WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ Учебное пособие Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России ...»

В. Г. БУРДУКОВСКИЙ

Ю. В. ИНАТОВИЧ

ОБОРУДОВАНИЕ

КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ

ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Учебное пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

В. Г. Бурдуковский

Ю. В. Инатович

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ

ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Учебное пособие Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов вуза, обучающихся по направлениям подготовки 22.03.02, 22.04.02 «Металлургия»

Екатеринбург Издательство Уральского университета УДК 621.73:62-232(075.8) ББК 34.623я73+34.442я73 Б91

Рецензенты:

замдиректора ЗАО «НПП МАШПРОМ» канд. техн. наук А. А. Вопнерук; завотделом обработки металлов давлением ОАО «Уральский институт металлов» канд. техн. наук Г. П. Перунов Научный редактор — доц., канд. техн. наук Д. Л. Шварц Бурдуковский, В. Г .

Б91 Оборудование кузнечно-штамповочных цехов. Кривошипные машины : учеб. пособие / В. Г. Бурдуковский, Ю. В. Инатович. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2018. — 168 с .

ISBN 978-5-7996-2391-3 Дана классификация кривошипных машин для обработки металлов давлением .

Приведено описание их конструкций, назначения основных элементов, узлов и механизмов. Изложены современные методы расчета прочности основных деталей кривошипных машин, позволяющие применять для расчетов электронные таблицы. Методики расчета проиллюстрированы примерами. Пособие предназначено для студентов бакалавриата по направлению 22.03.02 «Металлургия» при изучении модуля (дисциплины) «Оборудование цехов обработки металлов давлением» и при подготовке магистров по направлению 22.04.02 «Металлургия», программа «Прогрессивные методы кузнечно-штамповочного производства»; для слушателей ФПК и программ дополнительной подготовки специалистов .

Библиогр.: 18 назв. Табл. 6. Рис. 24. Прил. 1 .

УДК 621.73:62-232(075.8) ББК 34.623я73+34.442я73 ISBN 978-5-7996-2391-3 © Уральский федеральный университет, 2018 Введение Введение Р оль кузнечно-штамповочной технологии в современном производстве разнообразных машин и предметов народного хозяйства непрерывно растет. Это связано с прогрессивным характером технологии кузнечно-штамповочного производства, которая базируется на получении точных деталей заданной формы, а также заготовок с помощью рационального перераспределения металла. В результате применения кузнечно-штамповочной технологии резко сокращаются, а в ряде случаев сводятся на нет все виды обработки резанием. Кузнечно-штамповочной технологии присущи экономия металла, высокая производительность, улучшение механических свойств изделий, высокая однородность производимых деталей и т. п. Преимущества технологических процессов обработки металлов давлением обусловили широкое распространение кузнечно-штамповочных машин в металлообработке.

По кинематическому признаку рабочего хода все многообразие кузнечно-штамповочных машин разделяется на шесть групп:

• механические прессы;

• машины ротационного типа;

• гидравлические прессы;

• молоты;

• машины для гидро-, пневмо- и вакуум-прессования;

• машины-аппараты для формовки взрывом и другими видами импульсной техники .





Настоящее учебное пособие посвящено кривошипно-штамповочным машинам, которые широко применяются в практике обработки металлов давлением. Из общего числа кузнечно-штамповочного оборудования кривошипные кузнечно-штамповочные машины в настоящее время составляют около 60 %. В цехах холодной штамповки кривошипные прессы являются основными машинами. Большую роль играют эти машины в заготовительных отделениях цехов, в цехах массового ширпотреба и метизов. Увеличивается и доля кривошипных машин в цехах горячей штамповки, где они успешно заменяют молоты .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

1. Краткая история кривошипных машин обработки металлов давлением [15] Ц елесообразно рассматривать историю создания и использования кривошипных машин в нашей стране начиная с 1935 года (первый этап развития) [15]. До Великой Отечественной войны страна успела создать металлургическую и энергетическую базу, оборонные отрасли, несколько автомобильных и тракторных заводов, ряд заводов по производству универсальных металлорежущих станков и два гиганта сверхтяжелого машиностроения. Основные отечественные потребители кривошипных машин — созданные в это время автомобильные, тракторные и подшипниковые заводы .

