200

04

2500

14

25,0

24

250

34

2,50

44

25,0

54

250

05

3150

15

31,5

25

315

35

3,15

45

31,5

55

315

06

4000

16

40,0

26

400

36

4,00

46

40,0

56

400

07

5000

17

50,0

27

500

37

5,00

47

50,0

57

500

08

6300

18

63,0

28

630

38

6,30

48

63,0

58

630

09

8000

19

80,0

29

800

39

8,00

49

80,0

59

800

18

ПРИМЕРЫ МАРКИРОВОК ОБОРУДОВАНИЯ (см. табл. 1.1 и 1.2) КД 2120 КД 2122 Е КМ 2134 А

Однокривошипный открытый ненаклоняемый простого действия

КД 2320 КД 2122 Г КД 2328 Г

Однокривошипный открытый двухстоечный ненаклоняемый простого действия

К 3130 А К 3132 А К 3134

Двухкривошипный открытый простого дейс твия

КВ 2534 КВ 2535 А КВ 2542 КБ 3534 А КБ 3537 КА 3540

Однокривошипный закрытый прос того действия

Двухкривошипныйый закрытый простого действия

КА 4540 КА 4542 К 4548

Четырехкривошипный закрытый простого действия

КА 5528 КБ 5535 КА 5538

Однокривошипный закрытый двойного действия

К 7538 КА 7040

Четырехкриворшипный закрытый двойного действия

К 8837 К 8839

Кривошипный горячештамповочные двойного действия

КБ 8334 КБ 8338 К 8346

Кривошипно-коленные чеканочные

КБ 0032 КБ 0034 КБ 0038

Кривошипно-коленные для холодного выдавливания 19

ВА 1132 ВВ 1134 В 1139 А В 1145 Б

Горизонтально-ковочные машины с вертикальным разъемом матриц

НД 3112 Б НД 3414 Г НА 3221

Ножницы кривошипные с наклонным ножом

Н 1838 А НА 1540 Н 1542

Ножницы сортовые кривошипные закрытые

А 6826 А А 6834 А А 6830

Прессы-автоматы для чис товой вырубки

АБ 6220 АВ 6224 АВ 6234

Прессы-автоматы лис тоштамповочные с нижним приводом

А 6122 А АА 6128 А АБ 6144

Прессы-автоматы лис тоштамповочные многопозиционные

К 0122 АП К 0128 П ОЦ К 0126 Ф 4

Прессы дыропробивные координатноревольверные

ИА 1328 И 1330 А И 1334 А

Прессы листогибочные кривошипные

АА 7211 АА 7217 А 7219

Прессы-автоматы универсально-гибочные

КБ 8540 КБ 8546 К 8551

Прессы горячештамповочные кривошипные

20

Лекция 3. Классификация кузнечно-штамповочных машин по кинематике исполнительного механизма В основу классификации кузнечно-штамповочных машин положен характер изменения скорости рабочих час тей машины за время рабочего хода. Такая классификация по характеру изменения скорости рабочих частей впервые была предложена А. И. Зиминым [10]. Согласно этой классификации все кузнечно-штамповочные машины подразделяются на пять основных групп (рис. 1.1). ГРУППА 1 – молоты, характеризуются так называемой нежес ткой кривой изменения скорости рабочих частей машины. В зависимости от сопротивления деформации изменяется время рабочего хода tp и величина хода подвижных частей, а следовательно, и форма кривой скорости. Такие кривые изменения скорости называются нежесткими. Винтовые прессы (фрикционные винтовые прессы с механическим приводом и винтовые пресс-молоты с гидравлическим проводом) имеют такую же нежесткую кривую изменения скорости рабочих частей во время рабочего хода, как и молоты, разница лишь в различных абсолютных значениях скорости. Поэтому винтовые прессы также относятся к машинам группы 1, хотя их называют прессами. ГРУППА 2 – гидравлические прессы, имеют также нежесткую кривую изменения скорости рабочих частей машины. У этой группы машин рабочий ход может начинаться с какой-то начальной или нулевой скорости. Максимальные скорости рабочих частей пресса сравнительно невелики (до 0,3 м/сек). ГРУППА 3 – кривошипные машины. Рабочие части этих машин за время рабочего хода имеют жесткую кривую изменения скорости, форма которой зависит от кинематики привода. Скорость рабочих частей небольшая, – до 0,5 м/сек. ГРУППА 4 – машины ротационного типа, имеющие пос тоянную скорость рабочих частей (окружную скорость), которая достигает 8 м/сек. Это прокатные станы, машины поперечно-клиновой и продольной прокатки, роликовые ножницы, станы для получения гнутых профилей, валковые гибочные машины. ГРУППА 5 – импульсные штамповочные машины и машины для гидравлической, пневматической и вакуумной штамповки, которые имеют нежес ткую кривую изменения скорости рабочих частей за очень короткое время рабочего хода. Импульсное штамповочное оборудование может осуществлять деформирование непосредственно рабочим телом (воздухом, газами, жидкостью, магнитным полем и т. п.). Для штамповки взрывом применяют специальные твердые ВВ или горючие смеси. Скорость рабочего хода тела при этом достигает 300 м/сек. Кроме приведенной классификации существует классификации кузнечнопрессовых машин по технологическому, конструктивному и другим признакам.

21

Кузнечно-штамповочные машины

М олоты Vmax до 20 м/сек t p=0,01-0,001 сек

Гидравлические прессы Vmax до 0,3 м/сек t p=0,1-100 сек и более

Кривошипные машины Vmax до 0,5 м/сек t p=0,01-3 сек и более

М ашины ротационного типа Vmax до 8м/сек t p=0,1 сек и более

Импульсные штамповочные машины Vmax до 300 м/сек t p=0,0020,00001 сек

Рис.1.1. Классификация кузнечно-штамповочных машин по кинематике рабочего хода

Рассмотрим структуру современных кузнечных машин (рис. 1.2).

22

Кузнечная машина

Станина

Рис.1.2. Структура кузнечных машин

Механизм управления

6.

Механиз м смазки

Противошумовые устройства

Механизмы, повышающие эксплуатационную надежность оборудования и улучшающие условия труда

Контрольные и индикаторные устройства

4.3

Уравновешиватели

Тормоза маховиков

Быстродействующие захваты

Выдвижные столы и плиты

Механиз мы регулировки закрытой высоты 7.

5.

Механиз мы, облегчающие наладку машин и штампового инструмента

Микроприводы

4.2

Механизмы, расширяющие технологические возможности оборудования

Вспомогательные механизмы

Устройства для вывода из распора

4.

Предохранительные устройства

Механиз м привода

Механиз мы регулировки величины хода ползуна

3.

Механиз мы переориентации

Выталкивател и

Вспомогательные

Рабочие

4.1

Передаточны е механизмы

Переналаж иваемы упоры

2.

Прижимные устройства

1. Исполнительные механизмы

Лекция 4. Требования, предъявляемые к кузнечно-штамповочным машинам Основным требованием, предъявляемым к кузнечно-штамповочным машинам до последнего времени, была их высокая прочнос ть, а в некоторых случаях жесткость. В настоящее время требования, предъявляемые к этим машинам, значительно возросли. К новым требованиям относятся высокая производительность и экономичнос ть, безопасность работы, надежнос ть и долговечность [9]. Важным вопросом при проектировании кузнечно-штамповочных машин является выбор их основных параметров. На основные параметры и размеры большинс тва универсальных кузнечно-штамповочных машин имеются государственные стандарты. К основным параметрам молотов относятся масса и ход подвижных частей, энергия удара, размеры штампового пространства. К основным параметрам гидравлических прессов относятся номинальное усилие, номинальное давление рабочей жидкости, наибольший ход поперечины, размеры штампового пространства и т. д. К основным параметрам кривошипных машин относятся номинальное усилие, ход ползуна, соответс твующий этому усилию (так называемый подход), а также полный ход ползуна, число ходов в минуту, размеры штампового пространства и т. д. Оценка уровня качества машин. Кроме ГОСТов на основные параметры и размеры кузнечно-штамповочных машин имеются с тандарты на нормы точности этих машин, а также технические условия на их изготовления, разрабатываемые организациями, проектирующими машины. Технические условия на каждую машину составляют на основании ГОСТ 7600-86. Соблюдение этих документов обеспечивает изготовление качественных кузнечно-штамповочных машин. Оценку машины производят по четырем группам показателей – прогрессивности технологического процесса, выполняемого на машине, и прогрессивности ее конструкции; экономичности конструктивных решений; эксплуатационным характерис тикам и технологичности решений. Для проведения такой оценки для каждого вида машин конструкторы составляют «Карты технического уровня и качества продукции» (ГОСТ 2.116-71). Кривошипные машины. Кривошипными называются такие машины, которые выполняют ковочно-штамповочные работы усилием, создаваемым кривошипно-шатунным механизмом, эксцентриками, системой рычагов, кулачков, шестерен и других передач. Механические прессы, благодаря своим высоким эксплуатационным качествам, экономичности и простоте управления получили широкое распространение в заводской практике. На механических прессах можно выполнять всевозможные работы по горячей и холодной штамповке, например: 1. Горячую штамповку больших, средних и малых по габаритам поковок; выдавливание (экстрюдинг-процесс); 24

2. Обрезку заусенцев, отштампованных на других кузнечно-прессовых машинах поковок, как в горячем, так и в холодном состоянии; 3. Холодную штамповку различных изделий из листового материала, включая все технологические операции – резку, вырезку, гибку, вырубку, пробивку отверстий, вытяжку, сборку и т. д. Кривошипные ковочно-штамповочные машины, в отличие от молотов и гидравлических прессов, обладают рядом преимуществ – точнос тью штамповки, относительной бесшумностью в работе, достаточной быстроходностью и не требуют дорогих и сложных фундаментов. Легко оснащаются средствами автоматизации и механизации. По назначению все кривошипные машины можно разделить на следующие виды: 1. Кривошипные прессы общего назначения (универсальные); 2. Листоштамповочные автоматы; 3. Вытяжные прессы; 4. Горячештамповочные кривошипные прессы; 5. Чеканочные кривошипно-коленные прессы; 6. Горизонтально-ковочные машины; 7. Гибочные и правильные машины; 8. Кривошипные ножницы. Классификация. Признаков классификации кривошипных машин (прессов) существует довольно много. Классификацию можно проводить по кинематическому признаку – структуре кинематической цепи передаточного механизма, по расположению плоскости движения ползуна и положению кривошипа, по числу исполнительных механизмов, работающих в цикле и совершающих требуемый процесс деформирования. Наиболее общепринятой является классификация кривошипных машин по технологическому признаку, так как особенности технологического процесса обуславливают и конструкцию машины (пресса). Прежде всего, необходимо указать три группы машин (прессов) – для листовой, объемной штамповки и металлических порошков (рис. 1.3). Прессы для листовой штамповки должны быть более универсальными по сравнению с прессами для объемной штамповки, а их штамповое пространство и величина хода должны быть достаточно большими. Для объемной штамповки характерны большие степени деформации и сравнительно небольшие размеры штампов и получаемых деталей. Поэтому ход и размеры штампового пространс тва здесь значительно меньше. Чтобы обеспечить требуемую точность и минимум энергетических затрат, прессы для объемной штамповки должны обладать высокой жесткостью. При горячей штамповке необходима кратковременнос ть процесса деформации, поэтому эти прессы должны быть быс троходными.

25

Кривошипные машины для штамповки

Листовой

Общего назначения

Объемной

Специализированные автоматы

Металлопорошковые

Специализированные автоматы

Общего назначения

Ножницы листовые и высечные

Многопозиционны е

Ножницы сортовые и стропные

Для холодной штамповки

Универсальные прессы

С нижним приводом

Горячештамповочные прессы

Для горячей и полугорячей штамповки

Дыропробивные прессы

Автоматы с плав ающим ползуном

ГКМ

Гибочные

Вытяжные прессы

Чеканочные прессы

Резьбонакатны е

Гибочные прессы

Гибочные и плавильные прессы

Специализированные автоматы

Обрезные прессы Радиально-ковочные прессы Рис 1.3. Классификация кривошипных прессов по технологическому наз начению 26

Для прессования порошков

Для калибровки после спек ания

В каждой группе прессов можно выделить подгруппу прессов общего назначения и автоматов, используемых для обработки определенного типа деталей и снабженных механизмами, обеспечивающими полную автоматизацию операций всего цикла. Здесь в первую очередь имеются в виду операции подачи заготовок и удаления готовых деталей. Рассматривая подгруппу прессов общего назначения для лис товой штамповки, в порядке осуществления типовых технологических процессов, различают ножницы листовые, универсальные прессы различных типов, прессы для вытяжных и формовочных работ, дыропробивные и гибочные прессы. К подгруппе автоматов для листовой штамповки относят многопозиционные листоштамповочные автоматы, автоматы с нижним приводом и быстроходные автоматы с плавающим ползуном, предназначенные для вырубки из ленты. В подгруппу прессов общего назначения для объемной штамповки входят сортовые и скрапные ножницы, горячештамповочные, обрезные, чеканочные, гибочные и правильные прессы, горизонтально-ковочные и радиальноковочные машины. В подгруппу автоматов для объемной штамповки входят автоматы для холодной штамповки (холодновысадочные), автоматы для горячей и полугорячей штамповки, гибочные автоматы, резьбонакатные автоматы. Следует иметь в виду, что каждый вид автоматов подразделяют на отдельные типы. Например: однопозиционный двухударный автомат и четырехпозиционный автомат находятся в одной рамке на схеме. Интенсивное развитие кузнечно-прессового производства способствует появлению новых видов и типов машин, поскольку кузнечно-прессовая технология непрерывно совершенствуется и внедряется в новые для нее отрасли. Например: лис тоштамповочные прессы с безмуфтовым приводом в прессах общего назначения – в группу универсальных прессов; машины со сферодвижным прессователем для холодной объемной штамповки – в спец. автоматы для холодной штамповки. Лекция 5. Передаточные механизмы кривошипных машин Как в каждой технологической машине, в кривошипной машине (прессе) имеется исполнительное или рабочее звено – ползун, с помощью которого перемещается обрабатывающий инструмент – штамп. Ползун является последним звеном исполнительного механизма. В качестве начального или ведущего звена в кривошипном прессе в основном применяют кривошип, в редких случаях – кулачок [1]. Ползун, перемещающий штамп в кривошипных кузнечно-штамповочных машинах, совершает заданное возвратно-пос тупательное движение при работе кривошипно-рычажного механизма того или иного типа. Поскольку эта связь между рабочим исполнительным механизмом и передаточным механизмом является кинематически жесткой (без учета упругой деформации звеньев передаточного механизма и машины в целом, и скольжения электродвигателя), можно считать, что изменение скорости ползуна всегда происходит по определенному 27

закону независимо от характера выполняемой операции. Время одного возвратно-поступательного движения (хода) ползуна соответствует циклу работы пресса. Дважды за цикл при крайних положениях ползуна скорость равна нулю. Таким образом, движение сопровождается дейс твием инерционных сил, переменных по величине. Технологические требования для выполнения той или иной операции обуславливают тот или иной характер перемещения рабочего звена и тип применяемого передаточного механизма, с помощью которого обеспечивается заданный характер движения. Изменение кинематических параметров движения ползуна может быть достигнуто варьированием структуры и размеров звеньев передаточного механизмами и варьированием только размеров кривошипа. Поэтому в кривошипных прессах применяются кривошипно-рычажные и кулачково-рычажные передаточные механизмы большей или меньшей сложности. В нас тоящее время можно указать четыре группы (1-4) передаточных механизмов кривошипных прессов, каждая из которых отвечает определенным технологическим требованиям (рис. 1.4). К группе I можно отнести четырехзвенные механизмы, применяемые в тех случаях, когда особых требований к кинематическим параметрам (кроме длины хода) не предъявляются. Достоинства механизмов – компактнос ть и простота. Наибольшее применение нашел кривошипно-шатунный механизм 1.1 в центральном и дезаксиальном вариантах. Менее распространены шарнирный кривошипно-коромысловый четырехзвенник 1.2 (ножницы листовые и сортовые средних размеров небольшой и средней мощности) и кулисные механизмы 1.3 и 1.4 (радиально-ковочных и радиально-обжимных машинах, холодновысадочные автоматы и горячештамповочные прессы). В тех случаях, когда на малом участке рабочего хода ползуна (в конце хода) необходимо преодолеть большие полезные сопротивления, используют механизмы группы 2, для которых характерны весьма малые скорости ползуна в конце хода вниз при малых необходимых моментах на ведущем звене. Небольшие скорости перемещения штампа улучшают условия чеканки и калибровки, поэтому механизмы 2.1 и 2.2 применяют в чеканочных прессах и прессах для холодного выдавливания. Механизм 2.3 нашел применение в обрезных автоматах, 2.4 – в прессах-автоматах с плавающим ползуном. В этом случае перемещения в горизонтальном направлении центрального шарнира, укрепленного на шатуне, используют для подачи штампуемой ленты. При лис товой штамповке сложных деталей скорость перемещения штампа должна быть ограничена при соприкосновении его с деформируемым материалом и в процессе формообразования. Для обычного центрального кривошипно-шатунного механизма изменение скорости неравномерно, но время прямого и обратного хода ползуна и изменения его скорости на участках холостого и обратного ходов, для обеспечения равномерного перемещения ползуна на учас тках рабочего хода применяют более сложные механизмы, объединенные в группу 3. 28

Рис. 1.4. Классификация кривошипных прессов по кинематике передаточного механизма

29

Кривошипно-рычажный механизм 3.1 применяют в вытяжных и правильных прессах. Механизм 3.2 и 3.3 отличается от механизмов 1.2 и 2.2 наличием двух ведущих кривошипов, что обеспечивает сравнительно большой ход (3-4 радиуса кривошипа) и повышенную скорость обратного хода ползуна. Такие отличительные особенности механизма определили его применение в специализированных прессах, предназначенных для вытяжки глубоких полых изделий. Механизм 3.3 характеризуется теми же особенностями, что и механизм 3.2. У механизма 3.3 вращение ведомого кривошипа осуществляется неравномерно, благодаря чему можно сократить продолжительность обратного хода и длительное время (при достаточно равномерной скорости) совершать прямой ход ползуна. Такой механизм также применяют в вытяжных прессах для глубокой вытяжки. Механизм 3.4 в основном применяется для прессов-автоматов, предназначенных для изготовления деталей методом холодного выдавливания. В этом механизме обратный ход и большая час ть прямого хода ползуна совершается за счет работы кулачка и рычажно-коленной связи, рабочий ход – при повороте 0 кривошипа на 135 от крайнего переднего положения ползуна при спрямленном положении звеньев колена. Структура этого механизма аналогична структуре механизма 3.2, но здесь второй кривошип заменен кулачком, что дает большие возможности для изменения скоростных характеристик рабочего звена. В группу 4 относят механизмы, характеризующиеся достаточно большими остановками вспомогательного рабочего исполнительного звена в течении цикла. Механизмы группы 4 применяют для исполнительных механизмов горизонтально-ковочных машин (механизм перемещения зажимных матриц 4.1) и листоштамповочных прессов двойного и тройного действия. Кулачковый (4.1) и кулачково-рычажный (4.2) механизмы можно применять при сравнительно малых действующих усилиях. Так механизм 4.1 обеспечивает усилие зажима матриц не более 0,3 Рн. При усилиях на ползуне более 1,0 МН используют шестизвенный механизм 4.3. Однако, применение шес тизвенного механизма не дает достаточной длительнос ти выстоя и стабильности положения ползуна (в нижнем положении). Большую стабильность (пренебрежимо малые перемещения, значительно уступающие упругим деформациям звеньев) и длительность выстоя дает применение восьмизвенного механизма 4.4 и 4.5. Механизм 4.4 (рис. 1.4, 1.5, 1,6) характеризуется применением дополнительного возвратно-пос тупательного перемещающего звена, чем увеличивает габариты механизма. Указанные группы в основном охватывают все передаточные механизмы, применяемые в прессах.

30

Рис. 1.5. Передаточный механизм типа 4.4. в прессе двойного действ ия и совмещенные кривые перемещений наружного «г» и внутреннего «в» ползунов за цикл: а – коленчатый вал, б – шатун рабочего(вытяжного) ползуна, в – рабочий (вытяжной) ползун, г – прижимной ползун, д – боковой вспомогательный ползун, е – шатун вспомогательный ползуна, ж – рычажный вал (2 шт.), 1 – серьга вспомогательного ползуна (2шт.), 2 и 3 – рычаги рычажного вала,4 – тяга прижимного ползуна (4 шт.)

31

Рис. 1.6 Кинематическая схема пресса двойного действия: 1 – тихоходная двухсторонняя зубчатая передача, 2-3 – быстроходная зубчатая передача, 4 – шестерни быстроходной зубчатой передачи, 5 – серьга вспомогательного ползуна, 6 – вспомогательный ползун, 7 – кривошип вспомогательного ползуна (развернут на 0 180 относительно коленвала), 8 – серьга наружного ползуна, 9 – наружный (прижимной) ползун, 10 – внутренний (вытяжной) ползун

Лекция 6. Кривошипные прессы общего назначения На кривошипных прессах общего назначения выполняют операции вырубки и пробивки, неглубокой вытяжки, гибки и обрезки, а также другие технологические процессы холодной и горячей штамповки, не требующие применения специализированного оборудования. Несмотря на наличие сравнительно большого количества видов прессов, различных по своему технологическому назначению, 90 % всего парка кривошипных машин составляют кривошипные прессы общего назначения. 32

В зависимости от конструктивного оформления станины различают открытые и закрытые прессы (рис. 1.7). В открытых прессах станина имеет С-образную форму, штамповое пространство имеет доступ с трех сторон и удобно для обслуживания. Однако, несимметричное нагружение станины обусловливает ее значительные деформации и возникновение перекосов. В закрытых прессах применяют станину в виде симметричной рамы, это обеспечивает снижение деформаций и при центральной нагрузке исключает перекосы. Открытые прессы могут быть однос тоечными и двухстоечными. У первых станина имеет замкнутое коробчатое сечение, у вторых – состоит из двух несущих стоек, соединенных местными ребрами и приливами. Это дает возможность предусмотреть сквозной проем на уровне штампового пространства для облегчения удаления отштампованных деталей. Одностоечные прессы имеют две модификации – с неподвижным или подвижным столом. Прессы открытые двухстоечные могут быть наклоняемые и ненаклоняемые. Наклоняемые прессы устанавливают на специальные стойки, на которых вся конструкция пресса вместе со станиной может поворачиваться так, что 0 плоскость стола составляет угол 30-35 к горизонту; это облегчает удаление деталей после штамповки. Наклоняемые и ненаклоняемые прессы могут быть одно- и двухкривошипными. У двухкривошипных прессов ползун, имеющий сравнительно большую длину, подвешен на двух шарнирах, соединенных с двумя идентичными кривошипно-шатуными механизмами. Закрытые прессы также различают по числу точек подвеса ползуна: одно-, двух-, и четырехкривошипные. Число кривошипных механизмов определяет размеры штампового пространства и пресса в целом. Существенной особенностью конструкции привода пресса является расположение его валов. Применяют перпендикулярное и параллельное фронту пресса расположение валов. При этом то или иное расположение валов в закрытых прессах может быть принять независимо от числа кривошипов. Двух- и четырехкривошипные закрытые прессы выполняют с верхним и нижним расположением привода. Открытые прессы. В промышленности превалирует штамповка мелких и средних деталей, это и обусловило большое распространение открытых прессов. До 89-85 % парка кривошипных прессов составляют эти сравнительно простые и удобные в эксплуатации прессы. Прессы ненаклоняемые с параллельными фронту расположением коленчатого вала за последнее время находят все большее применение, постепенно вытесняют одностоечные прессы. Это происходит благодаря более удачной компоновке коленчатого вала, который не имеет консольного эксцентрика, а это позволяет уменьшить размеры вала, увеличить длину хода и сделать работу на прессе более безопасной. Ненаклоняемые открытые прессы наиболее часто применяют при усилиях 63-400 тс. (0,63 ÷ 4 МН). Применение с тола-рога существенно увеличивает штамповое пространс тво. 33

Одностоечный пресс с рогом применяют при выполнении операций, которые невозможно осуществить при обычной конструкции стола, например, в мелкосерийном производстве при выполнении таких операций, как отгибка кромки, фальцовка, обработка крупных кольцеобразных деталей (типа ободов) и т. д. Кривошипные прессы общего назначения

Открытые

Однокнивошипные

Однокривошипные

Ненаклоняемые

Двухстоечные

Наклоняемые

С подвижным столом

С неподвижным столом

Одностоечные

Закрытые

Двухкривошипные

Расположение валов параллельно фронту пресса

Четырехкривошипные

Расположение валов перпендикулярно фронту пресса

Двухкривошипные

Рис. 1.7. Классификация конструкций кривошипных прессов общего наз начения

Для крупногабаритных штампов и манипулирования громоздкими деталями применяют двухстоечные прессы с передвижным столом и номинальными усилиями 10-160 тс. (0,63-1,6 МН). Применение передвижного стола снижает общую жесткость пресса и точнос ть взаимной фиксации частей штампа. Поэтому такие прессы не используют для точных штамповочных работ. Прессы с двухстоечной станиной наклоняемые усилием 63-160 тс из-за универсальности и удобств в эксплуатации нашли наибольшее распростране34

