Раздел 3. Кузнечно - прессовое оборудование

Основная особенность обработки металлов давлениемкакспособа изготовления деталей машин и приборов в том, что получение изделия нужной формы и размеров преимущественно осуществляется за счет перемещения всего или части исходного объема металла заготовки без нарушения его сплошности.

В тех случаях, когда это определяется технологической необходимостью, перемещение части объема металла заготовки может сопровождаться нарушением его сплошности.

Во всех случаях объемы металла перемещаются приложением ориентированной в пространстве системы сил. Силы, приложенные к металлу, побуждают его к деформированию.

Под деформацией понимают процесс изменения формы и размеров тела (или части тела) под действием внешних сил, при изменении температуры, влажности, фазовых превращениях и других воздействиях. Различают деформацию упругую и пластическую.

Упругая деформация - деформация, исчезающая после снятия вызвавшей ее нагрузки, когда металл восстанавливает свои первоначальные форму и размеры.

Если после снятия нагрузки, приложенной к телу, оно не восстанавливает первоначальную форму и размеры и остается деформированным, деформацию называют остаточной или пластической. При пластическом деформировании металла общая деформация, вызванная нагрузкой, приложенной к телу, содержит как пластическую составляющую, так и упругую, ко­торая исчезает после снятия деформирующих нагрузок.

Получение деталей обработкой металлов давлением основа­но на пластическом деформировании. Пластическое деформиро­вание не только позволяет получить заданную форму и размеры детали (или заготовки для нее), но и оказывает влияние на механические и физико-химические свойства обрабатываемого (штампуемого) металла.

Так, в процессе деформирования металлов и сплавов без предварительного подогрева последние изменяют (увеличивают) свое сопротивление деформированию. При этом, как правило, прочностные характеристики возрастают, а характеристики пла­стичности- уменьшаются. Этот процесс называется упроч­нением.

На практике получили широкое распространение технологические операции обработки металлов давлением как «вхолодную», так и «вгорячую». «Холодным» процессом деформирования называют такой процесс, когда металл после деформирования имеет свои признаки упрочнения.

Широкое распространение в промышленности получили такие виды холодной обработки металлов давлением, как прямое и обратное выдавливание, холодная объемная штамповка (чаще чеканка), ротационная ковка, листовая штамповка. В качестве примера холодной обработки рассмотрим процесс листовой штамповки.

Листовая штамповка (штамповка изделий или заготовок из листового или фасонного проката без значительного перераспределения металла в поперечном сечении заготовок) включает два вида технологических операций: разделительные и формоизменяющие.

Умелое использование технологических операций листовой штамповки в их сочетаниях позволяет в значительной мере расширить промышленное использование малоотходных ресурсо-сберегающих технологических процессов в производстве машин.

В процессе подогрева у большинства металлов и сплавов сопротивление деформированию уменьшается, а характеристики пластичности возрастают. Это связано с преобразованием струк­тур металлов и сплавов в процессе их нагрева и пластического деформирования.

Установлено, что при нагреве до температуры Т =0,4 Т _пл (где Т_пл—абсолютная температура плавления) в металле про­исходит рекристаллизация, т. е. образуется новая мелкодисперс­ная равноосная в большинстве случаев кристаллическая струк­тура. В результате этого процесса после деформирования и охлаждения в металле отсутствуют признаки упрочнения.

Процессы обработки металлов давлением с предварительным подогревом, в которых полностью успевает произойти процесс рекристаллизации и отсутствуют признаки упрочнения, принято называть «горячими».

Широкое распространение в промышленном производстве находят многие виды горячей обработки металлов давлением: свободная ковка, открытая и закрытая объемная штамповка, горячее прессование (выдавливание), прокатку, волочение, вальцовка и др. Применение горячей обработки металлов давлением в промышленности сопряжено с необходимостью осуществления дополнительного технологиче­ского процесса нагрева исходных заготовок.

3.1. Виды кузнечно-штамповочных машин Основным технологическим оборудованием в производстве называют те его виды, которые непосредственно осуществляют технологические операции обработки и изготовления: станки, машины, нагревательные устройства и др. В кузнечно-штамповочных цехах завода в качестве основного оборудования используются различные виды кузнечно-штамповочных машин. Все кузнечно-штамповочные машины по характеру изменения скорости рабочих частей (а следовательно, рабочего инструмента) в интервале рабочего хода t _p могут быть разделены на пять групп (рис. 3.1). Время одного рабочего цикла машины определяетсяτ_ц=τ₁+τ_р+τ₂, гдеτ₁ — время хода подвижных рабочих частей машины с закрепленным инструментом из крайнего (исходного) положения до соприкосновения с обрабатываемой заготовкой; t р — время рабочего хода; t ₂ — время возврата в исходное положение.