В научно-исследовательском институте машиностроения (НИИмаше) под руководством Л. И. Зимина в это время возникает кузнечная лаборатория. Она положила начало научному изучению кривошипных машин в нашей стране и оказала влияние на соответствующие направления зарубежом. С этого момента начинается развитие кривошипных машин в СССР .

Дальнейшее развитие отечественной теории и практики создания кривошипных машин было прервано войной, повлиявшей на развитие других направлений обработки металлов давлением (ОМД), например, создание роторных и роторно-конвейерных машин, ротационно-обжимных машин и т. д .

Во время Второй мировой войны появляются универсальные кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). К тому времени массовое и крупносерийное листоштамповочное производство было укомплектовано разнообразными кривошипными прессами и автоматами простого, реже двойного, еще реже тройного действия. Эти машины отличались от современных листоштамповочных кривошипных машин гораздо меньшей производительностью, отсутствием ряда вспомогаКраткая история кривошипных машин обработки металлов давлением [15] тельных устройств и электроники, литыми, а не сварными станинами средних и тяжелых прессов. Но в целом они были предшественниками современных кривошипных листоштамповочных прессов .

Однако массовое и крупносерийное производство горячих поковок отличалось от современного принципиально иным составом оборудования. Его основу составляли паровоздушные молоты и горизонтально-ковочные машины (ГКМ) с вертикальным разъемом матриц, появившиеся примерно в то же время. Эти машины дополняли друг друга, а не заменяли. ГКМ специализировались на изделиях, получаемых горячей высадкой конца длинного стержня в закрытых штампах с разъемной матрицей без помощи выталкивателей и средств автоматизации .

Всю остальную, то есть наиболее распространенную номенклатуру, брали на себя паровоздушные штамповочные молоты двойного действия, предназначенные для штамповки в открытых штампах как осесимметричных поковок, так и поковок с вытянутой осью. По затратам на изготовление и ремонт указанные молоты гораздо дешевле КГШП .

Мировую промышленность не удовлетворяли два качества молотов: плохая эргономика и требования высокой квалификации штамповщиков (операторов-молотобойцев). Плохая эргономика связана с вибрацией самих молотов, зданий и грунта, а также с шумом, превышающим санитарные нормы, то есть с недопустимой акустической вибрацией воздушной среды. Кроме непосредственного вреда здоровью, вибрация ухудшает эргономику опосредованно, не давая возможности применить вспомогательное оборудование и тем самым препятствуя автоматизации штамповки на молотах .

Необходимость использовать высококвалифицированных штамповщиков на молотах требовало обучения новых кадров .

Теоретически преимущества КГШП, для работы на которых нужен неквалифицированный труд и которые штампуют изделие за один ход ползуна, были очевидны, но на практике освоение горячей штамповки на вертикальных закрытых кривошипных прессах затянулось до 40-х годов XX века. Причины были следующие .

Во-первых, из-за фиксированного крайнего рабочего положения ползуна (КРП) кривошипный пресс, в отличие от молота, не способен перераспределять металл вдоль оси заготовок поковок с вытянутой осью в соответствии с эпюрой сечений, за исключением простейших случаев, когда локальный пережим заготовки можно получить за один ход ползуна. Пришлось создать специальные машины — коОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ вочные вальцы, превратившиеся в дальнейшем из вспомогательных машин в самостоятельное оборудование, способное изготавливать без прессов поковки определенной номенклатуры. Во-вторых, пламенный нагрев заготовок пришлось заменить индукционным. Пламенный нагрев дешевле индукционного, но хуже автоматизируется и главное — образует обильную окалину. Молоты, обладая начальной скоростью соударения с поковкой около 7 м/с, сбивают окалину, а КГШП из-за скорости соударения около 0,4 м/с заштамповывают ее, что резко удорожает, а в большинстве случаев исключает механическую обработку поковок, полученных на КГШП при пламенном нагреве. В-третьих, пришлось изменить подход к проектированию систем включения путем переноса муфты и тормоза на главный вал. Это резко уменьшало габариты машин, упрощало управление ими, обеспечивало приемлемую долговечность фрикционных элементов и конструкции в целом, так как прессы были гораздо тихоходнее существующих .