ние. Основные параметры открытых прессов регламентируются ГОСТом 940886. Станины открытых прессов могут быть литыми и сварными. Для прессов малых усилий, выпускаемых сравнительно крупными сериями, целесообразными являются литые чугунные с танины (500-700 кН). Прессы больших усилий имеют сварную стальную станину. Одностоечные открытые станины обладают более высокой жесткостью (на 30-40 %) чем двухстоечные станины, поэтому общая жесткость однос тоечных прессов на 15-20 % выше жесткости двухстоечных прессов того же усилия. Оптимальную жесткость открытых прессов определяют по эмпирической формуле С=16 √ Pн тс/мм или 1,6 √ Рн кН/ мм Установкой стяжных болтов можно повысить жесткость станины примерно в 1,5 раза, но они затрудняют обслуживание пресса. Регулирование стола по высоте позволяет приблизительно в 2 раза увеличить минимальную закрытую высоту пресса. Стол имеет боковые приливы, при помощи которых он может отводится в сторону, в случае необходимости. При этом в отверстие стойки, которое прикрывается столом, заводится рог, после чего пресс может быть использован для технологических процессов, где использование рога необходимо. (Рог увеличивает жес ткость с тола.) В прессах больших усилий с тол опирается на два винта, регулируемые гайками, связанными между собой зубчатой передачей. Станины однос тоечных и двухстоечных ненаклоняемых прессов устанавливают непосредственно на фундамент. Станины наклоняемых прессов устанавливают в спец. стойках, служащих также базой механизма регулировки положения наклона станины. У открытых однокривошипных прессов регулировка хода осуществляется за счет промежуточной эксцентиковой втулки, насаженной на кривошипный вал. Общий радиус кривошипа определяется суммированием наружного эксцентриситета втулки ен и экцентриситета кривошипной шейки ев. Максимальная длина хода составляет Нma x = 2 (ен + ев) = 2 rmax. Минимальная длина хода Нmin = 2 (ен - ев) = 2 rmin . Промежуточная длина хода зависит от фиксируемого угла поворота эксцентриковой втулки относительно оси кривошипа, эксцентрик фиксируется с помощью полумуфт. Наличие эксцентрика приводит к необходимости значительно увеличивать рабочий диаметр верхней головки шатуна, что оказывается на величине к. п. д. кривошипного механизма (увеличивает потери на трение). Закрытые прессы. Высокая жесткость закрытых двухстоечных станин позволяет выполнять закрытые листоштамповочные прессы усилиями 40-3500 тс (0,4-35 МН). Эти прессы характеризуются большими размерами штампового пространства, поэтому они, в сравнении с открытыми пресами, обладают большими технологическими возможностями, но, одновременно, и меньшим числом ходов и большей длиной хода. Эти прессы строятся в быс троходном и тихоходном вариантах. 35

Основные параметры одно- и двухкривошипных прессов 100-1600 тс (1,016,0 МН) при длине хода 130-800 мм и числе ходов 6-40 в минуту. Номинальные усилия четырехкривошипных прессов 1000-6300 тс (10-63 МН) при длине хода 250-1000 мм и числе ходов 5-18 в минуту. Однокривошипные прессы предназначены для выполнения вырубных, вытяжных и других операций холодной штамповки, а так же для обрезки облоя после горячей штамповки. Сравнительно малое число ходов этих прессов обуславливает наличие в системе привода двух-трех ступеней зубчатых передач. Конструкция привода в известной степени определяет компоновку пресса, его габаритные размеры и другие эксплуатационные качества. Лекция 7. Листоштамповочные прессы

Рис. 1.8. Классификация листоштамповочных прессов

Современные прессы строят с валами привода перпендикулярными к их фронту, что и увеличивает высоту пресса за счет усложнения траверсы, где размещены все передачи. 36

Стремление уменьшить габаритные размеры пресса привело к применению двухстронних передач в последней и промежуточной зубчатой парах. При использовании вала небольшой длины передачи работают лучше. Поэтому в современном прессостроении отдают предпочтение перпендикулярному размещению валов привода. Верхняя траверса герметизируется, превращается в масляную ванну с уплотнениями в отверстиях для плунжеров, соединяющих ползун с шатуном. Однокривошипные закрытые прессы имеют сварную станину. Кривошипный механизм построен на базе одно- или двухстороннего шестернеэксцентрикового привода. В ползуне находится устройство для регулирования штампового пространства с электроприводом и предохранитель. Наряду с механическим выталкивателем иногда применяют пневматические и гидравлические цилиндры для выталкивания. В столе размещают пневматические или гидропневматические подушки усилием составляющим 2-3 % номинального. Двух- и четырехкривошипные прессы строятся в основном с перпендикулярным расположением валов привода. Кривошипно-шатунные механизмы идентичны, но имеются две конструкции с вращением кривошипов в одну сторону (в тихоходных прессах) и в разные стороны. В последнем случае горизонтальные составляющие реакции от шатуна замыкаются на ползуне, благодаря чему разгружаются направляющие. Для наладки прессов используют микропривод, при этом приводной вал получает вращение от специального электродвигателя небольшой мощности через муфту и систему передач. Стремление к уменьшению габаритных размеров прессов привело к созданию прессов с нижнем приводом. Лекция 8. Технические условия приемки и испытания прессов Ответс твенным моментом изготовления пресса является его приемка и испытание. Общие технические условия по приемке прессов оговорены ГОСТом 7600-86, где указаны требования к качес тву материалов, обработки, сборки и отделки, а также приемке, испытаниям, упаковке и комплектации машины. На каждый типоразмер выпускаемой серийной машины составляют технические условия и программу испытаний первого образца. На основе результатов этих испытаний дается разрешение на право серийного изготовления. При приемочных испытаниях первого серийного образца машины должно быть произведено следующее: - проверена работа узлов на холостом ходу и под нагрузкой; - проверено соответствие пресса нормам точности по определенным ГОСТам и соответс твие его стандартам или заданной технической характеристике. Многочасовые испытания на холостом ходу проводят для проверки исправности всех основных узлов и для обкатки машины. Проверяют четкос ть срабатывания элементов системы включения и выключения, надежность элек37

троаппаратуры, степень нагрева подшипников, муфты, тормоза, работу системы смазки, направляющих и т. д. Контролю подвергают и «холодный выбег пресса», т. е. определяют число холостых ходов пресса, сделанных при выключенном электродвигателе за счет энергии маховика пресса. Полученную величину сравнивают с данными по другим машинам и дают оценку качеству сборки и пригонки основных трущихся элементов. Испытания под нагрузкой выявляют силовые и энергетические возможности пресса. При этом пресс нагружается усилием, близким к номинальному при выполнении какой-либо технологической операции (обычно вырубки), на которую легко определить затраты энергии. При этом обязательна проверка работы пресса в режиме последовательных и одиночных ходов. Нормы точнос ти, установленные ГОСТом на прессы, предусматривают контроль взаиморасположения элементов штампового пространс тва, определяющих положение штампов. Эти нормы проверяют на ненагруженном прессе. Техническая характеристика и паспорт пресса. Совокупность параметров, определяющих технологические и эксплуатационные возможности пресса, называется его технической характерис тикой. Основной параметр пресса – номинальное усилие, под которым подразумевается то полезное сопротивление, которое может быть преодолено при движении ползуна на определенном участке хода без нарушения условий прочности и работоспособности деталей пресса. Номинальное усилие пресса всегда должно быть отнесено к определенному участку хода, отсчитываемому обычно от нижнего крайнего положения ползуна и называемому «номинальным недоходом». Он указывается в ГОСТе на универсальные прессы. Другим параметром пресса является длина хода ползуна, определяемая как расстояние между крайними его положениями. В ряде случаев прессы имеют регулируемый ход, тогда в характеристике указывают максимальную и минимальную величины хода. Число ходов ползуна в минуту – основной скоростной параметр пресса, определяющий его производительность. Линейные параметры определяют технологические возможности пресса, в том числе размеры устанавливаемых штампов. Важнейшим из этих параметров является «закрытая высота», т. е. расстояние от плоскости стола до рабочей плоскости ползуна в его нижнем положении при полном опускании ползуна вниз за счет регулирования «закрытой высоты». Величина регулирования положения ползуна по высоте («закрытой высоты») также является одной из характеристик пресса. Другими линейными параметрами являются размеры рабочей плоскости стола и ползуна, расстояние от оси ползуна до станины («вылет» ползуна) для открытых прессов, расстояние между стойками «в свету» (для закрытых прессов), размеры отверстия в столе, толщина подштамповой плиты. В технической характерис тике пресса указывают следующие энергетические параметры: мощность электродвигателя и число оборотов вала двигателя в минуту. 38

Наконец, в технической характеристике указывают габаритные размеры пресса и его массу. Техническая характеристика необходима технологам для первоначального выбора оборудования с целью изготовления определенной номенклатуры деталей. В паспорте пресса указывают подробную техническую характерис тику пресса и данные, необходимые для его нормальной эксплуатации: размеры элементов штампового пространства пресса (прилагаются эскизы), общая характеристика конструкций отдельных элементов и их особенность, кинематическая схема, график допускаемых усилий, результаты проверки на точность, спецификация зубчатых колес и других передач, спецификация приспособлений и принадлежнос тей, список быстроизнашивающихся деталей, электро- и пневмосхемы, инструкция по эксплуатации. Указываются ориентировочные размеры фундамента пресса и глубина его заложения. В паспорте указывают также завод-изготовитель, время выпуска пресса, его заводской номер (не путать с инвентарным номером, который присваивается службой главного механика завода – потребителя оборудования), массу, габаритные размеры и место его установки. Для всех кривошипных прессов, кроме ножниц, характерны процессы заклинивания, вывод из которых достаточно трудоемок. В структуре современных кривошипных прессов предусмотрено наличие таких узлов как фрикционные муфта включения и тормоз, отказы в работе которых приводят к тяжелым последствиям для операторов. В 80-х годах XX века были предложены безмуфтовые механизмы включения для прессов усилием до 500 кН (изобретения СССР и зарубежные патенты на безмуфтовые приводы В.А. Кожевникова, г. Воронеж [14]). Этим конструкциям характерны постоянные вращения главных валов и наличие «ломающихся» шатунов, что снижает их металлоемкость и затраты энергии за цикл работы, уменьшает нагрузки в приводе и исключает их заклинивание от перегрузок по усилию. Ползун этих прессов можно возвратить в верхнее положение с любой точки хода вниз. Это исключает случаи травматизма операторов. Таким образом, при сохранении пунктов технических характерис тик, содержание паспортов традиционных кривошипных прессов и прессов с безмуфтовым приводом будут несколько отличаться. В последних, вместо муфты и торомоза, разработчик предс тавит чертежи и описания узлов их заменяющих. Раздел 2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ Лекция 9. Главные валы Главные валы в кривошипных машинах имеют различные конструктивное исполнение (рис. 2.1 и 2.2) [4]. Кривошипные валы (схема а) применяют в открытых однос тоечных прессах усилием 〈 1,6 МН. Они имеют регулируемый 39

ход ползуна (как правило); одноколенные с одно- и двухсторонним приводом (схемы б, в) в машинах с большим ходом ползуна (для объемной штамповки, КГШП с клиновым ГИМ, ГКМ), в гибочных машинах, автоматах, открытых листоштамповочных прессах; двухколенные (схема г) – в машинах с номинальным усилием до 4 МН и увеличенным штамповым прос транс твом вдоль фронта пресса (листогибочных прессах, листовых ножницах, двухкривошипных листовых прессах и тд.); эксцентриковые (схемы д-ж) – в тяжело нагруженных машинах для объемной штамповки усилием 〉 3 МН и ходом ползуна до 600 мм. Особенность последних – высокая прочность и жесткость. В нас тоящее время кривошипные валы (тип а) устанавливают редко, т. к. они обладают пониженной жесткостью из-за консольного расположения шатуна. Главные валы шес терне – эксцентрикового типа получили широкое распространение в листоштамповочных прессах усилием 〉 2,5 МН при ходе ползуна до 900 мм ( схемы з, и). Они бывают с одно- и двухсторонним расположением колес. Главные валы шестерне – кривошипного типа (схемы к, л) применяют в листоштамповочных прессах усилием 〉 4 МН. По сравнению с валами шестерне – эксцентрикового типа они обладают меньшей жесткостью и применяются в листоштамповочных прессах двойного действия. Главные валы кривошипных машин устанавливают в опорах скольжения диаметром d0 . Этот размер является основным, от которого зависят все основные параметры вала (табл. 4.1[20]). Размеры опорных шеек (d0 ) коленчатых валов и осей эксцентрика находят, исходя из номинального усилия прессов. Для коленчатого вала однокривошипного пресса простого действия: d 0 ≤ 14 PH при Рн ≤ 2 МН и d 0 = 12 PH + 0, 6 при Рн 〉 2 МН.

Для эксцентрикового вала горячештамповочного пресса: d 0 = 10,3 PН + 1 . Для двухколенного вала прессов простого и двойного действия: d 0 ≤ 14 PH при Рн ≤ 1,8 МН и d 0 = 9 PH + 3 при Рн 〉 1,8 МН. Для двухколенчатого вала чеканочных кривошипно-коленных прессов: d 0 ≤ 6 PH , а для их шарниров dш = 0,06 Рн+9,5. Для коленчатых валов: ГКМ d0 =10 ÷ 13 Р н . Для коленчатого вала двухударных холодно-высадочных автоматов: d 0 ≤ 16 PH . Для осей эксцентриков листоштамповочных прессов: d0 =2,5 Рн +(11 ÷ 12). Во всех вышеуказанных формулах подставляют Рн в МН, а получают d0 в сантиметрах. Определив тип вала и его размеры, выбирают расчетную формулу для определения допустимой нагрузки на вал (РД) при различных его положениях α . В настоящее время существуют 14 расчетных схем [2,21]. 40

LA d0

la

l0

r

d0

lp

lA

R da

d01

d0

R

dа

r

l0

а

l0

б)б

а)

вв) lp

da

R

d0 da

da

R

d0

d0

d0

lp d0

lp

> l0

l0

l0

l0

12°

la

la

l0

la

гг)

дд)

Рис. 2.1. Типы кривошипных валов прессов: а – чистокривошипный; б, в – одноколенный с одно- и двухсторонним приводом; г – двухколенный; д – эксцентриковый 41

r

d0

da

da

dn

d0

R

da

d0

d0

lp

l0

l0

la

l0

la/2

е е)

ln /2

ln

l0

жж) lp

lp

d0

da

R

R d0

da

d0

R

da

lp

la

l0

l0

la

зз)

l0

l0

la

l0

l0 к)

и и)

к

л)

л

Рис. 2.2. Типы кривошипных валов прессов: е, ж – эксцентриковые; з, и – шестерне – эксцентриковые с одно- и двухсторонним расположением колес; к, л – шестерне – кривошипные с одно- и двухсторонним расположением колес 42

Лекция 10. Приводы главных валов Различные типы приводов кривошипных машин показаны на рис. 2.3, 2.4 и 2.5.

Рис. 2.3. Приводы главных валов: а – одноступенчатый; б – двухступенчатый односторонний; в – трехсторонний; г – двухступенчатый двухсторонний

Рис. 2.4. М еждуопорный шестернеэксцентриковый привод: а – трехступенчатый, б – четырехступенчатый, 1 – быстроходная передача, 2 – тихоходная передача, 3 – ось, 4 – эксцентрик 43

Рис. 2.5. Классификация элементов главного привода кривошипных прессов

На рис. 2.6 представлен двухсторонний шестерне-эксцентриковый привод однокривошипного листоштамповочного пресса.

44

Рис. 2.6. Типовая схема однокривошипного листоштамповочного пресса с двухсторонним приводом вала: 1 – неподвижная ось, 2 – буква главного вала, 3 – шатун, 4 – стакан, 5 – палец, 6 – головка, 7 – встав ная гайка, 8 – червячные колеса, 9 – винт регулировки закрытой высоты, 10 – литой ползун, 11 – направляющие станины

Для расчета главных валов существует 14 расчетных схем [15,24] для правильного выбора которых (в курсовых и дипломных проектах) необходимо четко представлять конструкцию главного вала. Для зубчатых передач проводят только проверки [15,24] (рекомендуется проводить проверку на изгиб зуба). Рекомендуемые параметры зубчатой передачи определяют по таблицам приложения 3 [15,24]. На основании расчетных формул главных валов и проверок тихоходной зубчатой передачи строят графики усилий на ползуне допускаемых прочностью главного вала и зубчатой передачей (рис. 2.7). Заштрихованная час ть графика 0 показывает пределы нагружений пресса при углах поворота 0-90 . Выбирают 45

типовой график нагрузок для расчета энергетических параметров листоштамповочных прессов (рис. 2.8). Для многопозиционных прессов графики строятся для каждой позиции отдельно, затем сложением ординат в характерных точках находят суммарную ординату. Характерные точки суммарных ординат соединяют прямыми и получают искомый график нагрузок [27]. Типовые графики рабочих нагрузок прессов для объемной штамповки представлены на рис. 2.9. При объемной штамповке необходимо учитывать работу, затрачиваемую на упругую деформацию станины Δ , мм. Имея в виду выражение жесткости С =

Рн Рн Δ = , отсюда . Δ С

S , откладывают этот H Р =1,0. отрезок справа от нулевой точки, конец которого соединяют с точкой Рн

Переведя значение Δ в относительную абсциссу

Площадь полученного справа треугольника будет означать работу, затрачиваемую на упругую деформацию станины, без учета которой невозможно получить качественную заготовку. Рекомендуемые значения С и Δ можно получить в зависимости от усилия, развиваемого прессом [32, табл. 8].

Рис. 2.7. График усилий по ползуну, допускаемых прочностью деталей пресса

46

Рис. 2.8 Типовые графики нагрузок для расчета энергетических параметров листоштамповочных кривошипных прессов: а) вырубка, б) вырубка при увеличенном ходе, в) вытяжка, г) вытяжка на прессе двойного действия, д) гибка, е) штамповка на многопозиционном прессе

47

Рис.2.9 Типовые графики рабочих нагрузок прессов для объемной штамповки: а) горячая штамповка, б) горячее выдавливание, в) холодное выдавливание, г) холодная калибровка-чеканка, д) высадка на ХВА.

48

Лекция 11. Шатуны кривошипных машин Конструктивные разновидности шатунов кривошипных машин показаны на рис. 2.10. Шатуны пос тоянной длины (L=const) различаются по конс трукции верхней (диаметр dA ) и нижней (диаметр dB) головок. Верхние головки бывают неразъемными (схема а) и разъемными (схемs б, г), а нижние только неразъемными. На схеме д передача усилия от шатуна на ползун осуществляется через наружную поверхность нижней головки (ГКМ, КГШП), а на схемах е, ж – через внутреннюю посредством пальца. Шатуны переменной длины (L=varios) устанавливают в открытых листоштамповочных (схема з) и горячештамповочных (схемы и-л) прессах. Длину шатуна на схеме з регулируют ввинчиванием с тержня шатуна в тело верхней головки. Поэтому нижняя головка должна иметь сферическую (шаровую) поверхность. Длина шатуна на схеме и изменяется при повороте эксцентриковой втулки верхней головки шатуна, на схеме к – при повороте эксцентриковой втулки нижней головки, на схеме л – при повороте эксцентрикового пальца. Шатуны, встроенные в ползуны, выполнены в виде ползушки кулисы (схема м), короткого шатуна (схема н), круглой шайбы (схема о). Шатуны специального исполнения применяют в горячештамповочных прессах для увеличения зоны внецентренного нагружения вдоль оси главного вала (схема п), в средних и тяжелых многокривошипных листоштамповочных прессах для предотвращения утечек масла из зубчатого привода часто применяют так называемую плунжерную подвеску (схема р), хотя в этом случае несколько увеличивается высота пресса и его масса.

49

Рис. 2.10. Шатуны кривошипных машин: 1 – крышка шатуна, 2 – тело шатуна, 3 – плунжер 50

Лекция 12. Ползуны кривошипных машин В кривошипных машинах применяют самые разнообразные конс трукции ползунов (рис. 2.11). Некоторые прос тые ползуны имеют вынесенные за их тела 1 направляющие 2 и применяют для однокривошипных открытых (схемы а, в) и двухкривошипных (схема в) листоштамповочных прессов усилием до 2 МН и некоторых горизонтальных автоматов (схемы г, д). Иногда направляющие расположены непосредственно на теле ползуна. Такие ползуны применяют в однокривошипных прессах усилием 2-25 МН для листовой штамповки (схема е) и объемной (схема ж) штамповки, а также в закрытых двух- и четырехкривошипных листоштамповочных прессах простого действия (схемы з, и). Ползуны рамного типа (схемы к-о) обычно имеют удлиненные направляющие и применяются для машин, к которым предъявляют повышенные требования к точности: открытых лис тоштамповочных прессов (схема к), ножниц и прессов для объемной (схема л) штамповки. Нижняя головка шатуна соединяется с ползуном с помощью пальца. Ползуны, показанные на схемах м-о, используют в машинах для горячей объемной штамповки и разделительных операций. Отличительной особенностью рассматриваемых ползунов является установка в их телах шатунов с опорой по наружным поверхностям нижней и верхней головок последних. Это позволяет уменьшить высоту главного исполнительного механизма и создает предпосылки для устойчивого прижатия ползуна к направляющим всей плоскостью. Иногда в качестве шатуна используют ползушку кулисы (схема м), качающуюся кулису (схема н) [22], круглую шайбу [23]. Ползуны с дополнительными направляющими 4, вынесенными на хобот 3, и основными направляющими 2, расположенными на теле 1 ползуна, применяют в горизонтальных многопозиционных автоматах с горизонтальным (схема п) и вертикальным (схема р) расположением позиций штамповки, прессах для холодной и горячей объемной штамповки (схема с), горячештамповочных прессах с обычным (схема т) и раздвижным (схема у) шатунами. Тело хобота имеет U-образное или Т-образное сечения. Составные ползуны совмещенного дейс твия (схемы ф, х) устанавливают в одно- и двухкривошипных прессах двойного действия. Наружный ползун 5 служит для прижима заготовки, а внутренний 6 – для вытяжки. Дополнительный ползун 7 (схема ц) применяют в горячештамповочных прессах с клиновым приводом. составные ползуны 8 и 9 при рядном расположении (схема ч) используют в обрезных прессах и многопозиционных листоштамповочных прессах-автоматах, а также в некоторых специальных открытых прессах.

51

Рис. 2.11. Ползуны кривошипных машин: 1 – тело ползуна, 2 – основные направляющие, 3 – хобот, 4 – дополнительные направляющие, 5 – наружный ползун, 6 – внутренний ползун, 7 – дополнительный ползун, 8,9 – составные ползуна 52

Раздел 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ Лекция 13. Вспомогательные механизмы Вспомогательные механизмы, применяемые в кривошипных машинах, в зависимости от функционального назначения подразделяются на три большие группы: расширяющие технологические возможности оборудования; облегчающие наладку машин и штампового инструмента; повышающие эксплуатационную надежность оборудования и улучшающие условия труда. Применение вспомогательных механизмов оправдано не только в машинах, предназначенных для крупносерийного и массового производства, но, в ряде случаев, и в машинах для мелкосерийного и единичного производства. Роль и значение вспомогательных механизмов в последние годы значительно возросли в связи с повышением требований к производительности и точности машин, а также введением в ряде стран новых норм по технике безопасности. В этих нормах значительно ужесточены требования к четкос ти ос танавливания ползуна, защитным устройствам, к уровню газовыделений при ковке и уровню шума при работе КПМ, поэтому ведущие прессостроительные предприятия оснащают КПМ более сложными и надежными устройствами контроля тормозов, устанавливают различные предохранительные приборы, следящие за работой отдельных узлов и инс трумента. Все это увеличило стоимость кривошипных машин на 5-8 % и снизило производительность на 5-11 %. Для компенсации этих негативных явлений нужно повышать степень автоматизации подачи непрерывного материала и штучных заготовок, увеличивать быс троходнос ть машин, создавать комплексные автоматические участки, разрабатывать специальное оборудование для диагностики и контроля работы машин. Прессостроители всех стран совершенствуют вспомогательные механизмы, расширяют область их применения, повышают надежность работы. Кривошипные машины, выпускаемые отечественными и зарубежными фирмами, не в одинаковой с тепени оснащают вспомогательными механизмами. В наибольшей степени ими оснащают листоштамповочные, универсальные и специализированные прессы, а также КГШП. 4.1. Механизмы, расширяющие технологические возможности оборудования Общей характерной особенностью механизмов этого типа является необходимость увязки их работы с циклограммой работы главного исполнительного механизма машины. В связи с этим иногда их относят к вспомогательным рабочим исполнительным механизмам (обозначения даны согласно рис. 1.2 и рис. 3.1).

53

4.

Расширяющие технологические возможности оборудования 4.1

4.1.1. Выталкиватели 4.1.2. Прижимные устройства 4.1.3. Переналаживаемые упоры 4.1.4.