К первой группе относят молоты. Молоты имеют нежесткую характеристику изменения скорости движения подвижных частей, т. е. время рабочего хода изменяется в зависимости от усилия сопротивления металла заготовки деформированию. Мо­лоты являются машинами ударного действия. Винтовые машины также относят к первой группе. По скорости деформирования эти машины занимают промежуточное положение между молотами и кривошипными прессами.

Кузнечно-прессовые машины
молоты	гидропрессы	кривошипные	ротационные	импульсные

 

Рис. 3.1. Классификация кузнечно-прессовых машин по кинемати­ке рабочего хода: τ_р — время рабочего хода подвижных частей, U _mах — максимальная скорость подвижных частей

 

Ко второй группе относят гидравлические прессы - машины статического действия, также имеющие нежесткую ха­рактеристику. Рабочий ход этих машин может начинаться со скорости, равной нулю, или с некоторой начальной скорости, меньшей наибольшей скорости V_max.

К третьей группе относят кривошипные и рычажные машины, которые имеют жесткую кривую изменения скорости движения рабочих частей с закрепленным инструментом. Форма этой кривой определяется кинематической схемой привода (на­пример, кривошипно-шатунного механизма).

К четвертой группе относят машины ротационного типа, у которых скорость вращения (окружная скорость) ра­бочих частей с инструментом не меняется за период рабочего цикла.

К пятой группе относят импульсные штамповочные машины и машины для гидравлической, пневмати­ческой и вакуумной штамповки. Эти машины имеют нежесткую кривую изменения скорости рабочих частей за весь­ма короткое время рабочего хода.

Оборудование для ковки

 

В процессе ковки ковочное оборудование выполняет две основ­ные функции: создание энергии, необходимой для деформирования заготовки, и перемещение верхнего бойка.

Ковочное оборудование, как и штамповочное, в зависимости от характера и времени воздействия на заготовку подразделяется на молоты и прессы. На молотах и на прессах нижний боек закрепляется в основаниях, а верхний боек перемещается рабочими ча­стями. Молоты имеют большую скорость рабочих частей (v _mах ≤ 20 м/с) и деформируют заготовку в течение 0,01—0,001 с, т. е. наносят по заготовке удар. Гидравлические прессы имеют сравнительно небольшую скорость рабочих частей (v _mах ≤ 0,3 м/с) и деформируют заготовку в течение 0,1—100 с и более, т. е. оказывают на нее статическое воздействие.

Для ковки применяют преимущественно два типа молотов.

Пневматический ковочный молот (рис. 3.2) служит для получе­ния мелких и простых по форме средних поковок. Молот имеет два вертикально расположенных цилиндра: рабочий 6 и компрессорный 9.

 

В компрессорный цилиндр из окружающей атмосферы поступает воздух, который подвергается попеременному сжатию и разряжению при возвратно-поступательном движении поршня 8 компрессора. Поршень компрессора получает возвратно-поступатель­ное движение от шатуна 11, сидящего на кривошипном валу 12. Последний приводится во вращение электродвигателем 14 через редуктор 13. Компрессорный цилиндр сообщается с рабочим двумя переходными кранами 7. При движении поршня компрессора вверх сжатый воздух поступает в верхнюю полость рабочего цилиндра и давит на поршень 5, который под действием силы давления воздуха и силы тяжести собственного веса перемещается вниз. При движении поршня компрессора вниз сжатый воздух поступает под кольцевую поверхность поршня рабочего цилиндра и поднимает его вверх.

Поршень рабочего цилиндра составляет одно целое с ба­бой молота 4. К бабе с помощью ласточкина хвоста крепится верхний боек 3. Все узлы и детали молота, смонтированы на литой пустотелой станине 10. Поршень, баба и верхний боек называются в данном случае падающими частями молота. Перемещаясь вниз, падающие части наносят удары по заготовке, расположенной на нижнем бойке 2, который закреплен в основании молота (шаботе) /. При работе молота число ударов равно числу оборотов кривошипного вала. Молот управляется педалью или рукояткой. Скорость движения падающих (рабочих) частей молота, а следовательно, и энергия удара зависят от силы нажима на педаль или рукоятку.

Пневматические молоты, имеющие индивидуальный привод от электродвигателя, устанавливаются как в кузнечных цехах заводов, так и в ремонтных мастерских и имеют очень широкое применение. Пневматические молоты изготавливаются в соответствии с ГОСТ 712—75 семи типоразмеров с массой падающих частей от 50 до 1000 кг.

Паровоздушный ковочный молот (рис. 3.3) служит для получения средних поковок массой до 2 т. Молот имеет станину, состоящую из одной или двух стоек 5, 12, на которой смонтированы все узлы и механизмы молота.