После войны в Советском Союзе начался индустриальный выпуск кузнечно-прессовых машин, и уже в 70-е годы были достигнуты рекордные показатели не только для отечественной, но и для мировой практики: ежегодное производство до 68 тыс. единиц, эксплуатировавшийся парк свыше 1 млн единиц. Была организована автономно управляемая подотрасль с серией специализированных заводов, размещенных по всей территории страны, с отраслевыми институтами .

Параллельно с выпуском развивалось исследование кривошипных машин. В 1945 году Центральным бюро кузнечно-прессового машиностроения была разработана единая методики расчета всех типов главных валов, применяемых в кривошипных машинах .

В 1949 году во втором номере периодического издания «Вестник машиностроения» выходит работа «К расчету фрикционных муфт в тяжелом машиностроении», в которой предложен путь повышения частоты ходов кривошипных машин при работе в режиме единичного хода, что исключительно важно для всех тяжелых и ряда легких машин .

Кривошипные машины чрезвычайно разнообразны, существенно отличаются друг от друга по технологическому назначению, конструкции, величине параметров технической характеристики. Начав индустриальное производство кривошипных машин практически с 50-х годов XX века (первый этап освоения машин), Советский Союз уже к 70-м годам не только превзошел другие страны по количеству их выпуска, но и стал одной из немногих, а может быть и единственКраткая история кривошипных машин обработки металлов давлением [15] ной страной, производящей практически всю номенклатуру кривошипных машин. Этому успеху способствовало системное обобщение мирового опыта, осуществлявшееся как производственными коллективами, так и представителями науки А. Н. Банкетовым, Э. Ф. Богдановым, В. И. Власовым, Л. Б. Гейлером, В. С. Елетиным, Л. И. Живовым, С. Л. Злотниковым, Л. Л. Игнатовым, П. Н. Ланским, В. П. Механиком, В. Л. Мельником, Г. Л. Навроцким, С. С. Несвитом, О. И. Нюнько, А. Г. Овчинниковым, В. Г. Плюгачевым, Г. Н. Ровинским, В. И. Силановым, В. К. Стоколовым, И. Д. Трофимовым, В. Н. Тыняновым, И. В. Харизоменовым и многими другими .

Таким образом, к концу 60-х годов XX века оканчивается второй этап охватываемого периода. Его суть — создание отечественной подотрасли по выпуску КПМ, производственной, информационной, научно-исследовательской, проектной инфраструктуры, системы подготовки инженерных и научных кадров, баз данных, научно обоснованных методик проектирования и, как результат, выход на лидирующие позиции в мире по количеству производимых и эксплуатируемых машин .

Третий этап (конец 60-х — 80-е годы) отличается тем, что если ранее отечественные кривошипные машины создавались путем прямого копирования или комбинаторики лучших зарубежных решений, то теперь появляются опережающие мировой уровень конструкции .

К 70–80-м годам XX века мировой парк кривошипных машин существенно изменился по сравнению с довоенным парком. Эти изменения шли в различных направлениях. В листовой штамповке резко (в ряде случаев многократно) увеличилась частота непрерывных ходов подавляющего большинства прессов, рассчитанных на массовое и крупносерийное производство. Возросла специализация листоштамповочных прессов. В частности, появились прессы для чистовой вырубки, вытяжные прессы с замедленным ходом ползуна на рабочем участке хода и ускоренным холостым ходом, высокоскоростные вырубные автоматы с верхним приводом и другие. Возросли требования как к основным, так и к вспомогательным устройствам. В тяжелых и сверхтяжелых прессах появилась автоматизация процесса штамповки и установки штампов .