Механизмы переориентации

Вспомогательные механизмы

Облегчающие наладку машин и штампового инс трумента 4.2

4.2.1. Механизмы регулировки закрытой высоты 4.2.2. Механизмы регулировки хода ползуна 4.2.3. Микроприводы 4.2.4. Выдвижные столы и плиты 4.2.5. Быстродействующие захваты 4.2.6. Тормоза маховиков

Повышающие эксплуатационную надежность оборудования и улучшающие условия труда 4.3

4.3.1. Уравновешиватели 4.3.2. Предохранительные устройства 4.3.3. Устройства для вывода из распора 4.3.4. Контрольные и индикаторные ус тройст4.3.5. Противошумовые устройства

Рис. 3.1. Классификация вспомогательных механизмов 54

4.1.1. Выталкиватели Выталкиватели являются одним из вспомогательных механизмов. Они предназначены для отделения отштампованных изделий от подвижной и неподвижной частей инструмента. Они располагаются в ползуне или столе машины. В зависимости от назначения и типоразмера машина может иметь один или насколько выталкивателей. Место их расположения и технические параметры (диаметр, ход, усилие) указаны в технической характеристике и паспорте. В общем случае они состоят из толкателя и привода. Толкатели находятся в прессе (подштамповой плите или ползуне) или в инструменте. Выталкиватели различают по типу и месту расположения в машине (рис. 3.2, 3.3). Жесткие выталкиватели применяют в лис тоштамповочных прессах общего назначения усилием до 10 МН. Они просты в наладке, но не приспособлены для работы с некоторыми средствами автоматизации (грейферными подачами, механическими руками и т. п.), т. к. процесс выталкивания происходит в положении ползуна, близком к конечному верхнему, и деталь, падая, теряет ориентацию. Жесткие выталкиватели с приводом от ползуна используют в листоштамповочных прессах и прессах для холодной объемной штамповки усилием менее 3 МН. Выталкиватели с приводом от шатуна или главного вала нашли применение в КГШП и машинах для холодной объемной штамповки. Пневматические выталкиватели целесообразно ус танавливать в листоштамповочных и горячештамповочных прессах, особенно при их работе со средствами автоматизации. Они могут обеспечить заданную циклограмму работы, легки в переналадке. Циклограмма – порядок взаимодейс твия узлов машины в зависимости от положения к валам машины. В зависимости от конс трукции ползуна и с тола пресса привод этих выталкивателей осуществляется непосредственно от пневмоцилиндра или промежуточную рычажную систему. Подпружиненные неприводные выталкиватели преимущественно применяют на универсальных лис тоштамповочных прессах небольших усилий. Они представляют собой механические пружинные подушки. Выталкиватели с механическим приводом от ползуна имеют общий недостаток в том, что их срабатывание происходит в крайнем верхнем положении (к. в. п.) ползуна. Этот недостаток можно ус транить, используя привод от главного вала через профилированный кулак. В такой конструкции удается связать начало выталкивания с нужной точкой хода ползуна. Выталкиватели с приводом от пневмоцилиндров, не отличаясь по принципу работы, имеют большое число конструктивных разновидностей. Пневмоцилиндры могут располагаться снаружи и внутри ползуна, в с толе. На одном прессе могут находиться до 30 приводных цилиндров. Расчет выталкивателя сводится к определению кинематических, силовых и прочностных параметров, а также увязке его работы с циклом работы пресса. Для выталкивателей с механическим приводом от главного вала или ползуна кинематические параметры находят по циклограмме и соотношению раз55

меров приводных рычагов и тяг. По этим данным определяют профиль приводного кулака и его положение относительно эксцентрика главного вала. Для выталкивателей с пневмоприводом увязка с циклограммой работы машины осуществляется подачей команд. Во избежание поломок, особенно в механических системах, в приводе выталкивателя целесообразно предусматривать предохранитель по усилию.

56

4.1.1.

Выталкиватели

В ползуне

В ползуне

От ползуна, в прессах до 250 кН От шатуна, в КГШП От пневмоцилиндра

Неприводные

В столе

В ползуне

От ползуна От шатуна От главного вала, через профилированный кулачек От пневмоцилиндра Рис. 3.2. Классификация типовых конструкций выталкивателей

57

В столе

58

Рис. 3.3. Конструктивные схемы выталкивателей

Лекция 14. Прижимные устройства Прижимные устройс тва подразделяют на пневматические и гидропневматические подушки, пружинные буфера. Пневматические и гидропневматические подушки (рис. 3.4, 3.5, 3,6) используют в основном в листоштамповочных прессах с целью создания дополнительного усилия для получения нужной схемы деформации деталей (прижим при вытяжке или точной резке, удерживания по контуру при формовке и гибке). Иногда подушки устанавливают для поддержания отрезаемого конца заготовки, иногда они служат в качестве выталкивателей. Имеется положительный опыт по применению подушек для создания противодавления при выдавливании в процессе холодной объемной штамповки. Пружинные буфера используют в листоштамповочных прессах небольших усилий (менее 160 кН) в качестве подушек и в листовых ножницах для прижима свободного конца листа. Пневматические подушки имеют силовой элемент – поршень пневмоцилиндра. Они позволяют регулировать усилие в широком диапазоне, имеют стабильное усилие по ходу и обеспечивают практически любой ход. В зависимости от технического назначения пресса подушки развивают максимальное усилие до 0,2 Рн и имеют ход до 0,5 Н. Они могут быть одно- и многопоршневыми. Первые применяют в однокривошипных прессах усилием менее 1500 кН с небольшим с толом, вторые при необходимости иметь подушку с большими усилиями при ограниченных размерах стола. В этом случае силовые цилиндры располагаются последовательно один над другим, с передачей усилия от поршней на один общий шток. В многокривошипных прессах устанавливают несколько одно- или многопоршневых подушек, штоки которых соединяют с опорной плитой (параллельное расположение цилиндров). Если штоки подушек соединены с отдельными опорными плитами, механически не связанными между собой, то такое расположение называют секционным. При работе ползун пресса, воздействуя на поршень подушки, вытесняет сжатый воздух из цилиндров в ресивер. В этом заключается принципиальное отличие подушки от выталкивателей с пневмоприводом, в которых срабатывание обеспечивается системой управления через воздухораспределительный клапан. Чтобы при работе подушки давление, а следовательно, и усилие на штоке значительно не повышалось, объем ресивера делают в 10-15 раз больше объема вытесняемого воздуха при максимальном ходе поршня, а соединительный трубопровод выбирают с большим проходным сечением и минимальным коэффициентом сопротивления.

59

Рис. 3.4. Пневматические подушки: а – трехпоршневая; б – с внутренним ресивером; в – на основе гибких оболочек

Рис. 3.5. Гидропневматическая подушка: 1 – регулировочный винт; 2 – подштамповая плита; 3 – направляющая; 4 – стол пресса; 5 – плунжер; 6 – нагрузочный клапан с поршнем; 7 – антив ибрационное устройство

60

4.1.2.

Прижимные устройства

Пневматические подушки

Гидропневматические подушки

Однопоршневые

Многопоршневые

Со встроенным ресивером

С отдельным ресивером

С неподвижным цилиндром

С неподвижным штоком

Двойного вия

Простого действия

дейст-

Неуправляемые С пос тоянным ходом

Пружинные буфера

Управляемые

Неуправляемые

С винтовыми пружинами

Со встроенным ресивером

С отдельным ресивером

С тарельчатыми пружинами

С направляющими в столе пресса

С направляющими по цилиндру

С резиновыми элементами

С постоянным ходом

С регулируемым ходом

С полиуретановыми блоками

Управляемые С регулируемым ходом Рис. 3.6. Классификация прижимных устройств 61

В последнее время применяют подушки на базе гибких оболочек сильфонного типа. Такие подушки не нуждаются в специальных уплотнениях и поэтому более надежны и долговечны по сравнению с традиционными. Для технологических операций, где подушки используют для выталкивания отштампованных деталей, например на прессе двойного действия, необходимо предусмотреть особый режим работы подушки. Ее шток после прохождения внутренним ползуном конечного рабочего положения должен иметь период выстаивания до тех пор, пока фланец детали не будет освобожден наружным ползуном и шток подушки уже не может испортить форму вытянутой детали. Ранее для этих целей (до 60-х годов) применяли специальные подушки двойного действия, управляя рабочими полостями с помощью специального воздухораспределителя. Им на смену пришли подушки прос того действия, снабженные дополнительным специальным устройс твом – гидропневматическим удерживателем. Удерживатель может фиксировать положение поршня в любой точке хода при возвращении его в исходное положение. Такую подушку называют управляемой. Выстаивание подушки происходит на участке, длина которого устанавливается в зависимости от технологии и задается командоаппаратом пресса. Все пневматические подушки, не отличаясь друг от друга по принципу действия, имеют различное конструктивное оформление. Расчет пневматических подушек сводится к определению хода и диаметра поршня при заданном максимальном усилии и известном давлении воздуха в ресивере. Ход поршня подушки принимается (0,3 – 0,5) Н. Максимальное усилие, развиваемой подушкой Qпод =Кпод Рн , где Кпод =0,05 – 0,2. Чем больше габариты подушки и быстроходность пресса, тем больше опасность возникновения значительных «всплесков» усилия Vп . поэтому для нормальной работы подушки ограничивают скорость встречи ползуна Vп в начале воздействия на толкатели подушки, [Vп ]< (0,7 – 1) м/с. Меньшие значения принимают для прессов усилием 4000-5000 кН, большие – для прессов усилием 800-1000 кН. Установка пневмоподушек ведет к увеличению расхода энергии привода на участке рабочего хода и замедлению вращения маховика, что учитывают при определении эквивалентного усилия. Часть энергии затем позвращается обратно в привод, если подушка не выполняет роль выталкивателя. Гидропневмстические подушки применяют для крупных лис тоштамповочных прессов, когда усилие прижима > 0,2 Рн . Например, в специализированных вытяжных прессах подушка создает усилие, равное (0,3-0,35) Рн . Первые конструкции подушек имели отдельный ревивер для масла, который устанавливался рядом со столом пресса или располагался внутри фундаментного короба. В последнее время все прессы снабжают подушками со встроенными ресиверами. 62

Для восприятия эксцентричных нагрузок подушки прессов имеют удлиненное направление плунжера в цилиндре. На крупных прессах с большими столами и опорными плитами направляющие плунжеров монтируют внутри столов, а опорные плиты иногда соединяют с плунжерами через сферические опоры. Это позволяет разгрузить плунжерные соединения от эксцентричных нагрузок и улучшить работу уплотнений. Для нормальной работы пневмогидравлической подушки также ограничивают скорость встречи ее подвижных частей с ползуном [Vп] < ( 0,5– 0,8) м/с. Меньшие значения – для прессов усилием 4000-5000 кН, большие – для прессов усилием 800-1000 кН. Основными параметрами гидропневматических подушек являются максимальное усилие прижима при ходе плунжера вниз, усилие выталкивания при ходе ползуна вверх и ход плунжера. В настоящее время отсутс твуют четкие научнообоснованные рекомендации по выбору этих параметров. Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что в большинстве случаев получение бездефектных отштампованных деталей обеспечивается при максимальном усилии прижима подушек, равном (0,2 – 0,25) Рн . Следует отметить, что усилие прижима определяется соотношением диаметра нагрузочного клапана и диаметра его поршня; усилие выталкивания зависит от диаметра плунжера подушки и давления воздуха в ресивере, которое регулируется редукционным клапаном. Подушки с чистогидравлическим приводом не нашли применения в механических прессах, так как требуют наличия специального гидропривода, поэтому используются только в гидропрессовой установке. Механические подушки также не нашли применения из-за сложной конструкции. Пружинные буфера в качестве подушек применяют в основном на универсальных прессах небольших усилий при выполнении простейших операций (прижим при неглубокой вытяжке, съем, выталкивание и т. п.). Для создания усилия в них используются упругие свойства винтовых и тарельчатых пружин, резины и полиуретана. Общим недостатком подушек этого типа является возрастание усилия к концу хода ползуна, что на многих операциях является нежелательным. Ввиду этого рабочий ход таких подушек ограничен и составляет примерно 1/10 от длины упругого элемента. Они могут развивать усилие до 100 кН при наружном диаметре 200 мм. Большое распространение пружинные буфера получили в ножницах для листового металла, где они крепятся к ползуну и обеспечивают прижим листа к столу при резке. 4.1.3. Переналаживаемые упоры получили применение в ножницах, гибочных машинах, особенно с программным управлением, в автоматах, работающих от непрерывного материала, и в ГКМ при работе от прутка. Очень часто работа упора имеет электромеханический привод с дис танционным управлением и высокоточным фиксированием координат, которые показываются на цифровом устройс тве. Для точного позиционирования заго63

товки перед упором привод подачи обеспечивает пос тоянный подпор подаваемого материала, а сам упор имеет грубую и точную наладку. 4.1.4. Механизмы переориентации объединяют большую группу устройств, используемых в специализированных машинах, в которых исходная заготовка (обычно лист) обрабатывается последовательно несколькими инструментами. Они предс тавляют собой передвижные столы в гибочных прессах и ножницах с программным управлением, столы и револьверные головки в специализированных вырубных прессах с программным управлением, механизм шагового перемещения лис та в перфорационных прессах и т. п. Их конструктивное исполнение зависит от технологических особенностей машин, в которых они применяются. Лекция 15. Механизмы, облегчающие наладку машин и штампового инструмента 4.2. Механизмы, облегчающие наладку машин и штампового инструмента. Отличительной особенностью этих механизмов является то, что они все внецикловые, т. е. работают не во время выполнения технологической операции. 4.2.1. Механизмы регулировки закрытой высоты (рисч. 3.7) применяют во всех кривошипных машинах за исключением некоторых типов ножниц, многопозиционных автоматов, где для удобства эти механизмы встраивают в инструмент на каждой позиции штамповки. Они выполняют две функции: компенсируют упругие деформации машины и износ инс трумента, имеющего различную закрытую высоту. Одновременно две функции выполняются только в лис тоштамповочных прессах, где жесткость инструмента практически не влияет на жесткость системы «прессинструмент». В машинах для горячей и холодной объемной штамповки эти механизмы выполняют только первую функцию. Наиболее распространенным способом регулировки закрытой высоты с помощью винтового механизма. При расположении винта в шатуне требуется применение шаровой опоры в соединении шатуна с ползуном. При расположении механизма регулировки в ползуне и вращении гайки вокруг неподвижного (относительно своей оси) винта можно использовать шарнирное соединение шатуна с ползуном. Первый способ применяют во всех универсальных открытых прессах небольших усилий и в некоторых закрытых однокривошипных прессах, регулировка обычно осуществляется вручную. Второй способ применяется в большинстве закрытых одно- и многокривошипных прессах и имеет, как правило, электромеханический привод.

64

Механизмы регулировки закрытой высоты

Винтовые

Клиновые

С эксцентриковой осью

С ручным приводом

С ручным приводом

С электроприводом

С электроприводом

В траверсе станины

С неподвижной гайкой

С последовательными клиньями

С ручным приводом

С неподвижным винтом

С параллельными клиньями

В ползуне

С эксцентриковой втулкой

С ручным приводом

С электроприводом

С электроприводом

В шатуне В опорах главного вала В эксцентрике главного вала

Одноточечные

Многоточечные

Рис. 3.7. Классификация механизмов регулировки закрытой высоты 65

В некоторых открытых лис тоштамповочных прессах регулировать закрытую высоту можно, не изменяя длину шатуна, а поднимая или опуская стол с помощью винтового механизма. Однако, в силу уменьшения жесткости машин, этот механизм сейчас практически не применяют. В машинах для разделительных операций и в КГШП, где жесткость влияет на точность получаемых изделий, применяют клиновые механизмы регулировки закрытой высоты и механизмы регулировки с помощью эксцентриковых втулок и осей. Привод клиновых механизмов до последнего времени осуществляли вручную. В последних конструкциях машин отечественного и зарубежного производства стали применять электромеханический привод, при котором вращение от электродвигателя через редуктор передается на винтовой механизм перемещения регулировочного клина. Из-за нестабильности условий трения на контактных поверхностях двигатель имеет большой запас мощности: например, у КГШП усилием 40 МН модели К 8546 мощность двигателя 7 квт, скорость вертикального перемещения клинового стола до 3 мм/мин при общей продолжительности регулировки до 5 мин. Все клиновые регулировочные устройства, расположенные в столе пресса, имеют общий недостаток: нестабильность технических параметров и условий работы из-за загрязнения опорных поверхнос тей окалиной и технологической смазкой. В результате этого надежнос ть их работы и с табильнос ть регулировки в процессе эксплуатации снижается. Для восстановления первоначальных параметров, необходима дважды в год, а иногда и ежемесячно производить трудоемкую профилактическую разборку и очистку клиньев. По этой причине фирмы в последних конструкциях КГШП стали устанавливать механизм регулировки в ползунах и эксцентриковых валах. Чеканочные кривошипно-коленные прессы имеют клиновой механизм регулировки закрытой высоты расположенный сверху и недостатками КГШП не обладают. Отечественные конс трукции чеканочных прессов и прессов для холодной объемной штамповки производства Барнаульского завода механических прессов оснащаются эксцентриковым механизмом регулировки закрытой высоты. 4.2.2. Механизмы регулировки хода ползуна предназначены для изменения величины хода ползуна и обеспечения оптимального режима работы оборудования при изменении типа технологической операции, например, при переходе от вытяжки к вырубке, от вырубке к гибке и т. д. При уменьшении хода ползуна увеличивается зона допускаемого нагружения главного вала и, тем самым улучшаются условия работы оборудования. Этими механизмами оснащают открытые универсальные прессы усилием < 1000 кН отечественного и зарубежного производства. В настоящее время применяют различные по конструктивному исполнению устройс тва для регулировки хода ползуна, но у всех механизмов для изменения радиуса кривошипа 66

служит эксцентриковая втулка, различие лишь в способе вращения втулки относительно кривошипа и методе ее фиксации от последующего проворота. Для облегчения и удобства регулировки соответствующие детали механизмов делают с выступами и углублениями для их проворота специальными ключами, а по окружности регулировочных втулок размещают шкалы, указывающие величину регулировки. Из-за наличия в механизмах большого числа разъемных соединений (шпоночных, шлицевых, винтовых) их силовые возможности ограничены, и они находят применение лишь в прессах небольших усилий. 4.2.3. Микроприводы бывают кинематическими и силовыми и служат для медленного перемещения ползуна при установке штампов и отладке технологического процесса. Первые микроприводы были час то кинематическими, т. е. служили только для холостого перемещения ползуна. Микроприводы последних конструкций в листоштамповочных прессах и прессах-автоматах способны создавать значительные усилия, т. е. производить наладочную штамповку. Они состоят из электродвигателя небольшой мощнос ти, который через червячный редуктор соединяется на время регулировки со вторым концом вала главного двигателя или через зубчатый редуктор со специальным зубчатым венцом, расположенным в маховике. В некоторых конс трукциях микропривод сообщает вращение ведущему диску тормоза. Микроприводы имеют свой тормоз и соединительную муфту и обычно рассчитываются на число ходов 0,5-2 в минуту. 4.2.4. Выдвижнае столы и плиты широко применялись в крупных листоштамповочных прессах в 50-х годах. К настоящему времени 80-85 % крупных прессов выпускают с выдвижными плитами. Существуют три схемы перемещения выдвижных плит: фронтальная, фланговая в обе с тороны и фланговая в одну сторону (Т-образная). Обычно изготовители прессов предлагают потребителям исполнение по любому из трех вариантов (рис. 3.8). Фронтальная схема перемещения требует одну плиту и требует меньшей производственной площади. Однако, процесс переналадки занимает больше времени, так как связан не только со сменой инс трумента (штампа), но и переналадкой систем механизации и автоматизации. При фланговой схеме перемещения в обе стороны применяют два комплекта выдвижных столов с синхронизированными механизмами перемещения. Эта схема требует больших производственных площадей, но время переналадок минимально. Т-образная схема перемещения, обладая всеми преимуществами предыдущей, требует наличия дополнительного специального механизма для фронтального маневрирования. Однако, она более удобна в эксплуатации, так как весь процесс смены инструмента и его наладка происходят с одной стороны пресса.

67

Рис. 3.8. Схемы передвижения плит: а – фронтальная; б – фланговая в обе стороны; в – фланговая в одну сторону (Т-образная)

4.2.5. Быстродействующие захваты служат для быстрого закрепления верхней части штампа на ползуне, нижней час ти штампа на столе и выдвижных плит на основании пресса. Их применение дает значительный выигрыш во времени наладки. Захваты бывают механическими, электромеханическими, пневматическими и гидравлическими. 4.2.6. Тормоза маховиков предусматривают в приводе средних и крупных прессов для быстрой остановки маховика при отключении электродвигателя главного привода. Наибольшее распространение получили тормоза с плоской колодкой, прижимающейся к плоскому торцу обода маховика. Конструкции таких тормозов, выпускаемых отечественной промышленнос тью, унифицированы. Усилие прижатия создается пневмоцилиндром с ручным управлением, тормозная колодка крепится к штоку поршня. Для быстрой остановки крупных маховиков применяют двухколодочные тормоза с рычажной передачей усилия от пневмопривода. Возврат колодок в исходное положение осуществляется пружинами. На корпусе тормоза установлены два концевых выключателя, один из которых блокирует пуск главного электродвигателя, а другой сигнализирует о предельном износе фрикционных накладок.

68

Лекция 16. Механизмы, повышающие эксплуатационную надежность оборудования и улучшающие условия труда 4.3. Механизмы, повышающие эксплуатационную надежность оборудования и улучшающие условия труда. К этой группе механизмов относится много устройств различного назначения. 4.3.1. Уравновешиватели в соответствиями с требованиями техники безопасности ус танавливают на всех вертикальных кривошипных машинах усилием > 160 кН (рис. 3.9). Уравновешиватели оказывают существенное влияние на работу привода пресса и его основных узлов. Они выполняют следующие основные функции: - предотвращают самопроизвольное опускание ползуна при разладке тормоза или поломке в ГИМ; - устраняют зазоры в сочленениях шатуна с главным валом и ползуном; уменьшают динамические нагрузки в приводе и шум; - разгружают подшипники скольжения главного вала в период холос того хода, уменьшая их износ и потери энергии; - выравнивают нагрузки главного электропривода и уменьшают степень неравномерности его вращения, повышая тем самым к. п. д. пресса; - облегчают условия работы механизма регулировки закрытой высоты, особенно в крупных листоштамповочных прессах. Выполнение первых двух функций – обязательно, а остальных зависит от назначения оборудования, его усилия, типоразмера, быстроходности, условий работы.

Рис. 3.9. Классификация уравновешивателей 69

Все уравновешиватели различают по принципу работы (тянущие, толкающие) и конструктивному оформлению. Уравновешиватели размещают на верхней траверсе, в стойках станины и на фундаменте пресса. Расчет пневматического уравновешивателя сводится к определению усилия, развиваемого на штоке. 4.3.2. Предохранительные устройства являются одними из важнейших механизмов кривошипных машин. К ним предъявляют высокие требования, главные из которых: - поддержание заданной максимальной нагрузки, - быстрота срабатывания при достижении предельного усилия или момента, - минимальное искажение параметров машины, - легкость наладки, тарировки и обслуживания. Классификация средств защиты машин от перегрузок приведена на рис. 3.10. ГКМ и КГШП снабжали предохранителями по моменту (фрикционными муфтами) еще в 30-40-х годах, а предохранителями по усилию в виде срезных шайб давно снабжают открытые кривошипные прессы. Гидравлические предохранители по усилию появились недавно и в настоящее время они применяются во всех листоштамповочных прессах усилием более 600 кН. Предохранитель по моменту в том или ином виде должен быть в каждой машине, иначе при аварийных ситуациях могут возникнуть поломки зубчатых передач, валов и т. п. В качестве такого предохранителя выступает обычно фрикционная муфта системы включения. При правильном, без завышенного запаса, расчете муфты опасность поломки привода практически исключается. 4.3.3. Устройства для вывода из распора (заклинивания) применяют главным образом в КГШП из-за специфики их работы и повышенной склонностью к заклиниванию. Простейшим устройством для вывода КГШП из распора является клиновой механизм регулировки закрытой высоты. В других конструкциях вывод из распора в принципе возможен при повороте эксцентриковой оси в ползуне, эксцентриковой втулки в шатуне или опорах главного вала. Однако, эти способы часто не приводят к желаемым результатам ввиду нестабильности условий трения на сопрягаемых поверхностях. В последних конструкциях КГШП с разъемной с таниной для быстрого вывода из распора применяют специальное устройство (рис. 3.11). Стяжные шпильки таких прессов стягивают с помощью специальных гидрогаек, посредством которых осуществляется также и тарированная затяжка станины. При применении съемного гидроприспособления затяжка и раскаливание осуществляются обычной гайкой. Работа приспособления – «стяжные шпильки - станина».