 

 

В верхней части станины устанавливается рабочий цилиндр 8, в котором ходит поршень 7, штоком 6 соединенный с бабой 4. Баба представляет собой массивную деталь, которая вертикально перемещается в направляющих станины 11. К бабе крепится верхний боек 3, Поршень, шток и баба с верхним бойком называются падающими частями молота. Нижний боек 2 через переходную подушку крепится к шаботу 1, не связанному со стойками молота. Шабот представляет собой массивную отливку, вос­принимающую удар. Масса шабота в 15 раз превышает массу па­дающих частей молота. Большая часть шабота находится ниже уровня пола в фундаменте молота.

Энергоносителями, приводящими в движение падающие части молота, могут служить сжатый воздух или перегретый водяной пар с избыточным давлением 0,6—0,8 мПа. В настоя­щее время большинство машиностроительных предприятий используют пар. Молотом управляет машинист, который по знаку кузнеца перемещает рукоятку управления золотниковым механизмом 10 и подаст пар в цилиндр молота по каналам 9.

Для подъема падающих частей вверх пар подает­ся в нижнюю, кольцевую полость цилиндра. Для движения падающих частей вниз и нанесения удара по заго­товке пар подается в верхнюю полость цилиндра и оказывает дополнительное силовое воздействие на падающие части молота. Таким образом, стремительное движение падающих частей вниз осуществляется в результате действия двух сил: силы тяжести собственной массы и силы давления пара. Такой принцип работы является характерным для молота двойного действия.

Несмотря на простоту конструкции и невысокую стоимость, применение паровоздушных молотов ограничено крупными кузнечными цехами ввиду необходимости группового привода от компрессорной или котельной

Паровоздушные ковочные молоты изготавливаются по ГОСТ 9752—75 пяти типоразмеров с массой падающих частей от 1000 до 8000 кг.

Гидравлический ковочный пресс служит для ковки крупных по­ковок массой более 350 кг и до 250 т. На рис. 3.4 изображена простейшая схема гидравлического пресса.

 

 

Станина пресса состоит из двух неподвижных поперечин верхней 6 и нижней 2, соединенных четырьмя колоннами 3 в жесткую раму. На станине устанавливаются все узлы пресса. Главным узлом гидравлического пресса является рабочий цилиндр 5, закрепленный в верхней поперечине 6. В верхнюю часть цилиндра по трубопроводу 9 поступает рабочая жидкость. Под давлением рабочей жидкости плунжер 7 переме­щается вниз. Вместе с плунжером перемещается вниз подвижная поперечина 5, к которой крепится верхний боек 10. В процессе дефор­мирования плунжер передает на за­готовку усилие , создаваемое давлением рабочей жидкости. Усилие гид­равлического пресса без учета потерь определяется по формуле

где p _Р — давление рабочей жидкости, равное 32 МПа и более; F_ая —• поперечное сечение плунжера.

Нижний боек 11 крепится в нижней поперечине 2. Для подъема подвижной поперечины вверх после совершения рабочего хода служат возвратные цилиндры 1, закрепленные в нижней поперечине 2. Рабочая жидкость, поступая снизу в возвратные цилиндры /, давит на плунжеры 4 и выталкивает их из цилиндров вверх, поднимая подвижную поперечину 5.

В состав гидропрессовой установки входят гидравлический пресс и его привод, представляющий собой систему насосов, распределительных, регулирующих и вспомогательных устройств

Гидравлические ковочные прессы для ковки поковок массой до 2 т изготавливаются по ГОСТ 7284—70 семи типоразмеров с номинальным усилием от 2 до 31,5 МН. Для ковки поковок с большей массой применяются нестандартные гидравлические ковочные прессы с большим усилием.

При ковке крупных поковок используют тяжелые заготовки. Для перемещения их в процессе ковки применяются различные механизмы. Наиболее удобным современным механизмом является напольный рельсовый манипулятор (рис. 3.5). С помощью манипулятора заготовку загружают в печь, извлекают из печи, подают к молоту или прессу, перемещают между бойками в процессе ковки и складируют готовые поковки.

Манипулятор представляет собой самоходную тележку 2, перемещающуюся по рельсовому пути 1, на которой установлена поворотная платформа 3 с хоботом 5. На свободном конце хобота имеется клещевидное захватывающее уст­ройство 6. Захватывающее устройство зажимает слиток или заго­товку. Тележка 2 перемещает платформу с хоботом к прессу и от него. Платформа вместе с хоботом вращается вокруг вертикальной оси. Хобот с заготовкой перемещается вверх и вниз, а также может поднимать и опускать заготовку под некоторыми углами (различные положения оси хобота показаны пунктиром). Кантовка заготовки в процессе ковки осуществляется за счет поворота захваты­вающего устройства вокруг горизонтальной оси. Для поддержания хобота в устойчивом положении и для смягчения ударов во время работы служит механизм подвески 4. Рабочее место оператора на­ходится на платформе 3.

Рис. 3.5.Схема рельсового манипулятора с поворотной тележкой