Благодаря развитию металлургического цикла и появлению сравнительно дешевых горячекатаных листов практически любой площади и толщины, а также развитию процессов горячей резки и сварки стали, литые станины средних и тяжелых прессов были вытеснены

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

сварными, что кардинально изменило внешний вид прессов. Появились многосекционные прессы, средние и тяжелые прессы с нижним приводом. Прессы стали оснащаться надежными устройствами защиты конструкции и персонала, контрольными и информационными устройствами, в которых в нарастающих количествах начала внедряться электроника. Началась широкая поставка потребителю автоматических линий и комплексов как в универсальном исполнении, так и под конкретные изделия или группы изделий. Там, где это целесообразно, стало применяться числовое программное управление. Специализация привела, во-первых, к тому, что резко возросли в абсолютном исчислении начальные затраты, которые стали окупаться только при интенсивной эксплуатации машин и большом объеме выпуска продукции; во-вторых, к тому, что в ряде случаев прессы стали эксплуатироваться только со специальным инструментом и специальной технологией штамповки .

В холодной объемной штамповке двух- и трехударные автоматы стали вытесняться многопозиционными. В крупносерийном и массовом производстве горячих поковок молоты практически вытеснились КГШП, а ГКМ начали вытесняться горячештамповочными автоматами. Кроме универсальных прессов, появились специализированные КГШП: многопозиционные, двойного действия, для прямого выдавливания. Верхний уровень усилия КГШП вырос с 63 до 100 МН с соответствующим увеличением массы поковок .

–  –  –

К ривошипные кузнечно-штамповочные машины входят в группу механических прессов. Основным механизмом этих машин является кривошипно-шатунный механизм .

Классифицировать кривошипные машины можно по ряду признаков: по кинематическим, технологическим, конструктивным особенностям, по степени автоматизации, по числу исполнительных механизмов, по степени совмещения производственных операций и т. д .

Основной обычно является классификация по технологическому признаку, то есть по назначению пресса того или иного типа в производстве. На рис. 1 представлена схема-классификация кривошипных машин по технологическому признаку [1, 6, 7] .

Различают две большие группы кривошипных прессов, которые существенно отличаются друг от друга. Одна из этих групп предназначена для объемной штамповки, другая — для листовой штамповки .

Особенности технологических процессов объемной штамповки таковы, что требуют сравнительно малого рабочего хода ползуна; сопротивление деформации велико при сравнительно малых габаритных размерах штампуемой детали и штампов; при горячей штамповке необходимо обеспечить быстроходность пресса во избежание остывания поковки; стремление получить высокую точность поковок заставляет делать прессы весьма жесткими .

Для листовой штамповки нужны крупногабаритные прессы с большим ходом, но сопротивление деформации при этом меньше, чем при объемной штамповке, поэтому прессы для листовой штамповки менее мощные .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

–  –  –

Группу прессов можно разделить на подгруппы машин общего назначения и подгруппы специализированных машин для производства тех или иных операций и автоматов, которые предназначены для получения относительно узкой группы деталей .

К листоштамповочным машинам общего назначения относятся ножницы для листового металла, универсальные прессы для вырубки и неглубокой вытяжки, специализированные прессы для вытяжки и формовки, дыропробивные и гибочные прессы. К автоматам относятся многопозиционные листоштамповочные автоматы, которые служат для многооперационной листовой штамповки мелких и средних деталей, и автоматы для высокопроизводительной штамповки из ленты — с нижним приводом, с плавающим ползуном, быстроходные .

К прессам для объемной штамповки относятся ножницы для сортового металла, горячештамповочные прессы и горизонтально-ковочные машины, на которых производятся все операции горячей штамповки;

чеканочные прессы, которые служат для плоскостной и объемной калибровки штампованных деталей, гибочные прессы для горячей и холодной гибки сортового проката, обрезные прессы, радиально-ковочные машины. Автоматы для объемной штамповки применяются в основном для холодной штамповки крепежных деталей, шариков, роликов и других деталей, горячей штамповки гаек, колец и подобных деталей массового производства, гибки труб и деталей из сортового проката и проволоки .

Приведенная классификация не является исчерпывающей, но и она показывает, насколько широко применяются кривошипные машины для разнообразных технологических операций .