70

Оптического (светового) По моменту По усилию

Звукового

71

Пневматический цилиндр с рычажной системой

Системы с аморрезаторами и демпфрами

Измерители напряжения

Приборы для снятия диаграммы усилия

Измерители деформаций

Несамовосстанавливающиеся

Измерители усилий

Гидромеханические

Пружиннорычажные

Разрушающиеся (заменяемые)

Гидропневматические с ломким диском

Разрывные стержневые

Ломающиеся планки

Срезные чашечные или срезные планки

Самовосстанавливающиеся

Срезные стержневые

Пружинные и пружинно-рычажные

Кулачковые

Фрикционные

Гидравлические

гидропневматические

пневматические

Электрические

4.3.2. Средства защиты машин от перегрузок

Предохранители Приспособления, предупреждающие перегрузку

Не разрушающие-

ся

Отключение привода

Выдача сигналов

Рис. 3.10. Классификация средств защиты машины от перегрузок

Рис. 3.11. Специальные устройства для вывода КГШП из распора: а – гидрогайка; б – фланцевая гайка; 1 – стяжная шпилька; 2 – фланцевая гайка; 3 – поршень цилиндра; 4 – проставка; 5 – отверстие; 6 – станина; 7 – гайка

4.3.4. Контрольные индикаторные устройства нашли широкое применение во всех прессах последних конструкций. Они позволяют: 1. Ускорять смену инструмента и его наладку. 2. Оценивать техническое состояние отдельных узлов и механизмов. 3. Фиксировать отклонения от нормальных режимов эксплуатации. 4. Предупреждать возникновение аварийных ситуаций. 5. Облегчать управление оборудованием. 6. Исключать случаи травматизма. По функциональному назначению эта группа устройств очень обширна и разнообразна: – Указатели усилий предназначены для измерения усилий, возникающих во время технологической операции. Высокочувствительные электрические датчики размещают в силовых деталях прессов и они преобразуют упругие деформации в электрические сигналы. После усиления эти сигналы преобразуются в показания с трелочных приборов или световых индикаторов с соответствующей градацией нагрузки. Они могут быть использованы в качестве предохранительных, так как сигнал при превышении установленного усилия блокирует схему управления прессом. Общие требования к указателям усилий – высокая точнос ть показаний, поэтому независимо от типа и конструкции все они должны проходить ин-

72

дивидуальную калибровку гидронагружателями или осадкой тарированных крешеров. – Указатель хода ползуна (поворота главного вала) ус танавливают на всех современных закрытых одно- и многокривошипных прессах. Он показывает положение главного вала, по которому можно судить о положении ползуна. Индикатор устанавливают обычно на панели управления. Между датчиком и приемным устройством существует синхронная связь на основе механической передачи или сельсинной схемы. – Указатель закрытой высоты показывает ее величину при регулировке. Обычно это устройство связано с механизмом регулировки закрытой высоты через механическую передачу или с помощью сельсинных датчиков. – Указатель положения подушки устанавливается на закрытых многокривошипных прессах и предназначается для контроля за регулировкой крайнего верхнего положения плиты пневматической подушки. С помощью электрических датчиков наличие подушки в верхнем положении фиксируется на индикаторе панели управления. – Специальный индикатор конеченого нижнего положения (к. н. п.) ползуна и связанный с ним ограничитель крутящего момента микропривода обеспечивают быструю и качественную наладку инс трумента. При наладке индикатор подает сигнал на панель управления и предохранительную муфту в приводе регулировки ползуна, которая отключает привод регулировки, предохраняя двигатель от перезагрузки. По особому требованию заказчика кривошипные прессы могут оснащаться и другими приборами и механизмами, которые также призваны облегчать их эксплуатацию. 4.3.5. Противошумные устройства. Уровень шума при работе кривошипных машин связан с их конструкцией особенностями эксплуатации: и - выхлопом воздуха из силовых цилиндров фрикционных узлов, - работой шестерен открытых прессов, - жестких выталкивателей и подушек, сдувом деталей и обдувом штампов и т. д. Общий уровень шума на рабочем месте может на 23-24 дБ превышать санитарные нормы. Наиболее значительным ис точником шума является выхлоп воздуха. Для борьбы с шумом проводят следующие мероприятия: - отработанный воздух отводят по специальному трубопроводу в подвальное помещение; - на воздухоподводящие головки муфт включения и на воздухораспределители устанавливают глушители; - закрытые зубчатые приводы устанавливают в масляные ванны. Большая часть вспомогательных механизмов (уравновешиватели, предохранители, указатели усилий, контролирующие устройства и т. д.) обеспечивают соблюдение требований техники безопасности, т. е. нормальные и безопасные условия эксплуатации.

73

Раздел 4. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ Лекция 17. Муфты включения и тормоза 4.1. Назначение и классификация. В системе привода всех прессов предусматривают сцепные муфты и тормоза, которые дают возможность передавать движение на исполнительный механизм от привода, а в нужный момент наоборот, прекращать связь с приводом, останавливая ползун механизма без выключения электродвигателя. Включение и выключение взаимно сблокированных муфты и тормоза производят системами управления. Муфта, тормоз и система управления образуют так называемую систему включения пресса, от работоспособности которой во многом зависит надежность и безопасность эксплуатации пресса в целом. Система включения пресса работает в тяжелых условиях, связанных с большим числом включений в единицу времени (число включений при одиночных ходах составляет pnпр , где р = (0,1÷0,9); ограниченным временем включения и выключения, задаваемым сравнительно небольшим временем цикла. Время включения и выключения обычно не должно превышать нескольких десятых долей секунды, а в быстроходных прессах оно составляет менее 0,1 сек. К системе включения предъявляется требование абсолютной безотказности в работе, ибо ложные срабатывания того или иного элемента могут привести к тяжелым травмам обслуживающего персонала. Наиболее тяжелые условия падают на долю главного элемента системы – муфты. В прессах применяют конс трукции сцепных муфт, специфичность которых определяется главным образом довольно большим передаваемым моментом и большим числом включений. Фрикционные муфты у прессов всегда имеют значительные габаритные размеры, а их конструкция и расположение должны обеспечивать высокую износостойкость, а также удобство для обслуживания и ремонта. 4.2. Классификация муфт включения (рис. 4.1). В жестких муфтах в качестве сцепного элемента применяется какая-нибудь жесткая деталь – палец, кулачок, поворотная шпонка. По этому элементу и классифицируют жесткие муфты. Фрикционные муфты классифицируют в зависимости от конструкции рабочих поверхнос тей, передающих момент трения, дисковых, конусных и цилиндрических элементов. В муфтах скольжения связующим элементом служит жидкость или электромагнитное поле.

74

Муфты включения прессов

Жесткие

Фрикционные

Пальцевая

Дисковые

Кулачковая

Конусные

С поворотной шпонкой

Цилиндрические

Скольжения

Гидродинамические Электромагнитные

Рис. 4.1. Классификация муфт включения прессов

4.3. Лекция 18. Жесткие муфты В современном прессостроении из жестких муфт, указанных в классификации, используют в основном муфты с поворотной шпонкой, которые нашли достаточно широкое применение для прессов малых усилий (до 160 кН) с достаточно большим числом ходов. При числе ходов пресса более 60-80 в минуту малогабаритные жесткие муфты работают ненадежно. Пальцевые муфты, для которых характерно наличие скользящего пальца для соединения ведущей и ведомой частей, применяют редко и то лишь в мелких прессах-автоматах, где они имеют малое число включений, – лишь при наладке и остановке. Кулачковые муфты, оказавшиеся ненадежными, в современном прессостроении не применяют. Исключение составляют некоторые конс трукции ножниц зарубежных фирм, в которых использованы кулачковые муфты. Муфта с поворотной шпонкой полказана на рис. 4.2. Основным связующим элементом является рабочая поворотная шпонка 2, уложенная в цилиндрическое гнездо вала 1. В средней части шпонки длиной l обточены лыски, притом так, что шпонка, уложенная в паз вала составляет как бы часть вала, полностью заполняя гнездо. Задний и передний цилиндрические концы поворотных шпонок находятся в соответс твующих отверстиях. Для облегчения вращения шпонки в гнезде предусматривается ходовая посадка поворотных шпонок. Ведущей частью привода является маховик или зубчатое колесо 7. В маховике запрессована и заклинена пневматической шпонкой так называемая втулка включения 4, имеющая три или четыре цилиндрических паза диаметром, равным диаметру поворотной шпонки. Длина втулки включения на 2-4 мм меньше длины L .

75

Рис. 4.2. Муфта с поворотной шпонкой: 1 – вал, 2 – поворотная шпонка, 3 – синхронизирующая шпонка, 4 – втулка включения, 5 – хвостовик поворотной шпонки, 6 – стопор поворотной шпонки, связанный с педалью управления

На передний конец поворотной шпонки воздействует пружина, стремящаяся повернуть шпонку в рабочее положение и заставить в один из пазов втулки включения 4. Однако, этому препятствует хвостовик 5 шпонки 2, который упирается в подпружинный упор 6 на станине. При отводе упора и вращении маховика 7 с втулкой 4 поворотная шпонка поворачивается на определен76

ный угол (обычно 40-500 ) , входит в паз втулки включения, в результате муфта включается. Муфта выключается после того, как вал совершит один или несколько полных оборотов. При этом хвостовик 5 наталкивается на упор 6, усилие пружины с передней стороны преодолевается за счет кинетической энергии вала, шпонка поворачивается в нерабочее положение, а коленчатый вал фиксируется тормозом. Маховик рекомендуется устанавливать на подшипниках качения. Расчет муфты производят из усилия смятия поверхности лыски, передающей момент на коленчатый вал. Практикой эксплуатации прессов найдены такие размеры шпонок, которые обеспечивают условия надежной работы. Диаметр шпонки dшп принимают равным 0,4 диаметра вала, длина рабочей час ти L = 3dшп. Для проверки величины крутящего момента, передаваемого поворотной шпонкой, пользуются следующим полуэмпирическим соотношением: 3 Мм = 2000 d шт Нм, где Мм – момент, передаваемый муфтой. Шпонку изготовляют из сталей 40 ХН или 50 ХН с HRС 50-55. Иногда применяют инс трументальные стали У7 или У8. Втулку включения изготовляют из стали 45 с HRC 40-45. При включении муфты возникает большой динамический момент, который может превысить расчетный. Проверку на динамический момент следует производить при окружных скоростях центра поворотной шпонки, превышающих 0,8 м/сек. 4.4. Лекция 19. Фрикционные муфты Из конструкций фрикционных муфт, приведенных в классификации (рис. 4.1), наибольшее распространение получили дисковые муфты. Фрикционные дисковые муфты удобны тем, что они не ограничивают число оборотов, можно довольно широко изменять передаваемый Мкр . Ее можно использовать как дополнительное предохранительное устройство, хотя некоторые механики не рекомендуют этого делать. Недос таток конс трукции конусных муфт заключается в ограничении передаваемого момента, поэтому их применяют лишь в прессах небольшого усилия при малом числе ходов. Муфты с цилиндрической рабочей поверхнос тью большого распространения не получили. Конс трукций фрикционных муфт очень много, но принцип действия один и тот же. Дисковые муфты бывают одно-, двух- и многодисковые (рис. 4.3). В настоящее время наибольшее распространение получили однодисковые малогабаритные муфты с фрикционными вставками. Для удобс тва ремонта муфты устанавливают консольно. При этом с тормозом они блокируются либо непосредственно, либо посредством системы управления. Большие передаваемые моменты и необходимос ть быстродейс твия заставляют применять пневматические 77

или гидравлические силовые цилиндры для управления работой муфты или тормоза. Механические и электромагнитные устройства для этой цели применяют редко, так как они при приемлемых габаритах не могут обеспечить возникновения большого усилия, равномерно передаваемого на площадь нажимного диска. Наибольшее применение нашли муфты с пневматическим управлением. Рассмотрим работу однодисковой муфты (рис. 3.3 [9]). Муфта встроена в маховик 1, на котором закреплены опорный диск 3 и ступица с диафрагмой 5. На крышке 8 диафрагмы ус танавливают подводящую головку, через которую подается сжатый воздух в полость. Крышку 8 крепят к маховику 1 шпильками 2. Маховик установлен на валу консольно, и вращение вала передается ведомым диском 6, сидящим на его шлицах. В диске 6 установлены фрикционные вставки из ретинакса. При впуске воздуха диафрагма смещает нажимной диск 4, направляемый и фиксируемый по внутренним шлицам цилиндра 9. Вс тавки 7, посаженные в гнездах диска на ходовой посадке, зажимаются между опорным и нажимным дисками, благодаря чему возникает момент трения, передаваемый на вал. При выпуске воздуха пружина 10 отодвигает нажимной диск, нарушая контакт со вставками. При проектировании муфт следует по возможности уменьшать момент инерции ведомой части, чтобы уменьшить потребление энергии на разгон и связанный с этим износ фрикционных элементов. В данном случае лишь ведомый диск подлежит разгону при включении, все остальные час ти муфты установлены на маховике и вращаются вместе с ним. Муфта имеет небольшие габаритные размеры, что позволяет устанавливать ее консольно. Ремонтноспособность муфты также улучшена. Для замены фрикционных вставок достаточно снять крышку, диафрагму и нажимной диск, т. е. не требуется демонтажа всего узла. Однако муфта имеет малую поверхнос ть теплоотдачи и металлоемкость, поэтому возможен перегрев ее, особенно при большом числе включений в единицу времени. Работоспособность муфты во многом зависит от качес тва и конструкции фрикционных вставок (рис. 4.5). Наиболее широкое применение нашли вставки из ретинакса ФК-16Л, ФК-24А (твердые), а в последнее время стали отдавать предпочтение вставкам из более элас тичных материалов 143-63, 143-66, козид (полумягкие); 63-7-67, 8-45-62 (мягкие) [4]. Ретинакс изнашивается не только на рабочей торцовой поверхности (рис. 4.5), но и на боковой. Поэтому высота вставок и высота ведомого диска должны быть такими, чтобы их износ находился в допустимых пределах. 2 Несмотря на довольно большие удельные усилия (15-18) кГ/см (1,5-1,8 2 Мн/м ) и высокий коэффициент трения, в некоторых случаях не удается при использовании одного ведомого диска создать требуемый момент (например, на горячештамповочных прессах, где момент достигает 100000 Нм). В этом случае приходится использовать двух и трехдисковые муфты. Эти муфты от ранее рассмотренной отличаются большим количеством ведущих и ведомых дисков. 78

Муфта–тормоз

Консольные

М еждуопорные

Специальные (решают некоторые дополнительные вопросы)

Традиционные

С быстросменными фрикционными элементами

Однодисковые

М ногодисковые

Сплошная

Кольцевая

Традиционные Специальные С быстросменными фрикционными элементами Однодисковые М ногодисковые

На ведущей части привода (маховик) муфта

На опоре (станине) тормоз

Кольцевая

На ведущей части привода

Однодисковые

Рис. 4.3. Классификация раздельно установленных фрикционных дисковых муфт и тормозов 79

Специальные (решают некоторые дополнительные вопросы)

Муфта

Тормоз

М еталлическая слоеная диафрагма вместо шлицевого соединения

Уменьшение ширины тормоза

Вращение корпуса тормоза с помощью шестерни через микропривод

Разгрузка кривошипного вала от массы маховика

Передача больших тормозных моментов

Передача больших крутящих моментов

За счет повышенного давления в пневмокамере силового цилиндра

Рис. 4.4. Классификация специальных конструкций муфты и тормозов 80

Рис. 4.5. Формы фрикционных вставок: а – круглая, б – овальная, в – сегментная, г – двухрядное расположение вставок

Таблица 4.1 Параметры фрикционных материалов Параметр Козид Допускаемое давление на контакте, М Па Приведенное фактическое давление, М Па Критическая поверхностная температура, °С Допускаемое напряжение смятия, М Па Коэффициент трения: для муфты для тормоза

М арка материалов 143-63; ФК24А 143-66 8-45-62

63-7-67

1,7

1,8

1,5

1,2

1,3

0,6

1,0-1,2

0,6

0,5

0,4

170

190

190

160

170

11

9

11

12

12

0,36 0,34

0,35 0,32

0,42 0,42

0,38 0,42

0,4 0,44

81

Лекция 20. Расчет фрикционных муфт Расчет фрикционных муфт [1, 15] производят на передаваемый крутящий момент, удельные усилия на трущихся поверхностях и величину износа при заданной частоте включений. Согласно нормам машиностроения на однодисковые консольные и на межопорные муфты величина передаваемого момента должно быть равна 40, 80, 160, 315, 630, 1250, 1800, 2500, 3550, 5000, 7100, 10000 и 14000 кгс • см (400, 800, 1600, 3150, 6300, 12500, 18000, 25000, 35500, 50000, 71000, 100000 и 140000 кН• м). Исходным для расчета является максимальный момент Мк, действующий на коленчатом валу муфты. Расчетный момент муфты определяют из выражения: Мм =

βM k i mη mk

(4.1)

где β = 1-1,3 – коэффициент запаса, который учитывает инерционность ведомой части, динамичность нагрузки и колебания коэффициента трения; i m и η mk – соответственно передаточное число и к. п. д. передач от вала муфты к коленчатому валу. Момент, передаваемый муфтой, должен соответствовать указанному выше размерному ряду. Для муфты со вставками (из ретинакса) момент найдем из выражения (4.2) Мм = 2 μ qm Rср n Fвс где μ – коэффициент трения, принимаемый равным 0,35; qm – удельное усилие, составляющее 15-18 кГ/см2 , иногда до 22 кГ/см2 (1,52 1,8 Мн/м ); Rср – средний радиус вставки; n – число вставок; Fвс – площадь рабочей поверхности одной вставки. Для муфт с обкладками из ферродо: Мм =

2 π ⋅ q m μm( R13 − R23 ) 3

(4.3)

где q m = 0,4-0,6 Мн/м2 (4-6 кГ/см2 ), при числе оборотов более 180-0,3 Мн/м2 (3 2 кГ/см ); μ – коэффициент трения, принимаемый равным 0,35; m – число поверхностей трения; R1 и R2 – наружный и внутренний радиусы рабочих поверхнос тей дисков трения. При расчете фрикционных муфт приходится задаваться многими конструктивными параметрами. При включении муфты часть затраченной энергии превращается в тепловую энергию, что приводит к нагреву деталей и, в частности, фрикционных вставок или накладок. Нагрев до высокой температуры изменяет физическую структуру материала, при этом ухудшаются фрикционные свойства, снижается коэффициент трения поверхностей, а следовательно, повышается износ муфты и ускоряется ее преждевременный выход из строя. При 82

большом числе включений необходимо проверять устойчивость теплового баланса муфты и температуру ее нагрева. К сожалению, методы расчета на нагрев связаны с условиями теплообмена, которые существенно отличаются друг от друга лоя различных конструкций муфт. В прессостроении в качестве косвенного теплового расчета применяют расчет на работоспособность (по показателю износа). Для оценки интенсивности износа муфты следует установить, какая работа затрачивается на трение и износ при включении (при передаче расчетного момента и выключения износ минимален и им можно пренебречь). Для этого составляют баланс затрат работы при включении муфты. Положим, что весь период включения t1 ведущая часть муфты передает расчетный момент Мм, причем за время включения она повернется на угол α 1 . Тогда J вм ω 12 MM α 1 = + M c α 2 + Aтр 2

(4.4)

где J вм – момент инерции ведомой части, приведенный к валу муфты; Мс – момент сопротивления вращению ведомой час ти, может быть принят равным (0,05-0,12) Мм; α 2 – угол поворота ведомой части за время t1 ; Атр – работа, затрачиваемая на трение в муфте. Углы α 1 и α 2 можно определить из уравнения динамики для ведомой части J вм

dω =MM −Mc . dt

(4.5)

Принимая Jвм, Мм, Мс постоянным в период включения, можно записать J вм ω = ( M M − M c ) t , t =

Откуда время включения t1 =

ω 1 Jвв MM Mc

J вмω . MMMc

,

(4.6)

(4.7)

или при известном времени t угловая скорость ведомой части ω=

(M M M c )t . Jвв

(4.8)

Угол поворота ведущих дисков α 1 = ω 1 t1 =

ω12 Jвв MM −Mc

,

(4.9)

угол поворота ведомой части d 2 = ∫ t01 ωdt = ∫ t01

M M − Mc M − M c t 12 ω 2 J вм t ⋅ dt = M ⋅ = . J вм J вм 2 2( M M − M c )

(4.10)

Подс тавляя эти значения в уравнение, получим выражение, определяющее затраты энергии на трение при включении: Атр =

MM J ⋅ вм . MM −Mc 2

83

(4.11)

Отношение a M =

MM зависит не только от сопротивления вращения MM − Mc

ведомой части, но и от конструкции муфты. Если работу трения, выраженную МДж, разделить на площадь фрикционных поверхностей и помножить на фактическое число включений в минуту, то показатель износа Кизн

J вм ω 12 = ам p ⋅ nпр , 2F

(4.12)

где ам = 1,05-1,15. Рассчитанные по этой формуле значения показателя износа не должны превышать для однодисковых муфт и тормозов со вставками из ретинакса соот2 ветственно 0,7-0,8 и 0,6-0,7 МДж/(м • мин), для многодисковых муфт и тормо2 зов с накладками из феродо соответс твенно 0,4-0,5 и 0,3-0,4 (МДж/(м • мин)), а 2 для ленточных тормозов 1-1,2 МДж(м • мин). После проверки показателя износа муфты уточняют удельные усилия на фрикционные элементы и выбирают диаметр пневматического поршня исходя из того, что давление в пневмосети составляет 0,3-0,4 МПа (3-4 атм).

Лекция 21. Тормоза и их расчет Тормоз должен поглощать энергию ведомой части муфты после ее выключения и удерживать исполнительный механизм вместе с частью привода в положении, соответс твующем верхнему положению ползуна. Проскакивание (т. е. продолжение движения ползуна и после возвращения в верхнее положение) или случайное опускание ползуна из-за слабой затяжки тормоза грозит тяжелыми последствиями для обслуживающего персонала. Поэтому основное требование к конструкции тормоза – высокая надежность. Торможение осуществляется за счет сцепления фрикционной пары вращающихся частей привода с неподвижными частями пресса – станиной. В качестве такой фрикционной пары применяют барабан с фрикционной лентой – ленточный тормоз или диски, аналогичные дискам муфты, – дисковый тормоз. Конструкцию ленточного тормоза, управляемого кулачком, применяют в паре с жесткими или фрикционными муфтами, управляемыми механически. Более мощные тормоза имеют пневмоуправление (рис. 4.6). В тормозах с пневматическим растормаживанием при впуске воздуха в цилиндр натяжение пружины ослабляется и тормоз растормаживается. Выпуск воздуха приводит к натяжению стальной ленты с фрикционными обкладками и затормаживанию.

84

Рис. 4.6. Ленточный тормоз с пневматическим растормаживанием: 1 – серьга, 2 – тормозной барабан, 3 – серьга, 4 – тормозная пружина, 5 – шток, 6 – корпус тормозного цилиндра, 7 – станина пресса, 8 – тормозные колодки, 9 – фрикционная лента (ф ерродо)

Большие габаритные размеры тормозного барабана и ненадежность гибкой связи (стальной ленты) ограничили применение ленточных тормозов. Такие тормозные барабаны устанавливают лишь на коленчатых валах с числом ходов до 120-170 в минуту. Более надежным в работе является дисковый тормоз, который устанавливают консольно на одном из приводных валов. Консольное расположение тормоза облегчает и замену изнашивающихся вставок из ретинакса. Расчет тормоза сводится к определению тормозного момента и выбору силовых элементов, обеспечивающих получение такового момента. При этом определяют удельные усилия на обкладках тормоза и величину показателя износа. Работу торможения, равную кинетической энергии ведомых час тей привода пресса (с учетом деталей узла ползуна), определяют по равенству

85

J В. М .Т .ω Т2 π = M T α T iT , (4.13) 2 180 где J вмт – момент инерции ведомых деталей привода, приведенный к валу тор2 моза, а кг× м ; ω T – угловая скорость вала тормоза; Мт – тормозной момент в Н.м.; 0 α T – угол торможения, принимаемый 8-12 для листоштамповочных прессов, 20-300 – для ГКМ, горячештамповочных прессов и быстроходных прессов-автоматов; i T – передаточное число от вала тормоза к коленчатому валу.

Из равенства определяем тормозной момент: 28,65 ⋅ J ВМТ ω T2 (4.14) Мт = α T0 iT По определенному тормозному моменту определяют размеры рабочих элементов дискового тормоза. Для тормоза со вставками из ретинакса: Мт = 2 μ qT Rch n Fвс 2 где qT = 1,2-1,0 Мн/м (12-10 кГ/см2 ) при числе обортов вала тормоза до 180 в минуту и qT = 0,8-0,4 Мн/м2 (8-4 кГ/см2 ) при числе оборотов 180-300 в минуту. 2 3 3 Для тормоза с обкладками из феродо Мт = πqT μm( R1 − R 2 ) , 3 2 2 где qT = 0,4-0,5 Мн/м (4-5 кГ/см ) при числе оборотов вала тормоза до 180 в минуту и q T = 0,1-0,2 Мн/м2 (1-2 кГ/см2 ) при числе оборотов вала тормоза 180350 в минуту. По найденным значениям q T рассчитывают пружины и определяют диаметр пневматического поршня для растормаживания. При проектировании ленточного тормоза необходимо задаться диаметром барабана Дб и его шириной, выбираемой в пределах В = (0,3-0,4) Дб. Затем определяют усилие на сбегающей ветви, величина которого обусловлена действием тормозного момента: 57,3 ⋅ J dvn ω T2 Sсб = , (4.15) Д б ⋅ В ( е μα − 1)α Е где α – угол обхвата в радианах, принимаемый обычно 4,6 (2700) При е = 2,72; μ = 0,3. По усилию Sc, определяют размеры тормозной пружины. Усилие на набегающей ветви Sнб = Sсб е μα . (4.16) Наибольшее давление 2 S сб e μα 〈1, 2 Мн / м 2 . gmax = Дб В

(4.17)

Тормоза также, как и муфты, проверяют по показателю износа. Для этой цели используют формулу при ам = 0,8. 86

Лекция 22. Кривошипные прессы с безмуфтовым приводом (БМП)

Кинематическую цепь привод-исполнительный механизм с ползуном целесообразно выполнять возможно короче, а муфту размещать ближе к ползуну. При этом уменьшаются энергетические потери на разгон и инерционные нагрузки. Стремление конструктивно приблизить муфту к ползуну привело к появлению «безмуфтовых прессов» или прессов с «включениям в ползуне» [1]. В наиболее распространенной схеме включения в ползуне используется шатун, разделенный на два соединенных последовательно шарнирных звена. Если звенья удерживаются пневмомеханизмом в спряленном положении, то ползун совершает рабочий ход (рис. 4.8). Если же звенья не удерживаются, то шатун как бы «ломается» и движение ползуну не передается. Из-за низкой жесткости и других конструкцтивных особенностей такие прессы пока большого распространения не получили [1]. В СССР были разработаны кривошипные прессы с безмуфтовым приводом усилием 2,5-160 тс [14]. Кривошипные прессы с безмуфтовым приводом (БМП) используются в приборостроительной промышленности и сельхозмашиностроении, могут быть широко применены в автомобильной и авиационной промышленности, в тракторном и транспортном машиностроении, в производстве металлообрабатывающего оборудования, бытовой техники, электро- и радиотоваров, а также в других сферах промышленного производства. Кривошипные прессы простого действия с безмуфтовым электромагнитным (или пневматическим) приводом предназначены для вырубки, пробивки, гибки, обрезки, калибровки, неглубокой вытяжки и других операций холодной штамповки, т. е. относятся к универсальным прессам (рис. 4.7). В современных кривошипных прессах простого действия периодическое включение и отключение кривошипно-шатунного механизма и связанного с ним исполнительного органа (ползуна) при непрерывно работающем электродвигателе обеспечивается при помощи узла – муфты, а остановка и удержание в неподвижном положении ведомых деталей привода (при выключенной муфте) – узлом тормоза. Однако, наблюдение и анализ за эксплуатацией кривошипных муфтовых прессов в производстве, являющихся основным видом цехового листоштамповочного оборудования, выявило, что последнее выходит из строя, как правило, из-за неудовлетворительной работы узлов муфт и тормозов. Это зачас тую приводит к тяжелым несчастным случаям. КПМ с БМП лишены недостатков современных прессов, оснащенных традиционными муфтовыми приводами. Сущность конструкции безмуфтовых прессов (рис. 4.8) заключается в том, что у них на ползуне или ломающемся шатуне расположено компактное и простое устройство, обеспечивающее надежную и долговечную работу пресса на всех режимах его работы. 87

У безмуфтового пресса, эксцентриковый вал вращается непрерывно, что обеспечивает пос тоянную величину масляного зазора его опорных подшипников и не требует затрат энергии на разгон вала при включении пресса на режим рабочего хода (уменьшается количество составляющих баланса затрат энергии). Оригинальное техническое решение дает возможность в безмуфтовом прессе обеспечить максимальное число одиночных включений исполнительного органа (ползуна), количество которых ограничивается максимальной величиной времени срабатывания (включения и выключения) элементов электроуправления машиной, что позволяет намного увеличить производительнос ть пресса. Стопорное безмуфтовое ус тройство может служить предохранителем от перегрузки по усилию во время работы пресса, и тем самым автоматически предохранять детали машин от поломок и заклинивания.