2.2. Принцип действия и структура кривошипных машин

Принцип действия кривошипных машин основан на использовании для деформирования металла кинетической энергии вращательного движения маховика, которая передается исполнительному механизму — ползуну с помощью кривошипно-шатунного или эксцентрикового механизма. Во время рабочего хода часть этой энергии расходуется на полезную работу деформирования заготовки. Структура кривошипной машины показана на рис. 2 .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Рис. 2. Принципиальная схема кривошипного пресса:

1 — электродвигатель; 2 — клиноременная передача; 3 — маховик; 4 — тормоз маховика;

5 — тормоз; 6 — зубчатая передача; 7 — муфта; 8 — кривошипный (эксцентриковый вал);

9 — шатун; 10 — ползун; 11 — направляющие; 12 — клин стола; 13 — стол Структура современных кривошипных прессов сложна: машина насчитывает более десяти узлов и несколько сотен деталей. Каждая машина имеет исполнительный механизм, ведущим звеном в котором является кривошип (эксцентрик), рабочим — ползун. Основными деталями механизма являются коленчатый вал, шатун, ползун. Для приведения в действие исполнительного механизма служит привод — трансмиссия от электродвигателя к коленчатому валу, которая, как правило, состоит из клиноременной передачи (от двигателя к маховику) и нескольких зубчатых передач .

В системе привода для соединения или отключения от исполнительного механизма имеется муфта, а для остановки коленчатого вала — тормоз. Включение и выключение муфты и тормоза осуществляется с помощью системы управления, которая состоит из электрических приборов, пневматических, гидравлических и других механизмов .

2. Классификация и структура кривошипных машин

Кроме перечисленных узлов, в кривошипной машине имеются предохранители от перегрузки, уравновешивающие устройства, гидравлические или пневматические подушки в столе или ползуне, система смазки, а также узлы, обеспечивающие удобство и безопасность работы на прессе: механизм регулирования штамповой высоты, механизмы крепления штампов, указатели усилия, предохранительные решетки штампового пространства и другие узлы. Все узлы объединяются в одно целое и монтируются на станине. Станина, как правило, служит замыкающим звеном в силовой цепи пресса .

Источником энергии пресса служит, как правило, устанавливаемый на нем асинхронный электродвигатель с пускорегулирующей электроаппаратурой. Узел электрооборудования машины может состоять из нескольких электродвигателей. Асинхронный электропривод за время технологического цикла t разгоняет маховик и все ведущие звенья с моментом инерции J до установившейся угловой скорости w0 и сообщает линии привода кинетическую энергию вращательного движения маховика J w2 Eм = .

Несмотря на разнообразие типов кривошипных машин, у всех них имеется много общего с точки зрения кинематики, конструктивного оформления узлов и т. п. Поскольку отдельные узлы различных кривошипных машин имеют сходную конструкцию, для их расчета применяются одинаковые методы, их детали имеют сходные расчетные схемы. Это значительно упрощает рассмотрение всего многообразия нагружения узлов и деталей кривошипных машин .

2.3. Исполнительные механизмы и их классификация

Исполнительный механизм пресса выполняет заданный процесс формообразования, то есть обеспечивает определенное перемещение обрабатывающего инструмента пресса относительно обрабатываемого материала для получения детали с заданными размерами, качеством поверхности и другими параметрами. Технологические требования к движению рабочего звена весьма разнообразны и часто разноречивы

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

даже для одного типа операций. Для некоторых операций штамповки указанные условия пока неизвестны. Это объясняется сложностью процессов пластического деформирования при широком варьировании многих параметров технологического процесса штамповки, которое наблюдается в производстве .

В практике распространены в основном четыре группы исполнительных механизмов, с помощью которых обеспечиваются различные условия, которые вытекают из требований рационального проведения технологического процесса штамповки. К первой группе относятся универсальные машины, которые нашли наиболее широкое применение в производстве. Основное условие для таких машин — достаточно большая производительность и выполнение условий перемещения. Для этого типа машин наибольшее распространение получил центральный кривошипно-шатунный механизм. Во вторую группу машин входят механизмы, которые используются для преодоления больших сопротивлений деформации при относительно малом моменте на приводе. Эти механизмы отличаются значительным снижением скорости исполнительного звена на каком-либо участке хода .