88

Безмуфтовые узлы включения кривошипных прессов

М еханические

М еханогидравлические

Гидравлические

Шестеренчатые

Золотниковые

Плунжерные

Кулисные

Золотниково-аккумуляторные

Поршневые

Фиксирующие

Шиберные

Клиновые

Роторные

Рычажные Кулачковые

Рис.4.7. Классификация безмуфтовых узлов включения по конструктивному признаку

89

Рис. 4.8. Конструктивная схема пресса с безмуфтовым приводом: 1 – ползун, 2 – шаровая опора, 3 – цилиндр уравновешивателя, 4 – приводной ремень, 5 – шкив, 6 – маховик, 7 – эксцентриковый вал, 8 – эксцентрик вала, 9 – кривошип, 10 – регулировочная эксцентриковая втулка, 11 – силовой цилиндр включения, 12 – поршень силового цилиндра, 13 – возвратная пружина, 14 – шток силового цилиндра, 15 – поворотный включающий рычаг, 16 – верхнее звено двухзвенного ломающегося рычага, 17 – ротор на верхнем звене, 18 – круговая шайба, 19 – регулировочный винт, 20 – упор на нижнем звене, 21 – нижнее звено двухзвенного ломающегося шатуна, 22 – упор на станине, 23 – амортизатор, 24 – направляющие ползуна

Уравновешиватели пресса с БМП представляют собой регулируемые узлы плавающего типа с рычажной системой регулирования исходного положения ползуна, что обеспечивает четкое и мягкое включение пресса на режим рабочего хода только при нахождении ползуна в его исходном положении, а также позволяет обеспечить быструю и удобную регулировку исходного положения ползуна при регулировке оператором машины рабочего хода исполнительного органа. 90

Использования пресса с безмуфтовым приводом позволяет: – снизить металлоемкость (10-15 %) и трудоемкость изготовления (на 10-18 %) пресса, за счет исключения узлов муфты и тормоза, а также деталей и узлов пневмосистемы при электромагнитном варианте безмуфтового пресса; – исключить затраты энергии (25-30 %) на разгон и торможение вращающихся деталей; – исключить ударные нагрузки при включении и выключении пресса; – снизить общий уровень шума и исключить шум импульсного характера (на 14-18 дб) в 2,6-3,5 раза по сравнению с известными кривошипными прессами с муфтовым приводом аналогичного усилия; – осуществить автоматическое предохранение пресса при перегрузках и заклинивании; – сократить период времени экстренной остановки ползуна пресса при его включении, т. к. не требуется затормаживать вращающиеся инерционные части машины (рабочий вал и др.); – при ослаблении давления на одну из кнопок управления пресса, вернуть немедленно ползун с любой точки хода в верхнее исходное положение; – исключить несогласованность по углу включения эксцентрикового вала при работе его с различными подающими устройствами в автоматических линиях и комплексах (что важно при решении национальной задачи создания ГАП); – увеличить время срока службы до первого капитального ремонта в 1,2-1,4 раза за счет уменьшения количества трущихся деталей, упрощения конструкции узла включения, исключения ударных нагрузок при включении и выключении пресса, исключения узлов муфты и тормоза и улучшения условий эксплуатации машины; – исключить выделение конвекционного тепла из-за отсутствия муфты и тормоза с фрикционными элементами; – уменьшить габариты пресса и расхода на его обслуживание и ремонт; – уменьшить расход сжатого воздуха на одно включение безмуфтового стопорного устройства в 15-17 раз по сравнению с узлом муфты в прессе аналогичного усилия, или исключить расход сжатого воздуха полностью в электромагнитном варианте безмуфтового пресса. Кроме вышеуказанных достоинс тв, безмуфтовые приводы позволяют решить проблему модернизации старых кривошипных прессов, эксплуатируемых на производстве, не меняя у них базовых деталей и основных узлов, обеспечивая при этом их высокие рабочие характеристики и коэффициент безопасности. Широкое внедрение безмуфтовых приводов в КПМ обеспечивает качественный скачок в области совершенствования современных кривошипных прессов, оснащенных муфтовым приводом.

91

Лекция 23. Системы управления прессов

Системы управления должны обеспечивать своевременное включение и выключение муфты и тормоза, т. е. связывать с приводом исполнительный механизм или останавливать его. Современные прессы необходимо эксплуатировать в режимах последовательных, одиночных и наладочных ходов. Причем переход с одного режима на другой должен осуществляться легко и быстро. Режим наладочных ходов характеризуется кратковременным движением ползуна в течение времени нажатия кнопки и остановкой его тотчас после отпускания кнопки. Все эти режимы должны быть предусмотрены в работе системы управления. Лишь в прессах с жесткими муфтами наладочный режим работы отсутствует, ибо такие прессы имеют небольшую массу подвижных частей, приведение которых в движение вручную не представляет трудностей. Основные требования, предъявляемые к системе управления: быстродействие, надежность в работе, простота эксплуатации и ремонта. Каждую систему управления можно подразделить на две части. Первая часть является сообщающей, т. е. с ее помощью оператор сообщает системе ту или иную команду. Вторая часть – исполнительная, осуществляющая непосредственное выполнение заданной команды – на включение или выключение муфты или тормоза. Конструктивное исполнение каждой части системы может быть разное. Для сообщения команды или ее исполнения можно применять механические, пневматические или гидравлические системы. В настоящее время для сообщения команды предпочтительными считают электрические системы: их легко монтировать, они достаточно надежны в эксплуатации и собираются из стандартных элементов, выпускаемых массовым производством. В прессах небольших усилий систему для сообщения команды выполняют механической (в виде шарнирно-рычажной системы), связывающей педаль или рукоятку с механизмом, включающим или выключающим муфту. Исполнительная часть характеризуется тем, что в ней за короткое время необходимо создать условия для включения или выключения муфты, а для этого подчас требуются большие усилия. Поэтому исполнительную часть выполняют, как правило, на базе механической, пневматической, а иногда и гидравлической систем. В зависимости от принятого конс труктивного исполнения частей бывают системы управления механические, электромеханические, пневматические, электропневматические, электрогидравлические и реже их различные сочетания. Наиболее распространены электромеханические и электропневматические системы управления. Первые применяют на прессах и других машинах малого усилия (до 1,0 МН или 100 тс), вторые получили большее распространение и ими оснащено большинство прессов. Сообщающаяся часть электропневматической системы управления включает органы воздействия – кнопки или электропедали и отключающие устрой92

ства. Органы воздействия – кнопки находятся на пульте управления, встроенном в станине или установленном на отдельной переносной стойке. Отключающими элементами являются путевые выключатели, управляемые системой кулачков, вращающихся вместе с коленчатым валом. Набор управляющих кулачков (называемый командоаппаратом) монтируют на коленчатом валу или в отдельном корпусе. Профиль кулачков выбирают исходя из того, чтобы можно было обеспечить требования техники безопасности для обслуживающего персонала и надежную работу в том или ином режиме. Вал командоаппарата цепной передачей или муфтой связан с коленчатым валом. Все системы управления должны отвечать следующим требованиям техники безопасности: – при работе на одиночных ходах следующий ход может совершаться только после подачи новой команды оператором, который для этого должен отпустить и вновь нажать на элементы воздействия – кнопку, рукоятку, педаль; – ползун после совершения хода должен остановиться в верхнем положении независимо от команды оператора; – руки оператора во время хода ползуна вниз должны находиться вне штампового пространс тва. Для этого предусматривают двурукое включение, занимающее обе руки рабочего на время поворота кривошипа на угол до 1500 с начала хода. При отпускании кнопок или рукояток на этом углу поворота, муфта автоматически отключается, и ползун останавливается, будучи заторможенным; – переход с ручного управления на педальное не должен быть самовольным, переключение должно быть осуществлено мастером. Аналогичное требование распространяется и на переход с работы одиночными ходами на последовательные ходы. Раздел 5. КИНЕМАТИКА И СТАТИКА КРИВОШИПНЫХ МАШИН Лекция 24. Кинематика кривошипных машин

Кинематика – раздел механики, содержащий учение и геометрических свойствах движения тел без учета их масс и действующих на них сил. При проектировании кривошипного пресса или иного кузнечного механизма необходимо установить его основные кинематические параметры, т. е. найдя законы изменения перемещений, скорости и ускорения исполнительного звена – ползуна, определить максимальные значения этих параметров, а также их текущие значения в период рабочего хода. Кинематические параметры определяются разными способами, известными из курса «Теория механизмов и машин». Наиболее удобен аналитический метод. Большее распространение в кривошипных машинах получил центральный механизм, о чем указывалось ранее, ползун которого может перемещаться по вертикали (прессы) или горизонтали (автоматы, горизонтально-ковочные и 93

гибочные машины). Только ползун резьбо-накатных автоматов часто перемещается по наклонной плоскости к горизонтали [9]. При расчете перемещений (пути) ползуна обычно принято отсчитывать их от крайнего переднего или нижнего положения ползуна (рис. 5.1). Это положение совпадает с конечным рабочим положением ползуна или близко к нему. Принято также углы поворота кривошипа отсчитывать от указанного выше положения в сторону, обратную реальному вращению.

Рис. 5.1. Кривошипно-шатунный механиз м: а – аксиальный, б – дезаксиальный

Путь ползуна. Введем следующие обозначения: R – радиус кривошипа; L – длина шатуна; α – угол, определяющий положение кривошипа (отсчитывается от крайнего нижнего положения А в направлении обратном вращению коленчатого вала). 94

β – угол определяющий положение шатуна относительно вертикали проходя-

щей через центр кривошипного вала. S – путь ползуна отсчитываемый от крайнего нижнего положения В2 вверх. На этом пути осуществляется пластическая деформация е – дезаксиал (смещение в вертикальной плоскости оси ползуна относительно вертикали, проходящей через опорные шейки вала) λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна ( λ =

к=

R ) L

е R

Выведем формулу пути как функцию угла поворота кривошипного вала S = f (α ) S = L + R – (x+y) Из треугольников:

ОАхС САх Вх

Х = R ⋅ cosα У = L ⋅ cos β

Подс тавим полученные выражения для Х и У в выражение пути S = L + R – (R ⋅ cosα + L ⋅ cos β ) Полученная формула не совсем удобна, так как для определения пути необходимо знать разные углы α и β . Необходимо найти связь углов β и α выразить β через α . Из треугольника ОАх Вх, используя теорему синусов, имеем R sin β = L sin α

R L

;

Sin β = sin α R L

Обозначив отношение радиуса кривошипа к длине шатуна через λ = , получим Sinβ = λ sin α Таким образом, мы выразили угол β через угол α . Но в формулу выражения пути входит косинус угла β . cos β = 1 − sin 2 β Известно, что Следовательно, применительно к нашему случаю, можем написать cos β = 1 − sin 2 β = 1 − λ 2 sin 2 α

Вводя последнее выражение в формулу пути получим S = L+R – ( R ⋅ cosα + L 1 − λ2 sin 2 α ), или S = R (1 − cosα ) + L(1 − 1 − λ2 sin 2 α ) L R

S = R [ (1 − cosα ) + (1 − 1 − λ2 sin 2 α ) ] 95

L 1 = . R λ 1 = R [ (1 − cosα ) + (1 − 1 − λ2 sin 2 α ) ]

Поскольку было обозначено Запишем

S

R =λ L

, то

(5.1)

λ

Уравнение (5.1) дает точную математическую зависимость между величиной пути S ползуна и углом поворота α кривошипа. Но практическое решение задач позволяет определить S по упрощенным формулам, допуская небольшую погрешность в вычислениях. Разложим подкоренное выражение в ряд по биному Ньютона, получим 1 2

1 − λ sin α = (1 − λ sin α ) = 1 − 2

2

2

2

1 1 ( λ ⋅ sin α ) 2 − (λ ⋅ sin α ) 4 + … 2 8

Можно оценить написанные члены бинома по величине. Обычно по практике берут λ = 0,05 ÷ 0,45, а к = 0 ÷ 1,3; но, как правило, λ ≤ 0,3, к ≤ 0,5, а для центрального механизма к = 0. Sin α имеет наибольшее значение при α = 900 . Принимая максимальное значение найдем, что 1 − λ2 sin 2 α = 1 − 0,045 − 0,0010 − …,т. е. практически мы можем ограничить двумя первыми членами ряда, приняв 1 − λ 2 sin 2 α = 1 −

1 2 λ sin 2 α . 2

Практика показывает, что допускаемая при этом ошибка не превышает 810 %. Но так как при = 90 0 ни одна технологическая операция не происходит, то фактическая ошибка будет еще меньше. Подс тавляя полученное приближенное подкоренное выражение в форму1

1 2

лу (5.1) будем иметь S = R { (1 − cosα ) + [1 − (1 − λ2 sin 2 α )] } λ

λ

или S = R [ (1 − cosα ) + sin 2 α ]

(5.2)

2

В этой формуле исключают квадрат синуса, имея в виду, что 1 2

Sin2 α = (1 − cos 2α ) . Тогда упрощенное выражение для S = f(α ) можно представить в виде λ

S = R [ (1 − cosα ) + (1 − cos 2α ) ]

(5.2а)

4

Для дезаксиального кривошипно-шатунного механизма имеем S=

λ

1 k λ2 R [ (1 − cosα ) + (1 − cos 2α ) + k λ sin α + ⋅ 4 2 1+λ

]

(5.2б)

При этом следует иметь в виду, что величины «e» и «k» принимают со знаком «+» при положении точки В1 справа от оси, проходящей через точку О, и принятом направлении вращения; при положении точки В1 слева от оси «е» и «к» принимают со знаком «–». Величины перемещений необходимо знать для выявления возможности изготовления конкретной детали. 96

Очень часто при расчете кривошипных прессов приходится решать задачу обратную, т. е. определять по заданным перемещениям угол поворота кривошипа (найти положение кривошипа), т. к. прочность коленвала = f(α ). Необходимый путь легко замерить по чертежу детали (рис. 5.1). Обозначим через SR =

S R

относительное перемещение ползуна или путь ползуна, вы-

раженный в долях радиуса кривошипа. Для углов α ≤ 30 0 можно использовать приближенное выражение α = −

kλ ± 1+λ

2S (1 + λ )R

.

(5.3)

Для центрального механизма точное значение угла α найдем из формулы (5.2а). Для этого обе части формулы делят на R, затем проводят ряд тригонометрических преобразований, позволяющих получить в конечном счете выражение Arc cos α =

2 (1 − S R )(1 +

1

λ

) + S R2

(5.4)

1

2(1 + S R + )

λ

В этих формулах α = f (S ) . Характер изменения кривой перемещений для центрального механизма показан на рис. 5.1. Изменение λ не оказывает существенного влияния на характер кривой перемещений. Для центрального механизма ход ползуна Н = 2 R, для дезаксиального механизма ход при прочих равных условиях равен 1 λ 2k 2 2 1 − λ2

Нд = 2 R (1 + ⋅

)

(5.5)

Чем больше λ и k, тем больше величина хода, но так как обычно λ < 1 и k < 1, то разница в величине хода ползуна обоих механизмов весьма мала и практически не превышает 5 %. Скорость ползуна. Скорость ползуна интересует потому, что не все технологические операции возможны при любых скоростях. Скорость будем определять как первую производную от пути по времени t. Путь S известен. Берем уравнение (5.1) и дифференцируем его по времени t. dS dS dα V= = ⋅ = dt dα dt

dα Пn 0 =ω = = const , ϖ dt 30

d{R (1 − cos α ) +

1

λ

(1 − 1 − λ 2 sin 2 α )}

dα

– угловая скорость кривошипного вала.

97

⋅

dα dt

Рис. 5.2. Характер изменения кривых перемещений (а), скоростей (б) и ускорений (в) кривошипного механиз ма при разных значения х

98

λ=

R

α

Так как при ходе машины без нагрузки вал практически вращается равномерно с постоянным числом оборотов n0 , то и угловая скорость

dα dt

будет по-

стоянной величиной. После дифференцирования получим V = Rω [sin α +

λ sin 2α

2 1 − λ 2 sin 2 α

]

(5.6)

Эта формула точная. Если продифференцируем приближенную формулу (5.2а), то для центрального механизма получим dS = dt

dR[(1 − cos α ) + dα

V = ωR[sinα +

λ 2

λ

2

sin 2 α ] d α ⋅ dt

sin 2α ]

(5.7)

Определение скорости по этой формуле дает максимальную ошибку не более 6 %. При дифференцировании формулы пути для дезаксиального кривошипношатунного механизма (5.2б) получим V = ωR(sin α +

λ

2

sin 2α + kλ cosα )

(5.7а)

Формулы (5.6, 5.7, 5.7а) дают значения скорости как функцию угла поворота кривошипа. При рабочем ходе машины число оборотов маховика и коренного вала снижается вследствие расхода энергии на пластическую деформацию. Например, при нормальной нагрузке горизонтально-ковочной машины число оборотов к концу рабочего хода может падать на 40 и даже на 60 %, причем кривая нарастания перепада числа оборотов имеет гиперболический характер. Для нахождения реальной скорости ползуна в каждый данный момент рабочего хода нужно в формулах для определения V принимать число оборотов коренного вала, соответс твующее данному углу поворота с учетом перепада. Из полученных выражений следует, что скорость движения ползуна является функцией угла поворота кривошипного вала и зависит от числа оборотов последнего, от радиуса кривошипа R и отношения его размера к длине шатуна λ . Ускорение ползуна. Как видно из графика (рис. 5.2), скорость ползуна кривошипной машины представляет собой переменную величину. Раз скорость является переменной величиной, то имеются ускорения. А если есть ускорения, то есть и инерционные силы. Чтобы узнать величину инерционных сил, надо знать величины ускорений, что оказывает влияние на конс трукцию машины. Ускорение является первой производной от скорости по времени. j=

dV dt

Ускорение определяется знаком, поэтому необходимо его учитывать. Используя уравнение (6), получим: 99

dV dV dα j= = ⋅ =− dt dα dt

d [ Rω (sinα +

λ

⋅

sin 2α

2 1 − λ2 sin 2 α dα

)] ⋅

dα dt

Минус перед выражением потому, что учитываем направление отсчета. Окончательно будем иметь j = ω 2 R[λ

(1 − λ2 sin2 α ) ⋅ sin2 α − cos2 α (1 − λ2 sin2 α ) 3 − cosα

(5.8)

]

Это точная формула. Минус перед выражением учтен в скобках. Приближенное выражение для ускорения получается, если дифференцировать формулу (5.7). Окончательно приближенное выражение для ускорения имеет вид: j = – ω 2 R(cosα + λ ⋅ cos2α) (5.9) Знак «минус» взят для учета фактического направления вращения коленвала. Для дезаксиального кривошипно-шатунного механизма (5.7а) получим j = – ω 2 R(cosα + λ ⋅ cos2α − kλ ⋅ sinα ) (5.9 а) Погрешнос ть при расчете ускорений в пределах одного рабочего хода по приближенным формулам при самых неблагоприятных условиях (больших значениях λ и k) составляет не более 8 %. Характер кривых ускорений показан на рис.5.2. Сила инерции Р = m j. В эксплуатации крупных прессов и автоматов наличие инерционных сил имеет большое значение. Для уменьшения инерционных сил необходимо создавать уравновешенные ползуны. При вычислении значений S, V и j удобно использовать таблицы, определяющие значения соответс твующих тригонометрических функций, приведенные в работе [15]. Из рис.5.2, показывающего характер кривых скоростей и ускорений за один цикл видно, что максимальное значение скорости не совпадает с углом поворота кривошипа α = 90 0 ; значения, соответствующие максимуму скорости можно найти, приравняв к нулю тригонометрические функции в выражениях (5.7, 5.7а). Судя по кривым, увеличение λ приводит к смещению максимума скорости в сторону углов, меньших 90 0 . Для синусного механизма, когда λ = 0, максимум скорости соответствует α = 90 0 . Увеличение λ способствует повышению ускорения и динамических сил. При нижнем расположении кривошипа (у прессов с нижнем приводом) значения рабочих углов будут иные. Если отсчет углов вести от крайнего нижнего положения ползуна и соответствующего этому положению кривошипа, то значения перемещений, скоростей и ускорений могут быть найдены из выражений: λ

S = R[1 − cosα − (1 − cos2α ) − λk ⋅ sinα + 4

V = ωR(sinα −

λ

λ2 k 2 ], 2(1 − λ )

sin 2α − λk ⋅ cosα ) , 2 j = – cosα − λ ⋅ cos 2α + λk ⋅ sin 2α . 100

(5.10)

Знак «–» взят в связи с принятым направлением отсчета, которое противоположно фактическому направлению вращения. При тех же значениях углов α для механизма с нижнем расположением кривошипа величины перемещений, скоростей и ускорений будут меньшими. Для механизмов, имеющих большое число звеньев, как правило, трудно установить аналитические зависимости кинематических параметров от угла поворота кривошипа или другого ведущего звена. При этом получаются весьма громоздкие и трудно анализируемые математические выражения. Сложные механизмы предпочитают исследовать графическим или графо-аналитическим методами. Последний особенно удобен при анализе перемещений механизмов с остановками ползуна или при большой неравномерности его скорости. Вначале графически определяют положение звеньев (для которых это возможно без больших погрешностей), а затем аналитически на базе полученных графических построений находят малые перемещения ползуна. Лекция 25. Статика кривошипных машин

Считаем заданным усилие ползуна Рд, которое определяется величиной полезного сопротивления или заданной величины номинального усилия при первоначальном расчете пресса. Из треугольника сил в идеальном механизме опреИ деляем силу РАВ , действующую вдоль шатуна, и силу, направленную нормально к направляющим ползуна Рни.п. (рис. 5.3). Индекс «и» соответствует силе в идеальном механизме. Рд и (5.10а) Из рис. видно, что Р АВ = cos β Рни.п . = Р д ⋅ tgβ Имея в виду, что sin β = λ sin α , cos β = 1 − λ2 sin2 α , а в общем случае Получим

sin β = λ (sin α + k ) , cos β = 1 − λ2 (sin α + k) 2 e Рд Рд ⋅ λ(sin α + k ) и = PAB Pни.п. = , , k = R 1 − λ2 (sin α + k ) 2 1 − λ2 (sin α + k ) 2

Полученные формулы точные. Как и в случае кинематических расчетов при малых значениях λ , «k» и sin α , можно знаменатель принять равным единице. Тогда мы получим приближенные зависимости: Р иАВ ≈ Рд ; Рни.п. = Рд ⋅ λ(sin α + k ) (5.11) Максимальное значение ошибки будет иметь место при α =900 , т. е. когда машина находится в ненагруженном состоянии. Определив силы, действующие 101

в идеальном механизме, можно определить и величину потребного идеального крутящего момента на кривошипном валу.

Рис. 5.3. Определение сил, действующих в реальном механизме

102

и ⋅ od Для центрального механизма М икр = Р АВ Из треугольника odA od = R ⋅ sin(α + β ) ; M икр = Р иАВ ⋅ R sin(α + β )

Принимая во внимание 10 а имеем М кри = Р д ⋅ R

sin(α + β ) cos β

Рд cos β sin(α + β ) sin α cos β + cos α sin β sin β = = sin α + cosα = cos β cos β cos β

Зная, что Р иАВ =

поставим известные значения sin β = λ sin α , cos β = 1 − λ 2 sin 2 α = sin α +

λ sin α ⋅ cos α ( 2) 1 − λ2 sin 2 α ( 2)

M кри

= sin α +

λ sin 2α

2 1 − λ2 sin 2 α λ sin 2α ) = Рд R (sin α + 2 1 − λ2 sin 2 α

(5.12)

Получили точное выражение крутящего момента для центрального кривошипного механизма. Для упрощения полученной формулы можно приравнять cos β =1. На практике, исходя из принимаемых значений размеров R и L, максимальное значение угла β не превышает 100 , точнее 80 30’. Получим λ sinα (2) λ sin(α + β ) ≈ sin(α + β ) = sinα ⋅ cos β + cosα ⋅ sin β = sinα + cosα = sinα + sin 2α cos β ( 2) 2 Подс тавим в формулу крутящего момента и получим λ М кри = Рд R (sinα + sin 2α ) (5.13) 2

Аналогичным образом для дезаксиального центрального механизма можно получить формулу М икр = р Д ⋅ R (sin α +

λ

2

sin 2α + kλ cos α )

(5.14)

При использовании формул (5.13, 5.14) ошибка не более 2%. Разделим обе части уравнений (5.13, 5.14) на Рд и обозначим m ик = R(sin α +

λ 2

М кри Рд

sin 2α ) и m ик = R(sin α +

и

= m ик

λ 2

sin 2α + kλ cos α )

(5.15)

m к – приведенный относительный крутящий момент, т. е. крутящий момент, отнесенный к единице усилия на ползуне. Имея в виду формулы (5.13, 5.14) и зная (5.15) m ик можно считать приведенным плечом силы Рд. М кри = Рд ⋅ m ки (5.16) Формула (5.16) применяется довольно часто. 103

Полученные формулы позволяют от усилия деформации перейти к усилиям, дейс твующим по шатуну, определить М вала и решать все вопросы, свякр занные с кинетикой пресса. Поскольку все эти усилия являются функцией угла α , то и все полученные силы и крутящие моменты меняются в зависимости от угла поворота коленчатого вала пресса. Если мы рассматриваем идеальную машину, то все усилия, передаваемые через рычаги, направлены по их геометрической оси. Это действительно имеет место в условиях отсутствия трения. В реальном механизме наряду с упомянутыми ранее силами и моментом действуют еще моменты трения в шарнирах и сопротивления трения перемещению ползуна в направляющих. Таким образом, с учетом трения, усилия уже нельзя направить по геометрической оси рычагов. В этом случае будет направлено по касательной к кругам трения в цапфах рычагов. Строим круги трения в цапфах А и В. Причем радиус кругов трения будет ρ А = f ⋅ ra ; ρ в = f ⋅ rв , равен: где f – коэффициент трения, а rа и rв – радиусы кругов трения в рассматриваемых точках. Однако, в рассматриваемом случае можно провести четыре касательных к кругам трения. Касательную нужно проводить так, чтобы действующее усилие (Р) создавало момент относительно той или иной цапфы, направление которого должно быть противоположно моменту трения в заданной цапфе. Отклонение дейс твующего усилия от геометрической оси приводит к изгибу рычага, что учитывается при конс труировании увеличением размеров. При пос троении плана сил реального механизма основной величиной будет сила полезного сопротивления Рд. Построим треугольник сил, действующих на кривошипно-шатунный механизм в реальной машине (с учетом сил трения). Для определения величины сил необходимо определить углы треугольника сил. Сила РАВ наклонена под углом β + γ sin γ =

Тогда

f ( ra + rb ) fλ ( ra + rb ) = L R

РАВ=Рд

cosϕ cos(β + γ + ϕ )

(5.17) (5.18)

Угол ϕ не превосходит 50 40’ (при f=0,1), сумма углов ( β + γ + ϕ ) также невелика. Так, угол γ – не более 30 ; угол β – при рабочих углах α не превосходит 100 . cosϕ в целом колеблетТаким образом, тригонометрическая функция cos(β + γ + ϕ ) ся от 1 до 1,06. Без большой ошибки можно принять , при λ =0,25 РАВ ≈ Рд (5.19) При λ 〉 0,25 следует производить оценку по формуле (5.16). Сила, действующая на направляющие, определяется из выражения 104

Откуда

Рн = tg ( β + γ ) , Рд + fРн Р ⋅ tg ( β + γ ) Рн= д 1 − f ⋅ tg ( β + γ )

Произведение f ⋅ tg( β + γ ) не превосходит значения (0,02-0,03), поэтому без большой ошибки можно принять Рн = Рд tg( β + γ ) = Рд tgβ + Рд tgγ Заменив tgβ ≈ sin β ≈ λ (sin α + k ) , получим Рн = Рд [ λ(sin α + k ) + tgγ ] (5.20) Из формулы (20) видно, что рациональный выбор значений k может существенно снизить давление на направляющие ползуна. Крутящий момент на коленчатом валу в реальной машине найдем из уравнения баланса элементарных работ при повороте коленчатого вала на угол dα : М к dα = Рд dS + fРн dS + fР АВ rв dβ + fР АВ ra ( dα + dβ ) + fР01 − r01dα + fР02 r02dα (5.21) Здесь Р01 и r01 – реакция и радиус подшипника в первой опоре коленчатого вала; Р02 и r02 то же – соответственно во второй. Выражение (5.21) можно упростить. Сила Рн составляет не более 0,3 Рд, произведение fРн составит не более 3 % от первого члена и менее 3 % от суммы правой час ти. В практических расчетах такой величиной можно пренебречь, разделив правую и левую час ти на d α с учетом уравнений (5.7 , 5.7а, 5.16) можно записать М к = Рд mки + fР д [(1 +

dβ dβ Р Р rb + 01 r01 + 02 r02 ] . )ra + dα dα Рд Рд

(5.22)

Продифференцируем знакомое уравнение sin β = λ (sin α + k ) : cos β ⋅ d β = λ cos α ⋅ dα dβ cos α =λ ≈ λ cos α . dα cos β Р Р Тогда М к = Рд m ик + fР д [( ra (1 + λ cos α ) + λ cos α ⋅ rb + 01 r01 + 02 r02 ] Рд Рд

(5.23)

Поскольку второй член уравнения зависит только от условий трения, уравнение (23) можно написать в виде М к = Рд ( m ик + m kf ) , (5.24) где

m kf = f [(1 + λ cos α )ra + λrb ⋅ cos α +

Р 01 Р r01 + 02 r02 ] Рд Рд

(5.25)

По аналогии с приведенным относительным плечом mки М. В. Сторожев предложил величину mkf называть приведенным относительным плечом трения. Поскольку λ〈 1, можно без большой ошибки в расчетах пользоваться наибольшим значением mkf , полученным при α =0. Обычно величину mkf принимают независимой от угла α и равной m kf = f [(1 + λ ) ra + λ rb +

P01 Pд

105

r01 +

P02 Pд

r02 ]

(5.26)

В большинстве случаев r01 и r02 незначительно отличаются друг от друга, поэтому можно принять r0 =

r01 + r02 2

. Кроме того, Р01 и Р02 – величины, мало от-

личающиеся друг от друга (во всяком случае для двухстоечных прессов), а сумма Р01 + Р02 ≈ Рд. Тогда выражение для mk еще упроститься: m kf = f [(1 + λ ) ra + λrb + r0 ] (5.27) Для расчета крутящего момента на коленчатом валу используют обычно М к = Рд m k , (5.28) выражение и f mk = m к + m k . (5.28а) где Для прессов с нижним расположением кривошипа значения mки и mkf можно получить тем же способом, который был использован при определении кинематических параметров. Получим аналогично формуле (5.27): mkf = f [(1 − λсosα ) ra + λ cosα ⋅ rb + r0 ] , (5.29) λ mки = R (sin α − sin 2α − kλ cosα ) (5.30) Соответс твенно 2

В случае, если рабочий угол лежит в области, близкой к 0, cosα , можно принимать равным 1, при больших значениях α берут значение cos α =0. В заключении подчеркиваем весьма важный вывод, который следует из рассмотрения кинетостатики кривошипно-шатунного механизма: 1. В реальной машине при α =0 и данном Рд потребляемый на коленчатом валу крутящий момент имеет вполне определенную величину отличную от 0, и, наоборот, всякий конечный крутящий момент в конце хода может развивать лишь вполне определенное конечное усилие. 2. В идеальной машине при Мк ≠ 0 и α =0 на ползуне получается усилие бесконечно большой величины. Лекция 26. Заклинивание кривошипно-шатунного механизма

При работе пресса иногда возникает такое положение, когда на ползун действует определенная реактивная сила сопротивления, появившаяся в результате упругой деформации станины и других деталей пресса, препятствующая перемещению ползуна. В то же время по каким-либо причинам активный момент на приводе (при недостаточном запасе энергии маховика при перегрузке и, как следствие, нарушение связи коленчатого вала с приводом в результате срабатывания предохранителя, проскальзывания муфты включения, поломки вала или зубчатой передачи) не может быть приложен. Может ли ползун, находящийся под действием упругих сил, самопроизвольно подняться в положение, исключающее наличие упругих сил в системе, и если нет, то какой дополнительный момент нужно приложить к коленчатому валу для того, чтобы привес ти ползун в это положение? На базе анализа баланса элементарных работ попытаемся ответить на этот вопрос (рис. 5.4). 106

Активной силой является Рд, момент на коленчатом валу равный 0; возьмем уравнение (28) и, приняв левую часть равной 0, ответим на первую час ть вопроса. При этом, поскольку сила Рд является активной, перенесем первый член уравнения в левую часть и изменим его знак на обратный. Получим Р д mик = Р д ⋅ mkf . Произведя сокращение на Рд , подставив значения mки и mkf , а знак равенства заменим знаком неравенства, определяющим момент, когда равновесие системы под действием упругих сил и сил трения будет нарушено, получим mки ≥ mkf (31) R (sin α +

λ 2

sin 2α + λk cosα ) ≥ f [(1 + λ) ra + λrb + r0 ]

Рис. 5.4. Положение кривошипно-шатунного механизма при заклинивании

107

При углах α меньших, чем определяет неравенство, равновесие всегда будет сохраняться, т. е. для снятия упругих сил в системе необходимо приложить определенный момент. Граничный угол, фиксирующий положение равновесия mки = mkf , называют углом заклинивания α 3 ; его вычисление возможно по уравнению 2m kf 1+ λ α −2 − α3 − 2 + =0 λк R λk 2 3

(5.32)

Для центрального механизма уравнение получает более простой вид: mkf arccos α 3 = (5.33) R (1 + λ ) Очевидно, что дополнительный момент, который надо приложить для снятия упругих сил в системе (без учета динамической составляющей), определится из уравнения М 3 = Р3 ( m kf − m ки ) , (5.34) где Р3 – сила, действующая вы момент заклинивания. Наибольшая величина момента заклинивания соответствует положению кривошипа при α =0, когда М 3 = Р 3 ⋅ m kf . Углы заклинивания у центральных и внецентренных механизмов разнятся очень мало, поэтому внецентренные механизмы с этой точки зрения не имеют каких-либо существенных преимуществ. Область заклинивания у обоих механизмов с одним значением λ практически совпадает. Увеличение λ несколько сужает область заклинивания. Из уравнения (5.31) видно, что наиболее эффективный путь снижения угла заклинивания состоит в уменьшении коэффициента трения (подача жидкой смазки, переход на подшипники качения) и в уменьшении размеров шарниров ra, r0, rb до пределов, допускаемых условиями прочности. Способы вывода пресса из состояния заклинивания: 1. Дать прессу обратный ход (переключив обмотки главного электродвигателя с треугольника на звезду); 2. Для прессов малых усилий – оставить пресс в заклиненном сотоянии на сутки, произойдет релаксация напряжений и появится возможность «выбить» штамп; Нагреть газовой грелкой стяжные шпильки у прессов со сборной 3. станиной (листоштамповочные прессы); 4. Использовать специальные приспособления в виде гидрогаек (для КГШП); 5. Разрезка шатунов.

108

Раздел 6. КОНСТРУКЦИИ МАШИН ДЛЯ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ Лекция 27. Машины для локальной обработки металлов давлением Машины со сферодвижным прессователем. Важным направлением малоотходной технологии является создание машин, предназначенных для локальной обработки давлением, когда контактная поверхность заготовки преднамеренно уменьшена в несколько раз по сравнению с ее площадью поперечного сечения и всей обрабатываемой поверхностью. Известные способы холодной объемной штамповки характеризуются большими удельными усилиями при деформировании металла, в связи с чем для осуществления процесса требуются прессы больших усилий; сложность, а иногда и невозможность получения изделий с небольшой – толщиной фланца. Одним из способов снижения удельных нагрузок на инс трумент и технологических усилий при осадке является холодная объемная штамповка (сферодвижителем). Этот способ основан на применении новой технологической схемы, когда воздействие подвижной части штампа (пуансона) на заготовку осуществляется в результате сложения двух составляющих движений: кругового качательного движения пуансона и вертикально-пос тупательного управляемого движения стола. Отклоненная от вертикали на небольшой угол γ (угол прецессии) ось водила бойка описывает коническую поверхность вокруг вертикальной оси; при этом водило не вращается вокруг собственной оси и пуансон получает не вращательное, а круговое качательное движение (рис. 6.1). Вершина конуса, описываемого вращением оси водила совпадают с вершиной конусной час ти деформирующего валка. Торцевая часть пуансона непрерывно перекатывается по поверхности деформируемой заготовки, установленной в матрице, образуя в каждый момент сосредоточенный очаг деформации. Ввиду этого нагрузка на деформируемую заготовку прикладывается не по всей торцевой поверхности одновременно, как при осадке плоскопараллельными бойками, а по значительно меньшей поверхности. Осадка заготовки осуществляется за несколько оборотов пуансона. При этом за каждый оборот деформируются определенные участки заготовки определенным учас тком качающегося пуансона. Удаление заготовки производится выталкивателем. Прототипом показанной схемы является схема нагружения «сферодвижного прессователя», впервые разработанная в 1961-62 гг. в лаборатории по обработки металлов давлением Ленинградского механического института инженером Силичевым А.Н. и запатентованная во многих странах. Анализ экспериментальных исследований показал, что площадь контакта подвижного бойка и заготовки уменьшается в 2,4-4,6 раза в зависимости от степени обжатия за один оборот водила и радиуса заготовки; максимальные технологические усилия уменьшаются в 4,3-13,5 раза; коэффициент полезного 109

действия сферодвижного механизма является максимальным при γ = 10 30’ и составляет 68-75 %.

Рис. 6.1. Сферодвижный прессователь с червячным защеплением: 1 – корпус, 2 – втулка верхняя, 3 – втулка нижняя, 4 – втулка прессователя, 5 – червячное колесо, 6 – червяк, 7 – водило прессователя, 8 – сферический прессователь, 9 – инструмент прессователя, 10 – эксцентриковая втулка, 11 – зубчатое колесо верхнее, 12 – зубчатое колесо нижнее, 13 – регулируемые прокладки, 14 – заготовка (деталь), 15 – матрица

При подаче вращательного движения через червячное зацепление (червяк и зубчатое колесо), водило совершает вынужденное колебательное движение, а инструмент, обкатываясь по заготовке, производит ее деформацию, при этом поступательное вертикальное перемещение может совершать либо заготовка, либо водило вместе с корпусом. Зубчатое колесо обкатывается по сопряженному зубчатому колесу, а водило и вместе с ним инструмент сохраняют строго определенное положение по отношению к нижней неподвижной матрице. Рассматриваемая конструкция позволяет повысить надежность механизма водила от поворота, так как момент, возникающий во время деформации заготовки, воспринимается зубчатым соединением. Кроме того, выполнение механизма фиксации в виде зубчатого соединения дает возможность повысить точность штамповки деталей типа зубчатых колес, так как точнос ть в первом случае значительно выше и процесс по этому параметру приближается к процессу накатки зубьев на накатных станах, а зубчатое соединение, кроме функции стопорения, выполняет функцию синхронизирующего элемента процесса накатки. 110

На рис. 6.2 показан другой вариант (из многих возможных)Деформирующее усилие заготовке передается через нижнюю плиту, связанную с ползуном, установленным в направляющих станины и соединенным со средствами привода.

Рис. 5.6. Рычажный сферодвижный прессователь: 1 – эксцентриковый вал, 2 – эксцентрик, 3 – втулка, 4 – силовые звенья, 5 – шарниры втулки 3, 6 – шарниры силовых звеньев, 7 – плита, 8 – инструмент, 9 – направляющие силовых звеньев 4, 10 – заготовка, 11 – нижняя плита, 12 – ползун, 13 – направляющие ползуна 12

Устройство работает следующим образом. На нижнюю плиту с инструментом укладывается заготовка, после чего включается привод вращения эксцентрика и ползуна. При вращении эксцентрик перемещает втулку, а вместе с ней поочередно отклоняются силовые звенья. Втулка совершает качательное движение в горизонтальной плоскости, не вращаясь относительно своей оси и оси эксцентрикового вала. Так как силовые звенья поочередно складываются и выпрямляются, то плита, связанная шарнирно с ними, совершает качательное движение по окружности, не вращаясь относительно своей оси. Инс трумент, закрепленный в матрицедержателе, обкатывает деформируемую заготовку. Необходимое деформирующее усилие создается ползуном, который поступательно перемещается в направляющих. Положительный эффект заключается в повышении надежности работы устройства звеньев с эксцентриком, простоте конструкции, повышении производительнос ти устройства за счет возможного увеличения скорости качания инструмента, вызванного улучшением условий работы пары экцентрик – силовые звенья. 111

Лекция 28. Горячештамповочные кривошипные прессы и горизонтально-ковочные машины Горячештамповочные кривошипные прессы предназначены для выполнения операций горячей штамповки и характеризуются большими по величине силовыми и энергетическими показателями. Прессы этого типа выпускают усилием 200-10.000 тс, мощность ус танавливаемых электродвигателей – 20-500 квт, длина хода ползуна – 200-500 мм, число ходов ползуна – 90-35 в минуту. К достоинс твам этих прессов относится быс троходнос ть, высокая жесткость конструкции, сравнительно небольшие размеры штампового пространства. Большое число ходов прессов этого типа обусловлено необходимостью уменьшения продолжительности контакта штампов с горячей заготовкой. Максимальная скорость ползуна таких прессов в 2-4 раза больше скорости ползуна универсальных кривошипных прессов. Из технологических соображений скорость ползуна следовало бы увеличить в большее число раз, однако сделать этого пока не удается из-за трудностей, связанных с созданием надежной и мощной конструкции, работающей в тяжелых динамических условиях. Высокая жесткость конструкции обуславливается требованиями к точности поковок при сравнительно большем диапазоне изменения технологических параметров поковки и, следовательно, сопротивления деформации. Повышение жесткости конструкции способствует уменьшению энергетических затрат и обеспечивает надежность работы пресса при перегрузках, частых при работе с горячим металлом. Использование сравнительно небольших размеров поковок и штампов определяет и небольшие габаритные размеры рабочих плоскостей стола и ползуна по сравнению с такими же параметрами узлов универсальных прессов равного усилия. Основные параметры горячештамповочных прессов регламентированы ГОСТом 6809-90. Жесткость данных прессов составляет 2,5-15 МН/мм, что в 24 раза выше жесткости других прессов. Обычное конструктивное исполнение горячештамповочных прессов – однокривошипный закрытый пресс с расположением валов параллельно фронту (рис. 6.3). Однако, некоторые зарубежные формы строят прессы с перпендикулярным расположением валов. Узлы ползуна, эксцентрикового вала, стола, узлы регулирования штамповой высоты и выталкивателей обладают специфичной конструкцией. Маховик устанавливают на промежуточном валу на фрикционном предохранителе, затянутом на заданный момент с помощью специального гидравлического устройства. Большое число ходов и значительные массы, разгоняемые при включении муфты, высокие технологические усилия, дейс твующие на ползун, – все это обуславливает появление знакопеременных колебательных процессов в системе привода и пресса в целом. Для надежной работы системы привода втулку маховика и шес терню фиксируют клиновыми шпонками, а в круп112

ных прессах помещают на вал с горячей посадкой; шкив электродвигателя должен опираться обязательно на две опоры; консольное крепление недопус тимо. Отличительной особеннос тью является также установка муфты и тормоза на эксцентриковом валу – это уменьшает износ деталей муфты, хотя и способствует увеличению ее габаритных размеров, а также сокращает количество заклиниваний. В прессах небольших усилий используется ленточный тормоз, в прессах средних и больших усилий – дисковый. В ползуне пресса имеется верхний выталкиватель, приводимый в действие от шатуна при обратном ходе ползуна. Ход выталкивателя принимается равным 10-25 % хода ползуна, а расчетное усилие – 50-100 кН. В станине пресса размещен нижний выталкиватель. Его привод осуществляется либо от кулачка, установленного на консоли эксцентрикового вала, либо от специального гидропривода. Конструкции гидровыталкивателей являются не очень надежными и часто выходят из строя. Для нижнего выталкивателя расчетное усилие должно составлять – 0,5-1,0 % от номинального усилия пресса, ход – приблизительно 20 % от полного хода ползуна. Величина штамповой высоты регулируется с помощью клинового стола. В горячештамповочных прессах нельзя применять обычные методы регулирования штамповой высоты, так как резьбовые соединения обладают небольшой жестокостью. Существенные колебания усилия и затрат энергии при пластическом деформировании приводят к заклиниванию пресса. Заклинивание получается в результате исчерпания энергетического запаса маховика и ос тановки ползуна в зоне углов заклинивания. Усилие при заклинивании часто превышает в 2-3 раза номинальное. Выводят пресс из заклинивания при помощи клинового стола или при помощи специальных приспособлений, предусмотренных конструкцией пресса. Шатун пресса выполняют из стального литья коротким и жестким. Обычно λ = 0,17 – 0,20. Давление от ползуна на шатун может передаваться через ось шарнира или через цилиндрическую пяту, наружную поверхность малой головки шатуна. Первое решение является более технологичным. Отличительной особеннос тью ползуна является наличие хоботообразного прилива с дополнительными направляющими салазками, что существенно увеличивает длину направляющей базы. Обычно соотношение общей длины ползуна к ширине его рабочей плоскости составляется 3:1. Верхние дополнительные направляющие способствуют уменьшению перекосов и реакций, действующих на направляющие при эксцентричной нагрузке. Необходимо обеспечить достаточную прочнос ть хоботообразного прилива, так как на практике бывают случаи его поломок.