Наиболее распространены кривошипно-коленный и кривошипнорычажный механизмы. Третья группа исполнительных механизмов предназначена для увеличения хода и регулирования скорости исполнительного звена (снижения и выравнивания) на определенном участке хода. Простейшим механизмом этой группы является рычажный механизм. Четвертая группа механизмов позволяет осуществлять остановку ползуна в течение определенной части цикла. Простейшим механизмом здесь является кулачковый, который отличается от кривошипного механизма наличием высшей пары в сочленении и переменностью радиуса кривошипа .

В связи с приведенным делением исполнительных механизмов, применяемых в кривошипных машинах, кривошипные машины принято называть по их наиболее характерным звеньям механизмов .

Кривошипные прессы разделяют на чисто кривошипные, кривошипно-коленные, кривошипно-рычажные-кулачные, рычажные и т. п .

В механизмах отдельных групп много общего. Структурно некоторые механизмы вообще одинаковы. Их отличает только исходное взаиморасположение и соотношение размеров отдельных звеньев, что в совокупности определяет тот или иной закон движения исполнительного звена, к которому стремятся при проектировании .

2. Классификация и структура кривошипных машин Необходимо отметить, что центральный кривошипно-шатунный механизм получил наиболее широкое распространение в машинах самого различного назначения. У девяти десятых всего парка кривошипных машин имеется исполнительный механизм, выполненный в виде обычного кривошипно-шатунного механизма. Это объясняется простотой реверсирования движения рабочего звена — ползуна, сравнительной простотой выполнения, компактностью при широких пределах воспринимаемых усилий, учетом опыта проектирования и эксплуатации, возможностью совмещения в машине двух или четырех, а иногда и более одинаковых плоских механизмов для разделения действующего силового потока и целым рядом других важных обстоятельств .

2.4. Главные параметры кривошипных машин

Для большинства кривошипных машин разработаны государственные стандарты (ГОСТы) на основные параметры и размеры. Совокупность главных размерных параметров кривошипных машин составляет размерные ряды стандартов .

Главной величиной кривошипных машин, регламентируемой стандартами, является номинальная сила Р н, развиваемая ползуном кривошипно-ползунного механизма на участке перед крайней нижней точкой хода ползуна. Этот участок, который измеряется в угловых единицах поворота главного вала, называется номинальным углом a н.

Величина номинального угла зависит от технологического назначения и конструкции пресса и ограничивается прочностью деталей привода:

главного вала и зубчатой передачи. Обычно этот параметр находится в пределах 3–50 для горячештамповочных прессов; 30–40 0 для листоштамповочных одностоечных и свыше 60 0 для двухстоечных прессов .

Номинальная сила кривошипной машины является исходным параметром для расчета конструкции машины на прочность и совместно с энергетическим параметром (запасом эффективной энергии) служит основой назначения машины для выполнения технологических операций штамповки .

Энергетические параметры характеризуют тип и мощность электродвигателя, давление воздуха в системе включения муфты. Они являОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ ются расчетными параметрами и не входят в стандарты. При выборе пресса для технологических операций штамповки, кроме достаточной величины номинальной силы и номинального угла, следует проверить достаточность запаса энергии маховика, сообщаемого электродвигателем за время технологического цикла для выполнения заданной работы деформирования .

Скоростные параметры характеризуют быстроходность пресса — число непрерывных ходов в минуту и регламентированы стандартами .

Следует отметить, что максимальное значение скорости ползуна, ее значение в начале рабочего хода и характер изменения скорости во время деформирования являются расчетными величинами. Они зависят от кинематики рабочего механизма и стандартами не обусловливаются. В то же время начальная скорость деформирования является важной технологической характеристикой, и ее следует учитывать .

Обычно начальная скорость деформирования находится в пределах 0,2–0,3 м/с для листоштамповочных прессов, 0,4–0,5 м/с для горячештамповочных и 0,1–0,15 м/с для кривошипно-коленных прессов .

Технологические линейные параметры характеризуют размеры рабочего пространства машины: площадь и размеры стола, площадь и наибольший ход (или пределы изменения) ползуна, которые определяют габариты штампов, исходной заготовки и готового изделия .

Эти параметры вносят в стандарты .

Установочно-монтажные параметры характеризуют габаритные и установочные размеры машин, а также линейные параметры крепления инструмента (штампов) .

–  –  –

З адачей кинематического исследования любого механизма является установление функциональной связи между заданными перемещениями ведущего звена и перемещениями, скоростью и ускорением рабочего звена, то есть установить его кинематические параметры: путь, скорость и ускорение ползуна. Кинематические параметры определяются разными способами. Наиболее удобен аналитический метод [8] .

Основным деталями механизма у всех кривошипных машин являются кривошипный вал, шатун и ползун. Тип кривошипного вала (чисто кривошипный, коленчатый или эксцентриковый) для кинематики кривошипной машины никакого значения не имеет, поэтому целесообразно рассмотреть в первую очередь кинематику кривошипного механизма, общую для всех кривошипных машин .

Обобщенная схема кривошипно-шатунного механизма представлена на рис. 3 .

Связь между перемещением ползуна S и углом поворота кривошипа a определяется по выражению l й щ S = R к1 - cos a + (1 - cos 2a ) ъ, (1) л ы где l – коэффициент длины шатуна — отношение радиуса кривошиR па R к длине шатуна L, l = .

L Скорость ползуна определяется как первая производная перемещения по времени. Принимая во внимание выражение (1), после его интегрирования получим

Параметр l определяется в соответствии с условиями конструктивной осуществимости механизма. Значения l для прессов разного технологического назначения приведены ниже:

3. Кинематика и статика кривошипных машин Листоштамповочные: Ножницы

с нормальным ходом....... 0,08–0,14 Автоматы:

с увеличенным ходом...... 0,15–0,20 листоштамповочные...... 0,08–0,25 Листоштамповочные многопозиционные....... 0,06–0,18 для вытяжных работ......... 0,18–0,30 холодновысадочные....... 0,10–0,20 с плунжерной подвеской.. 0,30–0,45 Горячештамповочные..... 0,15–0,20 для наружных ползунов: Горизонтальнобез плунжеров................ 0,25–0,40 ковочные машины........... 0,25–0,30 с плунжерами................. 0,60–0,70 Чеканочные

На рис. 4 показан характер изменения кривых относительных значений перемещения, скоростей и ускорений кривошипного механизма в зависимости от приведенной длины шатуна и угла поворота кривошипа .

Рис. 4. Характер изменения кривых относительных перемещения (а), скорости (б) и ускорения (в) кривошипного механизма Статика механизма является основой последующего расчета на прочность и жесткость отдельных элементов машины. С помощью методов статики производится оценка величины сил, которые действуют в звеньях механизма. Обычно для этого достаточно оценить внешние силы и силы сопротивления трения .

Рассмотрим статику кривошипно-шатунного механизма в текущем положении, зафиксированном углом (рис. 5) .

–  –  –

Сделаем допущение, что трение в шарнирах и плоскостях скольжения отсутствует. Полезное сопротивление, приложенное к ползуну, обозначим через PD. Построив треугольник сил, можно определить

3. Кинематика и статика кривошипных машин

–  –  –

где PD — усилие на ползуне, соответствующее сопротивлению поковки при выполнении технологической операции, приходящейся на данный кривошипно-шатунный механизм .

Возникающий крутящий момент на коленчатом валу может быть определен исходя из геометрических соображений и с помощью метода малых перемещений и равенства элементарных работ. Элементарная работа на коленчатом валу M К d a должна равняться элеменИ <

–  –  –

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

плечом идеальной машины. Использование этого выражения существенно упрощает вычисление момента на коленчатом валу пресса, поскольку в формулу (3) входит усилие, действующее на ползун .