113

2 1

13 3

5

6

7

4

10

8

9 11

12

Рис. 6.3. Кинематическая схема КГШП: 1 – главный электродвигатель, 2 – шкив, 3 – маховик, 4 – тормоз маховика, 5 – промежуточный вал, 6 – зубчатая пара, 7 – муфта включения, 8 – эксцентриковый вал, 9 – тормоз, 10 – шатун, 11 – ползун, 12 – клин стол, 13 – уравновешиватель

На верхней части ползуна укрепляют шток уравновешивателя. Большая масса ползуна с шатуном и эксцентриковым валом (500-1000 кН) не позволяет уравновесить массы всех деталей. Уравновешивается только масса ползуна с массой штампа. Чтобы устранить потери энергии из-за реакции массы эксцентрикового вала в подшипниках, в конструкциях последних лет вал опирают на специальные пружинные опоры, компенсирующие массу. Обеспечение горячештамповочных прессов устройствами, сокращающими время наладки и вынужденных простоев, всегда рационально. Поэтому большинс тво современных прессов имеют микропривод, указатели усилия, столы для монтажа штампов, что существенно увеличивает экономическую эффективность их применения. Расчет горячештамповочных прессов не имеет существенной специфики по сравнению с расчетом других прессов. 114

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) применяют во многих отраслях промышленности при изготовлении различных заготовок, требующих технологических переходов высадки, прошивки, пережима заготовки, выдавливания и отрезки-отделения заготовки от прутка. Все эти операции можно осуществлять и на других кузнечно-прессовых машинах, однако, в силу уникальной специализации ГКМ обеспечивают существенно более высокую производительнос ть и повышенное качество получаемых заготовок. ГКМ позволяет экономно расходовать металл за счет высокой точности поковок, небольших припусков и штамповочных уклонов, практического отсутс твия заусенцев. В оезультате требуется минимальная механическая обработка резанием. При штамповке на ГКМ отходы обычно не превышают 10 % вместо 25-30 % при изготовлении тех же изделий на молотах. Таким образом, горизонтально-ковочные машины относятся к тому классическому виду оборудования, которое, будучи разработанным еще в XIX веке, широко востребовано промышленнос тью и в XXI веке. Первые ГКМ разработала в 1868 году известная американская фирма «Ajaks»; изготовляли эти машины и другие зарубежные фирмы – американские «National» и «Acme», немецкие «Wagner» и «Eumuco». Их использовали для высадки головок болтов и заклепок. На современном этапе, вплоть до 60-х годов XX века, наша страна закупала это оборудование за рубежом. В период с 1961 по 1971 гг. нашей промышленнос тью освоен выпуск всей гаммы ГКМ усилием 1,6-2,5-4-6,3-8-12,5 МН, в том числе и с горизонтальным разъемом матриц. Наша страна перестала зависеть от поставок машин этого вида от зарубежных фирм. ГКМ применяют для изготовления широкой номенклатуры поковок. Все ГКМ, выпускаемые отечес твенной и зарубежной промышленнос тью, можно подразделить на две основыне группы: с вертикальной (ГКМ с ВРМ) и горизонтальной плоскостью разъема матриц (ГКМ с ГРМ). На рис. 6.4 показана кинематическая схема ГКМ с ВРМ, все механизмы и узлы которой смонтированы на открытой горизонтальной с танине, представляющей открытую сверху коробку со стенками, усиленными вертикальными и горизонтальными ребрами. Станина литая. Для увеличения жесткости предусмотрены мощные продольные и поперечные стяжные шпильки. Для смазки трущихся поверхностей используют автоматическую принудительную систему подачи густой смазки. Чтобы повысить с тойкость штампов, предусмотрена система водяного охлаждения. Предохранение механизма от перегрузки достигается с помощью самовосстанавливающегося пружинно-рычажного предохранителя, расположенного в боковом продольном ползуне 13. Наличие в приводе бокового ползуна кулачка прямого хода 11 (механизм 4.1 на рис. 1.4) позволяет получить усилие зажима не более 0,3 Рн, где Рн – номинальное усилие на главном высадочном ползуне 15. В ряде случаев этого усилия явно недос таточно. Например, при высадке поворотного кулака автомобиля (семейства УАЗ) на ГКМ модели В 1141 (12,5 МН) происходит «отжим» зажимной матрицы 17 (рис. 6.4), что приводит к появлению нежелательного, трудноудаляемого продольного заусенца на поковке. 115

Рис. 6.4. Кинематическая схема ГКМ с ВРМ [1]: 1 – электродвигатель, 2 – клиновременная передача, 3 – маховик (со встроенным предохранителем по моменту), 4 – ленточный пневматический тормоз, 5 – приводной вал, 6 – шестерня, 7 – зубчатое колесо (на нем смонтирована пневматическая муфта включения), 8 – коленчатый вал, 9 – шатун, 10 – ролик обратного хода, 11 – эксцентрик прямого хода, 12 – ролик прямого хода, 13 – боковой ползун, 14 – передний регулируемый упор, 15 – главный высадочный ползун, 16 – неподвижная зажимная матрица, 17 – подвижная зажимная матрица, 18-20 – рычаги, 19 – шатун зажимного ползуна, 21 – стол

При крупносерийном и массовом производстве однотипных поковок от прутка диаметром 25-200 мм подача заготовки в штамповое пространство затруднена. Для облегчения подачи тяжелых заготовок используют подъемные пневматические или гидропневматические столы, с помощью которых заготовка удерживается на весу, перемещается по вертикали на уровень того или иного ручья штампа. О стальные манипуляции с прутком (заготовкой) производятся вручную. Главное достоинс тво ГКМ и ГРМ состоит в том, что при раскрытых матрицах зев станины полностью открыт для движения заготовок по всей длине матричного блока, что облегчает и упрощает автоматизацию этих машин. Штамповка во всех ручьях проводится одновременно. Усилие зажима Рзаж =Рн. Главным параметром, характеризующим ГКМ, является номинальное усилие на штамповочном ползуне. Основные параметры регламентирутся ГОСТом 7023-90. 116

Раздел 7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ Лекция 29. Принцип действия и классификация гидравлических прессов

Гидравлический пресс представляет собой машину-орудие практически статического действия. Принцип работы гидравлического пресса основан на законе Паскаля. В общем виде пресс состоит из двух камер, снабженных поршнями (плунжерами) и соединенных трубопроводом. Если к поршню приложить силу Р1 , то под ним создается давление p = P1 /f1 . По закону Паскаля давление p передается во все точки объема жидкости и, будучи направленно нормально к основанию большого поршня, создает силу P2 = pf2, которая оказывает давление на заготовку. На основании закона Паскаля P2 = P1 f2 /f1. Сила Р2 во столько раз больше силы Р1, во сколько раз площадь f2 больше площади f1 . Рабочий цилиндр, в котором движется рабочий плунжер, закреплен в верхней неподвижной поперечине. Последняя при помощи колонн соединяется с неподвижной поперечиной, установленной на фундаменте. Нижняя и верхняя поперечины вместе с колоннами образуют станину пресса. Рабочий плунжер соединен с подвижной поперечиной, имеющей направление по колоннам, и сообщает ей движение только в одном направлении – вниз. Для подъема подвижной поперечины установлены возвратные цилиндры с плунжерами. Прессы в зависимости от технологического назначения отличаются друг от друга конструкцией основных узлов, их расположением и количес твом, а также величиной основных параметров PH , Z, H, A x B (Z – открытая высота штампового пространс тва; H – полный ход подвижной поперечины, A x B – размеры стола). По технологическому назначению гидравлические прессы подразделяют на прессы для металла и для неметаллических материалов. В свою очередь прессы для металла подразделяют на пять групп: для ковки и штамповки; для выдавливания; для листовой штамповки; для правильных и сборочных работ и для обработки металлических отходов. Ввиду большого многообразия типов прессов приведем значения номинальных усилий PH , наиболее из них распространенных. Из прессов первой группы можно назвать следующие: ковочные – свободная ковка со штамповкой в подкладных штампах, Рн = 5-120 МН; штамповочные, – горячая объемная штамповка деталей из магниевых и алюминиевых сплавов, Рн = 10-700 МН; прошивные – глубокая горячая прошивка стальных заготовок в закрытой матрице, Рн = 1,5-30 МН; протяжные – протягивание стальных поковок через кольца, Рн = 0,75-15 МН. Из второй группы прессов можно отметить прессы трубопрутковые и прутково-профильные – прессование цветных сплавов и стали, Рн = 0,4-120 МН. Из третьей группы назовем следующие прессы: лис тоштамповочные простого действия, Рн = 0,5-10 МН; вытяжные – глубокая вытяжка цилиндрических 117

деталей, Рн = 0,3-4 МН; для штамповки резиной Рн = 20-200 МН; для бортования, фланцевания, гибки и штамповки толстолистового материала, Рн = 3-45 МН; гибочные – гибка толстолис тового материала в горячем состоянии, Рн = 3200 МН. Из пятой группы отметим прессы пакетировочные и брикетировочные для прессования отходов типа металлической стружки и обрезков лис тового металла, Рн = 1-6 МН. Гидравлические прессы для неметаллических материалов включают прессы лоя порошков, пластмасс и для прессования древесностружечных листов и плит. Технологическое назначение гидравлического пресса определяет конструкцию станины (колонная, двухстоечная, одностоечная, специальная), тип, выполнение и число цилиндров (плунжерный, дифференциально-плунжерный, поршневой и т. д.). Наибольшее распространение получила четырехколонная неподвижная станина с перемещением подвижных частей в вертикальной плоскости. Иногда станину-раму пресса выполняют в подвижной. Цилиндры плунжерного и дифференциально-плунжерного типа являются цилиндрами прос того действия (7.1). Рабочий цилиндр дифференциальноплунжерного типа применяется в случае, когда через рабочий плунжер, например, должна проходить игла (трубопрутковые прессы). Цилиндры поршневого типа наиболее часто находят применение при использовании масла в качестве рабочей жидкос ти. В этом случае уплотнительным элементом собственно поршня будут поршневые кольца. Цилиндр поршневого типа является цилиндром двойного действия. У пресса с нижним расположением рабочего цилиндра и неподвижной станиной могут отсутствовать цилиндры обратного хода, в этом случае возврат подвижных частей в исходное положение происходит под дейс твием их веса. Рабочий цилиндр соединяется при этом с наполнительным баком. По числу рабочих цилиндров прессы подразделяются на одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые. Привод и оборудование гидропрессовых установок. В состав гидропрессовой установки входят: собственно пресс; рабочая жидкость; источник жидкости высокого давления, питающий пресс-привод; приемники для жидкостибаки; трубопровод с соответствующей аппаратурой, соединяющией все указанные элементы в единую систему; электропривод. Тип привода определяется источником жидкос ти высокого давления, питающим пресс во время рабочего хода. Он оказывает значительное влияние на схему и действие гидропрессовых установок, в связи с чем последние классифицируют по этому признаку. При насосных безаккумуляторных приводах питание пресса рабочей жидкостью высокого давления осуществляется непосредственно от насосов. К насосно-аккумуляторным приводам прессов относят приводы, осуществляющие питание пресса рабочей жидкостью при рабочем ходе одновременно от аккумулятора и насоса. 118

а

б

в

Рис. 7.1. Типы цилиндров гидропресса: а) плунжерного типа, б) дефференциально-плунжерного типа, в) поршневого типа.

В мультипликаторных приводах питание пресса во время рабочего хода осуществляется мультипликатором, падающим рабочую жидкость определенными порциями в пресс. Мультипликатор представляет собой как бы одноцилиндровый насос. Тип привода характеризует принципиальные свойства прессовой установки. Гидропрессовые установки Работающие на минеральном масле

Работающие на эмульсии

С паровоздушным мультипликатором

С аккумулятором

Без аккумулятора

С механическим мульпликатором

С мультипликаторным приводом

С насосным приводом

Рис. 7.2. Класификация гидропрессовых установок

Для характерис тики гидропрессовой установки необходимо указывать не только тип ее привода, но и род применяемой рабочей жидкости, определяющей конструктивные особенности прессовой установки, например, маслонасосный безаккумуляторный привод. При насосно-аккумуляторном приводе аккумулятор накапливает энергию в течение полного цикла работы пресса для осуществления рабочего хода. В результате становится равномерной загрузка насоса и электродвигателя. Недостаток насосно-аккумуляторного привода в том, что происходит расход энергии вне зависимости от сопротивления поковки. 119

Для насосного безаккумуляторного привода установочная мощнос ть насоса и электродвигателей определяется максимальной мощностью, развиваемой прессом. Привод расходует энергию соответс твенно полезной работе, совершаемой прессом. Привод от парового или воздушного мультипликатора расходует энергию вне зависимости от сопротивления поковки. Он может обеспечить получение большого числа повторяющихся коротких ходов. Привод от механического мультипликатора обеспечивает расход энергии в зависимости от совершаемой работы, большое число повторяющихся ходов и постоянный уровень проникновения бойка в металл. Лекция 30. Гидравлический пресс ПГ-60

Пресс ПГ-60 предназначен для прессования изделий из пластмасс. Рама пресса представляет собой сварную конструкцию, нижняя плита рамы служит основанием пресса и крепится болтами к бетонному фундаменту. В нижней части рамы, на ее поперечинах, смонтирован рабочий стол пресса, закрепленный болтами. Верхняя часть рамы является резервуаром для масла. В центре резервуара смонтирован гидравлический рабочий цилиндр. Подвижная плита соединена с плунжером винтом. От провертывания плунжер предохраняется специальным винтом штифтом. В левой час ти резервуара помещен насос пресса с электродвигателем. Масло под давлением проходит из насоса по трубе в распределительное устройство, помещенное на задней стенке резервуара для масла. Распределитель соединяется с рабочим цилиндром трубами и имеет штуцер для подсоединения манометра. Заливка масла в резервуар производится через фильтр который закрывает крышкой. Для слива имеется специальный кран в нижней части резервуара. На правой стойке пресса за щитом смонтированы: – рычажная система управления прессом, которая состоит из рукоятки, тяги, пружины и рычагов; – электромагнитный замок, управление которым осуществляется от реле времени; – устройство замедления хода подвижной плиты, которое действует непосредственно на насос при помощи колодки, закреплено на подвижной плите, и при помощи переставных упоров, находящихся на штанге. При прессовании с задержкой по времени рукоятка пресса в нижнем положении удерживается защелкой электромагнитного замка. При необходимости она может быть освобождена от запора вручную кнопкой ручного выключения. В верхней части пресса помещена коробка с манометром, показывающим давление в гидросхеме пресса. При помощи штурвальчика манометр может быть при надобнос ти выключен либо включен. В левой с тойке станины прессы, с внутренней стороны открывающегося щитка, смонтирована электроаппаратура пресса. 120

Структура пресса. Пресс ПГ-60 состоит из следующих узлов: подвижной плиты, штока с поршнем, электродвигателем, соединительной муфты, сдвоенного насоса, (ступень низкого давления (1,5 МПа или 15 атм) – шестеренчатая, служит для быстрого первоначального заполнения всей гидросистемы: трубопроводов, распределителя и рабочей полости цилиндра; ступень высокого давления (32 МПа или 320 атм) – плунжерная, выдает масло малыми порциями и поднимает общее давление в системе до величины, установленной регулятором давления), регулятора давления, распределителя, манометра, фильтра, рабочего поршневого типа, механизма регулировки хода подвижной плиты, нижнего выталкивателя, электромагнитного замка, устройства для замедления хода, редукционного клапана (срабатывает только при давлении, превышающем 32 МПа), станины, указателя уровня масла; смазка комбинированная.

Рис. 7.3. Гидравлическая схема пресса ПГ-60 121

Подготовка пресса к работе (рис. 7.3). 1. Наполнение резервуара. Через фильтр производится наполнение резервуара маслом для прессов (ГОСТ 5519-80) в количестве, примерно, 80 литров. Минимальное и максимальное количество масла, которое должно находиться в резервуаре, определяется указателем уровня масла. 2. Установка рабочего давления. Необходимо рабочее давление масла в гидросистеме пресса устанавливается с помощью регулировки болтом, расположенным на верхней поперечине пресса. При ввертывании регулировочного болта давление в гидросистеме увеличивается, а при вывертывании – снижается. Величину давления масла в гидросистеме равном 30 МПа (300 атмосфер) усилие, развиваемое прессом равно 0,6 МН (60 тс), а усилие выталкивания – 0,3 МН (30 тс). Регулировка давления производится при выключенном насосе. После того как необходимое давление будет достигнуто, следует завернуть клапан манометра при помощи штурвальчика и только периодически открывать последний для контроля давления в гидросистеме. 3. Регулировка хода подвижной плиты. Регулировка сводится к установке равномерного и минимального зазора между направляющими и подвижной плитой. Для этого ослабляют винты, удерживающие направляющие, и с помощью регулировочных винтов устанавливают необходимый зазор, после чего затягивают удерживающие винты. Направляющие подвижной плиты смазываются специальной масленкой, помещенной в верхней ее части. Перед пуском пресса в работу направляющие необходимо тщательно протереть и смазать. Конструкция рабочего цилиндра. Цилиндр служит для создания рабочего усилия при прессовании и подъеме подвижной плиты. Он представляет собой цилиндр двойного действия поршневого типа. Этот узел состоит из цилиндра и плунжера. Направляющими хода плунжера служат букса (подшипник в нижней части цилиндра) и два кольца на плунжере. Плунжер своей утолщенной час тью делит полос ть цилиндра на две камеры, каждая из которых соединена при помощи труб с распределителем. Герметичность соединения труб с цилиндром достигается при помощи медных прокладок. При рабочем ходе или при подъеме подвижной плиты масло под давлением подается соответственно в ту или иную полость рабочего цилиндра. Под давлением масла манжета раскрывается и обеспечивает надежное уплотнение. Такая конструкция манжет не требует подтяжки при их износе. Нижняя манжета монтируется в крышке цилиндра, которая крепится к цилиндру при помощи шпилек. Герметичность соединения крышки с цилиндром достигается резиновой прокладкой. На рабочей поверхности подвижной плиты имеются расположенные по диагонали Т – образные пазы, служащие для крепления пресс-форм. Пробка в нижней правой части подвижной плиты служит для спуска масла, постепенно накапливающегося во внутренней полости плиты. 122

Таблица 7.1 Техническая характерис тика пресса ПГ-60 № Наименование параметра п/п 1 Номинальное усилие пресса 2 Ход штока 3 Наибольшее расстояние между с толом и подвижной плитой 4 Размеры стола: длина ширина 5 Размеры отверстия в столе: слева-направо спереди-назад диаметр 6 Размеры подвижной плиты: длина ширина 7 Номинальное усилие нижнего выталкивателя 8 Ход нижнего выталкивателя 9 Расстояние между стойками станины в свету 10 Расстояние от плоскости стола до уровня пола 11 Электродвигатель: тип мощность число оборотов 12 Габариты пресса: слева-направо спереди-назад 13 Высота пресса над уровнем пола 14 Масса пресса

123

Величина

Ед. изм. кН (тс) мм мм мм мм мм мм мм мм мм кН (тс) мм мм мм – кВт об/мин мм Мм мм кт(т)

Таблица 7.2 Карта испытаний гидравлического пресса ПГ-60 № п/п 1

Что проверяется

6

Параллельность рабочих поверхностей стола и подвижной плиты, мм Плоскость рабочих поверхнос тей стола и подвижной плиты, мм Зазор между направляющими хода и подвижной плитой, мм Перпендикулярность оси выталкивателя к рабочей поверхнос ти стола, мм Прочность рамы гидросистемы и герметичность уплотнений при давлении 400 ± 20 атм. (40 МПа) в течение 30 мин. Работа редукционного клапана

7

Работа пресса в течение одного часа

8

Падение давления при выключенном моторе

2 3 4 5

124

Отклонения Допуск. Факт. 0,4 0,1 0,3 на длине 150 см трещины и течи не допускаются 320 +−1020 атм. (32 +−1020 МПа) не должно быть: 1. Сильного стука; шума и вибрации. 2. Перегрева электродвигателя. 3. Течи масла. 4. Все механизмы должны работать нормально. 5. Падение давления при работе насоса не более 20 атм. (2 МПа). 30 атм. (3 МПа) за 140 мин.

Раздел 8. ПАРОВОЗДУШНЫЕ МОЛОТЫ Лекция 31. Паровоздушные молоты. Энергоноситель. Конструкции ковочных и штамповочных молотов Паровоздушные молоты. Паровоздушные молоты (ПВМ) по технологическому назначению подразделяются на штамповочные и ковочные (рис. 8.1, 8.2). Паровоздушными они называются в связи с тем, что могут использовать в качестве энергоносителя пар или сжатый воздух. Энергоноситель. Энергоносителем или рабочим телом служит пар или сжатый воздух, состояние которых характеризуется давлением “р”, температурой Т 0 С и удельным объемом V. При проектировании ПВМ давление пара принимается равным 700-900 кН/м2 , а давление воздуха 600-800 кН/м2 . Температура перегрева пара или подогрева воздуха не должна превышать 300 0 С. Пар. В молотах применяется сухой насыщенной, влажный и перегретый пар. Однако работа молота с применением только сухого насыщенного пара исключается. Такое состояние пара может получаться лишь в отдельные моменты работы молота. Как правило применяют влажный пар. Рабочие процессы влажного пара (расширение и сжатие) близки к адиабатическим вследствие их кратковременности (при отсутствии теплообмена с окружающей средой и сохранении энтропии постоянной). Эти процессы характеризуются:

pVn = Const

где

(8.1)

n - показатель адиабаты.

Для влажного пара показатель степени “n” будет меньше 1,135. Для упрощения тепловых расчетов ПВМ, работающих паром, показатель степени “n” принимают равным единице. Ошибка при этом составляет менее 8% [10], что вполне допустимо при технических расчетах. Воздух. При работе на воздухе изменение состояния воздуха при рабочих процессах определяется адиабатой (8.1) с показателем степени n = 1,4 . Это говорит о том, что применение в ПВМ пара или воздуха отражается на работе молотов. Периоды расширения и сжатия для пара и воздуха протекают по-разному. Если в начальной стадии расширения применяют сухой насыщенный пар и подогретый воздух и расширение пара происходит по адиабате, заменяемой кривой pV = Const, то 1 кг сухого насыщенного пара произведет работу, значительно превышающую работу 1 кг сжатого воздуха [10]. Это объясняется тем, что удельный объем сухого насыщенного пара в его начальном состоянии больше удельного объема сжатого воздуха и, кроме того, при данной степени расширения, конечное давление пара получается выше давления воздуха.

125

126

Рис. 8.1. Паровоздушный ковочный молот с двухстоечной станиной: а – типовая конструкция, б – подвижные части, в – рабочий цилиндр молота; 1 – станина, 2 – рабочий цилиндр, 3 – подвижные части, 4 – шабот, 5 – система управления, 6,7 – стойки, 8 – подцилиндровая плита, 9 – фундаментные болты, 10 – фундаментные плиты, 11 – тяги, 12 – стяжки стоек станины, 13 – направляющие, 14 – регулировочные клинья направляющих, 15 – регулировочные блты, 16 – регулировчные гайки, 17 – саблевидный рычаг управления, 18 – втулка, 19 – шток, 20 – поршень, 21 – поршневые кольца, 22 – верхний боек, 23 – шпонка, 24 – латунная или медная прокладка, 25 – клин, 26 – предохранительный цилиндр, 27 – поршень, 28 – соединительная труба с магистралью, 29 – втулка, 30 – золотник, 31 – дроссель, 32,33 – подводящая и выпускная труба, 34 – регулируемые сальниковые уплотнения

Рис. 8.2. Паровоздушный штамповочный молот: а – общий вид, б – станина; 1 – стойки станины, 2 – шабот, 3 – амортизационный болты, 4 – амортизационные пружины, 5 – напрвляющие, 6 – клин штамподержателя, 7 – штамподержатель

Рис. 8.3. Рекомегндуемые формы верхних (а), средних (б) и нижних (в) окон золотниковых втулок молотов 127

Лекция 32. Теоретичекая индикаторная даграмма и режимы работы молота

Работа пара в верхней и нижней полостях рабочего цилиндра сопровождается определенными рабочими процессами (противоположными), которые в первом приближении можно изобразить теоретической индикаторной диаграммой. Диаграмма является абстрактной, составленной из предположения мгновенного открытия (закрытия) окон золотниковой втулки (рис. 8.3), чего в реальных механизмах никогда не бывает. Это ясно из рис. 8.4., где показана не только теоретическая индикаторная диаграмма, но и положение золотника в золотниковой втулке, соответс твующее определенным периодам работы пара при ходе подвижных частей вверх или вниз. Чтобы понять суть диаграммы введем обозначения [10]: Нт - наибольший ход поршня при отсутс твии поковки, м; F - верхняя площадь поршня, м2 ; αF - нижняя кольцевая площадь поршня, м2 ; (1-α )F - площадь сечения штока, м2 ; Р - давление свежего пара, кН/м2 , Р = 700...900 кН/м2 ; Р1 - давление отработавшего пара, кН/м2 , Р1 = 1,1Р0 ; Р0 - давление наружной атмосферы, Р0 = 100 кН/м2 ; ϕи Нт - полная высота нижнего вредного пространства (с учетом объема канала и трубопровода), ϕи ∼ 0,09 ; ϕо Нт - полная высота верхнего вредного прос транс тва (с учетом объема канала и трубопровода), ϕо ∼ 0,12 ; γНт - участок впуска свежего пара; βНт - участок работы пара расширением (сжатием); (1-γ-β)Нт - работа пара выпуском. Последние три обозначения характеризуют работу нижнего пара. Для верхнего пара те же обозначения но со “штрихом” (γ′, β′). На любых индикаторных диаграммах обязательно указываются положения поршня: “низ” и “верх”. В зависимости от характера распределения рабочих периодов пара молот может работать в нескольких режимах. Последовательные автоматические удары — удары при которых движение подвижных час тей вверх и вниз не разделяется паузами. Баба, при движении верх, достигнув верхней точки хода, немедленно устремляется вниз. Таким образом, диаграмма на рис. 8.4 соответствует последовательным ударам в предположении мгновенного открытия и закрытия окон золотниковой втулки. Единичные удары с верхней паузой. В отличии от последовательных ударов единичные удары разделяются паузами в верхнем положении подвижных частей. Единичные удары с максимальной энергией всегда сопровождаются паузой и в нижнем положении. 128

выпуск

Lв

[a11] aв

a11

d’

[a11]d’/2 lв

Ln.в

[a11]d’

ac [a1]b

Ln.н

[a1 ]b/2

lс aн

b

a1

βh m

[a1] lн

выпуск

hm

γ‘hm

LH

m з γ Hm

a

b

P

f

P1=1,1P0

е’

d’

ВП

НП

a’

γ‘Hm

β‘Hm

(1-γ‘-β‘)Hm

с

f'

с’

b’

е d

ϕuHm

γHm

βH m

(1-γ -β )Hm

Hm

Низ

Рис. 8.4. График распределения рабочих периодов пара и теоретическая индикаторная диаграмма при автоматическом управлении молотом

129

ϕ0Hm

Верх

У штамповочных молотов вместо паузы в верхнем положении подвижных частей имеется цикл качания, происходящий автоматически. При движении вниз баба должны иметь недоход Нн ∼ 0,3Нт . В современных штамповочных молотах, для экономии пара, предусматривается и цикл удерживания бабы в верхнем положении (верхняя пауза) (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема режимов работы паровоздушного молота: а – последовательные удары, б – одиночные удары с верхней паузой, в – цикл качания

130

Лекция 32. Предположительные индикаторные диаграммы работы молота на различных режимах.

Предположительные (ожидаемые) диаграммы наиболее близки к процессам протекающим в нижней и верхней полостях рабочего цилиндра. Методика их построения наиболее полно изложена в работах [10, 12, 1]. Характерный интегральный вид предположительных индикаторных диаграмм, для всех режимов работы штамповочного молота, предс тавлен на рис. 8.5 - 8.9. Для режима автоматических последовательных ударов (рис. 8.5 и 8.6), рабочий процесс энергоносителя в нижней полости цилиндра при движении поршня вверх характеризуется тремя участками: впуска γНт , расширения βНт и предварения выпуска (1-γ-β)Нт , а при движении поршня вниз двумя участками: выпуска (1-γ-β) и сжатия оставшегося в нижней полости энергоносителя (β+γ)Нт . При этом кривая а1 b1 c1 e1 строится по закону PV = Const . Подстрочный индекс “1” означает отклонение от кривой теоретической индикаторной диаграммы a b c d e.

кн/м2

2

1

βH m

γHm

3

(1-γ-β)Hm

4

γхнH m a'

pΔ

[a1] a1

b

a

b1 pкн p

γ хнH m

f

c1 е1

1

ϕuH m

е

d

p1 2

3 Hm

4

ϕ0H m

Рис. 8.6. Предположительная индикаторная диаграмма нижнего пара

131

Аналогичный, в верхней полости цилиндра при движении поршня вниз, рабочий процесс энергоносителя характеризуется тремя участками: впуска γ′Нт, расширения β′Нт и предварения выпуска (1-γ′-β′) Нт , а при движении вверх двумя участками: выпуска (1-γ′-β′) Нт и сжатия оставшегося энергоносителя (β′+γ′)Нт. Участки γхн Нт , для нижнего, и γ ′хн Нт (рис. 8.7), для верхнего пара показывают ход подвижных час тей до начала “мятия” пара, связанного с постепенным перекрытием окон золотниковой втулки золотником. При этом давление пара начинает падать, а его скорость - возрастать. Точки b1 и d′1 означают “отсечку” впуска, после чего пар работает расширением. Точки d и b′ означают “отсечку” выпуска. Предположительные индикаторные диаграммы служат: для расчета расхода пара за цикл; расчета скорости подвижных частей на любом участке пути Нт и для определения числа ударов молота в единицу времени. γ‘Hm γхвH

β‘Hm

(1-γ‘-β‘)Hm

aI [aII]

h’(e’ )

d’1

p f’1

Pкв=P

в.п.

c’ a’1 pкв a’ Низ

ϕuH m

p1

b’

ϕ0H m Верх

Hm

Рис.8.7. Предположительная индикаторная диаграмма верхнего пара

132

Лекция 33. Предположительняе индикаторные диаграммы полного и неполного единичного удара. Предположительная индикаторная диаграмма цикла качания γHm

кн/м2 a

[a1]

βH m a1

aI

[aII]

e’ в.п.

н.п.

a’1 p

e’1

d Ркн

pкв a’

b’

p’кн=1,5p0

0

1,1p01

(1-β‘1)Hm

β ‘1Hm

ϕuH

ϕ0H

γ‘Hm

Верх

Низ

Рис. 8.8. Предположительная индикаторная диаграмма полного единичного удара

β' H m

кН/м2

γ'H γхнH m

a

[a1]

h

γHm

βH m [aII]

a1 ' aI

e’ в.п.

e’1

н.п.

a’1 p d

pкв a’

0

ϕuH m

Ркн 1,5p01

β1Hm

b’ 1,1p01

β ‘1Hm

(1-β‘1)Hm (1-β1)Hm

ϕ0H m

cм

Верх Низ Рис. 8.9. Предположительная индикаторная диаграмма неполного единичного удара

133

(1-γ-β)Hm

βH m

γHm

кн/м2

γхнH m

γхв aII

a

[aI]

e’ [aII

aI

хHm н.п.

Р’кв

Hн

p

в.п.

p-102

P01

1,5p01 Низ

ϕuH m

Ркн

Ркн-50

(1-γ‘-β‘)Hm

Верх

β‘Hm γ‘Hm

ϕ0H

Рис. 8.10. Предположительная индикаторная диаграмма цикла качания

Лекция 34. Расчет паровоздушных молотов

Полный тепловой расчет ПВМ сложен и основывается на составлении балансов работы всех действующих сил при ходе подвижных частей вверх и вниз. Полностью методика расчета приводится в работах [10], [12] кроме того в работе [10] дается методика построения профиля саблевидного рычага автоматического управления молотом. Достаточно полное изложение методики приводится в работе [8]. Для ПВМ [8] определяют следующие величины: 1. Монтажный ход бабы Нт выбирают, в зависимости от массы “m” падающих час тей (м.п.ч), по ГОСТу 28032-89 (Кузнечно-прессовые машины. Молоты. Ряды главного параметра.) или по таблице 8.1. 2. Дольные коэффициенты нижнего и верхнего вредных прос транс тв составляют: ϕи = 0,09; ϕ0 =0,12 (8.2.). 3. Диаметр рабочего цилиндра D и коэффициент штока α выбирают по таблице 8.2. 4. Высота бабы штамповочного молота принимается равной 0,8Нт. Исходя из площади f и длины “b” окон, определяют их высоту. Рекомендуемая форма нижних и средних окон приводится на рис. 8.3. 134

Таблица 8.1 Соотношение м.п.ч. (m) с их ходом Нm для ковочных и штамповочных ПВМ Ковочные Нт , м 1,00...1,25 1,20...1,25 1,25...1,40 1,30...1,60 1,40...1,80 -

кН 6,3 10,0 20,0 31,5 50,0 80,0 100,0 160,0 250,0

Штамповочные Нт , м 1,00 1,10 1,20 1,25 1,30 1,40 1,50 1,60 Таблица 8.2

Соотношения диаметров рабочих цилиндров (D) и коэффициентов штока (α ) кН 6,3 10,0 20,0 31,5 50,0 80,0 100,0 160,0 250,0

Ковочные D, мм 280...330 380...430 460...550 530...560 620...720 -

α

0,81...0,89 0,85...0,89 0,85...0,90 0,87...0,90 0,88...0,90 -

Штамповочные D, мм α 230 0,81 280 0,81 380 0,85 460 0,85 530 0,87 630 0,87 720 0,88 920 0,88 > 920 0,89

5. Кратность хода золотника по отношению к ходу бабы (масштаб): mз = hз / Нт . Практикой установлены следующие соотношения; для ковочных ПВМ mз = 0,20...0,25 ; для штамповочных - 0,40. 6. Наружный диаметр золотника по его верхней и нижней полкам; для ковочных молотов D3 = 0,5D ; для штамповочных D3 = 0,43D. 7. Суммарная площадь окон золотниковой втулки: нижнего и верхнего ряда fн = fв = 0,1F = 0,1(πDз /4), среднего f c = ac bc ≤ 1,25 f н. Суммарная ширина окон любого ряда: 135

bн = bс = bв ≈ 0,65πDз .

8. Площадь проходного сечения окон дросселя (рис.8,3) [1] штамповочного молота при нажатой педали f др = 0,5fн , при свободной педали fдр = 0,25f н , для ковочного молота f др = 0,5fн . 9. Расчет параметров предположительной индикаторной диаграммы штамповочного молота в режиме последовательных ударов без верхней паузы. Учитывая закономернос ть PV = Const для всех участков диаграммы, где давление не постоянно [10, 12, 8], принимают: ркн = 1,25p0 ; р1 = 1,1р0 ; ркв = 1,1р0 ; р′кв = р ,

где р0 - атмосферное давление; р - давление свежего пара. Из условия PVп = Const, а для пара n = 1, имеем (рис.8.5 [8]): для нижнего пара: Р(ϕu +γхн )Нm = Ре1(ϕu +1)Нm = Ркн (ϕu +1)Нm ,

(8.2)

отсюда при проектном расчете ϕ xн =

Ркн (ϕ + 1 ) − ϕu ; Р u

(8.3)

обычно γхн ≈ 0,3...0,35 [10], но для большей работоспособности молота рекомендуется γхн ≈ 0,50...0,55 [8] Р′кн = Р1

ϕu + γ + β , ϕu

(8.4)

Для расчета параметра Р′кн необходимо знать сумму γ + β . Обычно дольный коэффициент выпуска нижнего энергоносителя принимается (1-γ-β) ≈ 0,4. Тогда γ + β = 0,6. По полученным данным с троят кривые изменения давления в нижней полости при ходе поршня вверх и вниз. Для верхнего пара, рис. 8.7: γ ′ + β ′ = ϕ0 (

Р кв′ Р − 1) = ϕ − ϕ0 ; Р1 Р1 0 Р γ xв = кв (ϕ 0 + 1 )ϕ0 ; Р

(8.5) (8.6)

При р = 0,8 МПа γ′ + β′ ≈ 0,74. Для раздельного определения дольных коэффициентов периодов отсечки β , β′ и впуска γ , γ′ можно воспользоваться методикой [8], но суммы этих коэффициентов достаточно для построения индикаторных диаграмм. Зависимости (8.5, 8.6) связывают начальные и конечные параметры верхнего пара при движении подвижных частей вверх и вниз. 10. Расчет единичных ударов штамповочного молота. 136

Полный единичный удар - удар с наибольшей энергией. При работе с такими ударами, рис. 8.5, 8.8. движение подвижных час тей вниз происходит при полном наполнении верхнего пара (γ′ = 1) и полном выпуске нижнего пара. Уравнение работ всех сил при ходе подвижных частей вниз р Fγ xв + р F( ϕ0 + γ x в )ln

L 1 + ϕ0 − 1,5αF + G − R − P0 ( 1 − α )F = э , ϕ 0 + γ xв Нm

(8.7)

Подс тавляя в уравнение (8.7) значение γхв из (8.6), после преобразований получим уравнение позволяющее определить энергию полного единичного удара молота: ⎤ ⎡ ⎛ р⎞ L F ⎢ рк в(ϕ 0 + 1)⎜ 1 + ln ⎟ − рϕ 0 ⎥ − 1,5αF р1 +11 , G − р0 (1 − α ) F = э , ⎝ рк в⎠ Нm ⎦ ⎣

(8.8)

При неполных единичных ударах допускается некоторое расширение верхнего пара β′ > 0 и сжатие нижнего пара β1 > 0 при ходе подвижных частей вниз. В этом случае движение вниз определяется, как и при последовательных ударах, уравнением: ⎡ ⎤ ⎡ ⎛ ⎛ р′ ⎞⎤ р ⎞ F ⎢ Рк в(ϕ 0 + 1)⎜ 1 + ln ⎟ − рϕ 0 ⎥ − αF ⎢ р 1 (1 + ϕ u ) + р ′к н⎜ ln к н − 1⎟ ⎥ + ⎝ ⎝ р1 рк в⎠ ⎠⎦ ⎣ ⎦ ⎣ L +G − R − P0 ( 1 − α ) F = э Hm

(8.9)

У штамповочных молотов давление нижнего пара, на всем участке хода вниз, для получения полного единичного удара (рис. 8.8) : р1 = 0,63(р - 0,1) - 0,075 , МПа,

(8.10)

а давление верхнего пара на участке выпуска, для первого холостого хода вверх: р1 = 1,5р01 ,

где

(8.11)

p01 - давление в выхлопной трубе

У ковочных молотов давление нижнего пара на учас тке выпуска, при ходе вниз, для единичного удара: р1 = (1,3...1,4) р01 , (8.12) а давление верхнего пара, при ходе вверх, для тех же условий ; р1 = 1,1 р01 .

(8.13)

Давление нижнего и верхнего пара на участках выпуска для последовательных ударов одинаковое: р1 =1,1 р01, 137

Если выхлоп производится непосредственно в атмосферу то р01 = 0,1 МПа , если же отработавший пар используется на конденсацию, то р01 = 0,12...0,15 МПа. После единичного удара подвижные части остаются некоторое время внизу, осуществляя “прилипающий удар”. К моменту удара скорость подвижных час тей при единичных ударах и наличии поковки находится в пределах а энергия удара

2Vп.д > Ve > 1,5Vп.д ,

(8.14)

4Lэ.п.д > Lэе > 2,25 Lэ.п.д ,

(8.15)

где

Vп.д и Lэ.п.д - соответственно скорость и энергия удара молота простого действия; Ve и Lэе - скорость и энергия единичного удара. 11. Расчет цикла качания. Штамповочный молот не сразу выходит в цикл качания: сначала первый холостой ход подвижных частей вверх, затем - первый холостой ход вниз; только после этого наступает режим цикла качания. Особеннос ть – при холос том ходе вниз не должно произойти удара, подвижные части, в зависимости от размера молота, не должны доходить на Нн =(0,2...0,3)Нн до нижнего положения (рис. 8.10). В период впуска давления нижнего пара из-за “мятия” (падения давления) в нижних окнах золотниковой втулки на 0,1 МПа (на 1 кг/см2 ) ниже давления свежего пара “р”. Период предварения выпуску (1- γ- β) ≈ 0,1 Рк н = ( р−0 ,1)

ϕ uγ xн ; γxн =0,6; γ=0,7...0,75 ϕu + 1

(8.16)

По этим данным строят линию изменения давления в нижней полости при ходе вверх. Начальное давление верхнего пара при первом холостом ходе вверх принимают равным: р1 ≈1,5р01 и постоянным на участке выпуска (1- γ′- β′)Нm . Сумму коэффициентов γ′+ β′ находят из уравнения баланса работ при ходе падающих частей вверх:

ϕu + 1 − ϕ u + γ xн ϕ + (γ ′ + β ′) − р1 F ( 1 − (γ ′ + β ′ ) ) − р1 F (ϕ 0 + ( γ ′ + β ′ ) )ln 0 − ϕ0 −11 , G + p0 ( 1 − α ) F = 0

( р−0 ,1)αFγ xн + ( р −0 ,1)αF( ϕ u + γ xн )ln

138

(8.17)

Ориентировочно можно принять γ′+ β′ =0,2...0,3. Тогда Ркв = ((1+1/ϕ0 )(γ′+ β′ )) р1

(8.18)

Полученные данные используют для построения линии индикаторной диаграммы для верхней полости рабочего цилиндра при ходе подвижных частей вверх. Методика определения размеров золотника и золотниковой втулки изложена в работах [10], [8] и [1]. 12. Расчет производительнос ти штамповочного молота. Диаграммы изменения давления в обеих полостях рабочего цилиндра раздельно анализируют при ходе падающих час тей вверх и вниз. Для этого каждую из диаграмм разбивают на “n” учас тков, причем первый участок ограничивают условием постоянства давлений в верхней и нижней полостях цилиндра. В этом случае движение падающих частей будет равноускоренным, что облегчает определение скорости в конце первого участка и времени его прохождения. На остальных участках криволинейное изменение давления аппроксимируют прямыми линиями и расчет ведут по средним значениям [10, 8]. Время подъема и хода вниз считают как: i

i

1

1

tв = ∑ ti ; tн = ∑ ti ;

время цикла определяют с учетом продолжительности удара, tу ≈ 0,001с. tц =tв + tн + tу (8.19) Число ударов молота в минуту находят как: n=60/tц (8.20) Эта величина должна соответс твовать ГОСТу. Значение скорости в конце последнего участка хода падающих частей вниз, используют для расчета энергии удара Lэ = mVn 2 / 2, которая должна соответствовать указанной в стандарте. Если производительность и энергия удара отличаются от указанных в ГОСТе, корректируют величину диаметра цилиндра или дольных коэффициентов эффективного впуска энергоносителя γхн и γхв. Примечание. Молоты характеризуются двумя главными параметрами: энергией удара (Lэ) и м.п.ч (m). Это не является случайным. Положим, имеем два штамповочных (ковочных) молота с одинаковой энергией удара Lэ. Но m1 > m2 , а V1 < V2. Технологический эффект работы этих молотов будет разным. В первом случае действие удара проникает внутрь поковки, во втором - носит поверхностный эффект. Поэтому y высокоскоростных молотах (V≈20 м/с) применяют только штамповку в чистом ручье.

139

Лекция 35. Основные отличия ковочных молотов от штамповочных. Перспективы совершенствования виброизоляции штамповочных молотов

Таблица 8.3. Основные отличия ковочных молотов от штамповочных № Ковочные п/п 1 Стойки станины установлены на фундаменте и не соединяются с шаботом. 2 Масса шабота в 10-20 раз превышает падающих частей. 3 Имеют увеличенное штамповое пространство, позволяющее работать бригаде. 4 Управление осуществляется машинистом. 5 6 7 8 9 10 11 12

Штамповочные Стойки станины установлены на шаботе. Масса шабота в 20-30 раз превышает падающих частей. Штамповое пространство ограниченных размеров. Работает один человек.

Управление осуществляется штамповщиком посредством педали. Диаметр рабочего цилиндра примерно на 20 % меньше. Диаметр штока увеличен. Рабочий цилиндр выполнен литьем Рабочий цилиндр выполнен литьем из мягкой из чугуна. стали. Рабочий цилиндр установлен непо- Рабочий цилиндр установлен на мощной средственно на стойках станины. подцилиндровой плите закрепленной на стойках. Подцилиндровая плита – стальная. Дзолотника =0,5 Дц Дз=0,43 Дц. Увеличен диаметр золотника и золотниковой втулки. мз=1/25 мз=1/40. Увеличена кратность хода золотника. Цикл качания отсутствует. Работает в цикле «качания». Наладка штампов осуществляется перемещением стоек на шаботе в продольном и поперечном направлениях с помощью клиновых устройств.

Виброизоляция штамповочных молотов. Работа штамповочных молотов сопровождается вибрационными нагрузками, передаваемыми на грунт. Это приводит к разрушению зданий. Пример: в кузнечном цехе № 1 металлургического производства ОАО «УАЗ», в пролете легких штамповочных молотов, при наличии традиционной виброизоляции в виде дубовых брусьев, за 50 лет их работы произошла просадка колонн подкрановых путей на 40 см. Необходимос ть совершенствования виброизоляции стала очевидной. Наиболее удачные пружинно-рессорные системы подшаботной виброизоляции разработаны в ЦНИИПромзданий и на кафедре «ОМД» НГТУ для паровоздушных штамповочных молотов, в которых используются рессоры вагонного типа [12]. Практическое внедрение этих систем показало их высокую эф140

фективность. Недостатком является довольно частный выход рессор из строя, не выдерживающих длительную пульсирующую деформацию на величину 4060 мм. Решение последней проблемы нашли на афедре «Материаловедение и ОМД» УлГТУ. Было предложено полностью отказаться от пружиннорессорной виброизоляции, заменив ее подшаботной пневмовиброизоляцией. Под шабот устанавливается необходимый ряд пневмоцилиндров простого действия толкающего типа, одновременное действие которых осуществляется через распределительное устройство. При ходе шабота вниз воздух из пневмоцилиндров выталкивается в общий ресивер, давление в котором незначительно повышается, за счет этого шабот возвращается в исходное положение. Потребление воздуха из заводской пневмомагистрали минимальное, одноразовое за 23 смены работы молота. Как ппоказывают расчеты эффективность этой системы на порядок выше пружинно-рессорной [16, 17, 18, 19]. Идея пневмовтиброизоляции была перенесена на средства труда далекие от кузнечно-штамповочного оборудования, например, на отбойный молоток, используемый строителями [20].

141

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Данный курс лекций полностью соответствует с тандарту специальности и является самодостаточным (доступным для понимания студентом материала без обращения к другим источникам) для последовательного и систематического изучения дисциплины «Кузнечно-штамповочное оборудование», преподаваемой в технических университетах. Рассмотрены преимущественно основные вопросы теории и практики КШО. Методика работы над курсом лекций:

1. Желательно, чтобы студент ознакомился с материалом лекции до изложения ее преподавателем. 2. Внимательно прослушать лекцию, читаемую преподавателями, законспектировать материал и комментарии к нему, не вошедшие в основной курс. 3. При самостоятельной подготовке: прочитать лекцию, провести все выкладки самостоятельно по мере ее чтения. Выявить те места, которые могут быть непонятными. 4. Попытаться восстановить общую структуру лекции в памяти, а также час тные вопросы. Алгоритм восстановления общей структуры лекции: а) для чего используется материал (какую проблему решает и ее практическое значение) или чем вызвано его появление; б) в чем суть излагаемой проблемы (попытаться припомнить схематическое представление о процессах работы оборудования, о структуре кузнечнопрессовых машин и взаимосвязи отдельных элементов структуры); какие допущения (упрощения) принимались; г) какие известные идеи м методы, формулы, схемы использованы; д) какие были запомнившиеся особеннос ти, в том числе манера изложения материала преподавателем в сравнении с преподавателями других дисциплин; е) что получили на выходе; ж) в чем состояло резюме (вывод). 5. Прочитать лекцию вторично. 6. При необходимости, а также при желании углубленного изучения дисциплины необходимо обращаться за консультацией к преподавателю. Примечание: Данная методика применима для подготовки к лабораторным работам и практическим занятиям.

142

СПИСОК ЛИТ ЕРАТУРЫ 1. Банкетов А. Н. Кузнечно-штамповочное оборудование / А. Н. Банкетов, Ю. А. Бочаров др. – М.: Машинос троение, 1982. – 576 с. 2. Бочаров Ю. А. Гидропривод кузнечно-штамповочных машин. – М.: Машиностроение, 1972. – 76 с. 3. Венецкий С. И. В мире металлов. – М.: Металлургия, 1982. – 256 с. 4. Власов В. И. Кривошипные кузнечно-штамповочные машины / В. И. Власов, А. Я. Борзыкин, И. К. Букин-Батырев и др. Под ред. В. И. Власова. – М.: Машиностроение, 1982. – 424 с. 5. Власов В. И. Технологические особенности и основные направления развития тяжелых кузнечно-прессовых машин для горячей объемной штамповки / В. И. Власов, В. В. Лебедев, И. Н. Филькин и др. – М. : НИИ маш, 1973. – 108 с. 6. Добринский Н. С. Гидравлический привод прессов. – М.: Машинос троение, 1975. – 222 с. 7. Дунаев П. А. пневматические молоты. – М.: Машгиз, 1959. – 190 с. 8. Живов Л. И. Кузнечно-штамповочное оборудование: Молоты. Винтовые прессы. Ротационные и электрофизические машины / Л. И. Живов, А. Г. Овчинников. – Киев: Высшая школа, 1985. – 279 с. Залесский В. И. Оборудование кузнечно-прессовых цехов. – М.: Высшая 9. школа, 1973. – 630 с. 10.Зимин А. И. Машины и автоматы кузнечно-штамповочного производства. Ч. 1. Молоты. – М.: Машгиз, 1953. – 459 с. 11.Игнатов А. А. Кривошипные горячештамповочные прессы / А. А. Игнатова, Т. А. Игнатова. – М.: Машинос троение, 1984. – 312 с. 12.Климов И. В. Основы теории и теплового расчета паровоздушных молотов. – М.: Машиностроение, 1970. – 158 с. 13.Кожевников В. А. Модернизация кривошипных прессов. – Л.: Машиностроение, 1988. – 175 с. 14.Кожевников В. Я. Горизонтально-ковочные машины. Устройство, элементы расчета и обслуживание / В. Я. Кожевников, И. Г. Ксенжук, И. И. Худяков. – М. – Киев: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1960. – 240 с. 15.Ланской Е. Н. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов / Е. Н. Ланской, А. Н. Банкетов. – М.: Машинос тоение, 1966. – 380 с. 16. Несвит С. М. Горизонтально-ковочные машины и их автоматизация / С. М. Несвит, И. И. Нюнько. – М.: Машиностроение, 1964. – 323 с. 17.Патент 219592. Россия, 6 В1 J 7/02. Штамповочный молот со встречным ударом / Лукс Р. К., Таловеров В. Н. – Опубл. 27.10.98., бюл. № 12 18.Патент 2148463. Россия, 7 В 21 J 7/02. Пневмоизолирующее устройство штамповочного молота / Лукс Р. К., Таловеров В. Н., Дозоров А. А. – Опубл. 10.05.2000, бюл. № 13 19.Патент 2152840. Россия, 7 в 21 J 7/02. Штамповочный молот / Лукс Р. К., Таловеров В. Н., Дормушев А. Е. – Опубл. 20.07.2000, бюл. № 20 144

20.Патент 2236586. Россия, 7 Е 21 С 37/22, В 25 Д 17/24. Молоток пневматический / Лукс Р. К., Таловеров В. Н., Колтунов А. А. – Опубл. 20.09.2004, бюл. № 26 21.Петров Н. В. Кузнечно-штамповочное оборудование. Гидропрессы. – М.: Машинос троение-1, 2004. – 140 с. 22.Розанов Б. В. Гидравлические прессы. – М.: Машгиз, 1959. – 428 с. 23.Свистунов В. Е. Кривошипные прессы для разделительных операций / В. Е. Свистунов, В. В. Каржан, Б. И. Чагин и др. – М.: НИН маш, 1978. – 65 с. 24.Таловеров В. Н. Виброизоляционное устройс тво для штамповочного молота // Сб. докл. НТК «Совершенс твование процессов и оборудования кузнечно-штамповочного производства» / В. Н. Таловеров, Р. К. Лукс – Н. Новгород: НГТУ, 1997 25.Таловеров В. Н. Расчет и конструирование зубчатых передач и главных валов кривошипных кузнечно-прессовых машин / В. Н. Таловеров, А. В. Ганенков. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – 72 с. 26.Таловеров В. Н. Виброизоляция штамповочных молотов // Сб Вестник УлГТУ, сер. «Машинос троение», № 2 / В. Н. Таловеров, Р. К. Лукс, А. Е. Дормушев. – Ульяновск: УлГТУ, 1998. – С. 18-21 27.Таловеров В. Н. Пневмоизолирующее ус тройство // Кузнечноштамповочное производство / В. Н. Таловеров, Р. К. Лукс, А. Е. Дормушев. – М.: Машиностроение, № 10, – 2000 28.Таловеров В. Н. Оборудование кузнечно-прессовых цехов. Механические и гидравлические прессы. Методы исследования / В. Н. Таловеров, Ю. А. Титов. – Ульяновск: УлГТУ, 2001. – 80 с. 29.Таловеров В. Н. Совершенствование виброизолирующих ус тройств штамповочных молотов // Кузнечно-штамповочное производство / В. Н. Таловеров, Р. К. Лукс, А. С. Чефранов. – М.: Машиностроение, № 3, 2002 30.Таловеров В. Н. Совершенствование виброизолирующих ус тройств штамповочных молотов // сб. «Научно-технический калейдоскоп», серия «Технология машинос троения» / В. Н. Таловеров, Р. К. Лукс. – Ульяновск: Технология машинос троения, № 1, – 2002. – С. 59-64 31.Таловеров В. Н. Кузнечно-штамповочные машины. Основные параметры и размеры / В. Н. Таловеров, Ю. А. Титов Ю. А. – Ульяновск: УлГТУ, 2003, 25 с. 32.Таловеров В. Н. Расчет рабочих нагрузок и выбор силовых и энергетических параметров при проектировании кривошипных машин / В. Н. Таловеров, Ю. А. Титов, Е. А. Алексеевский, А. В. Таловеров. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 48 с. 33.Щеглов В. Ф. Кузнечно-прессовые машины / В. Ф. Щеглов, Л. Ю. Максимов, В. П. Линц. – М.: Машиностроение, 1979. – 304 с.

145