Для анализа работы реального механизма необходимо учесть наличие трения в шарнирах и направляющих ползуна. Сопротивление деформации PD уравновешивается усилием по шатуну и равнодействующей реакции от направляющих и силы трения в направляющих .

Крутящий момент на коленчатом валу в реальной машине находится также из уравнения баланса элементарных работ при повороте коленчатого вала на угол da M К d a = PD ds + fPH ds + fPAB rB d b + fPAB rA (d a + d b) + (4) + fP01r01d a + fP011r011da, где P01 и r01 — реакция и радиус подшипника в первой опоре коленчатого вала; P011 и r011 — реакция и радиус подшипника во второй опоре коленчатого вала. Выражение (4) можно упростить. Сила PH составляет не более 0,3PD, произведение fPH составит не более 3 % от первого члена и менее 3 % от всей суммы правой части (4). В практических расчетах такой величиной можно пренебречь .

Разделив правую и левую части соотношения (4) на da, с учетом уравнений (2) и (3) можно записать

–  –  –

Крутящий момент на коленчатом валу равен произведению силы, действующей на ползун, на величину приведенного относительного плеча. Величина приведенного относительного плеча вычисляется в зависимости от угла и равна сумме приведенного относительного плеча в идеальной машине и приведенного относительного плеча трения. При расчете прессов величину mК определяют в пределах углов a, соответствующих нагружению пресса .

В реальной машине при a = 180 и данном PD крутящий момент, потребляемый на коленчатом валу, имеет вполне определенную отличную от нуля величину и, наоборот, всякий конечный момент в конце хода может развить лишь вполне определенное конечное усилие .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

4. Жесткость кривошипного пресса и точность штамповки

П од действием нагрузок детали пресса претерпевают упругое изменение размеров и формы. В зависимости от характера приложенной нагрузки эти детали испытывают различную деформацию:

растяжение, сжатие, изгиб, контактное смятие. Так, кривошипный вал изгибается, стойки станины растягиваются, шатун сжимается, плита стола пресса прогибается и пр. Все эти деформации суммируются в направлении движения ползуна пресса, искажая характер его движения и изменяя взаимное расположение рабочих частей штампа, полученное при наладке. После окончания рабочего хода, когда нагрузка падает до нуля, упругая деформация деталей пресса исчезает. Размеры и форма деталей восстанавливаются .

Отрицательными последствиями упругой деформации деталей пресса (недостаточной его жесткости) являются: понижение точности штамповки, уменьшение стойкости деталей пресса и инструмента, увеличение затрат энергии. В целях уменьшения таких последствий конструкторы стремятся повысить жесткость современных кривошипных прессов .

Свойство машины упруго изменять свои размеры под действием нагрузки в период рабочего хода называется упругой податливо с т ь ю. Чаще при анализе работы пресса используют другой термин — жесткость. Жесткость — способность пресса сопротивляться упругому деформированию под нагрузкой. Эта способность характеризуется коэффициентом жесткости, или просто жесткостью, P C= D, Dl где Dl – суммарная упругая деформация, равная увеличению расстояния между рабочими частями штампа, мм .

Величина обратная коэффициенту жесткости называется коэффиц и е нт о м п о датливо с ти, или по дат ли вост ью .

4. Жесткость кривошипного пресса и точность штамповки

–  –  –

Рис. 6. График жесткости пресса (график упругого деформирования станины пресса при приложении деформирующей силы PD) Начальный участок графика имеет нелинейный характер, что обусловлено выборкой зазоров в сочленениях исполнительного механизма и нелинейной упругой деформацией стыков. Сила, соответствующая нелинейной деформации, как правило, не превышает 25– 30 % от значения номинальной силы .

Для определения коэффициента жесткости (податливости) испольdP зуют только линейную часть графика, где производная D постоянdl на, отсюда

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

1 PD - Pнелин .

C= = Dl лин П Значения коэффициента податливости, которые необходимы для построения линеаризованных графиков жесткости, выбирают на основе практических данных. В открытых кривошипных прессах для листовой штамповки коэффициент податливости может достигать 1,0–2,0 мм на 1 МН нагрузки, в закрытых двухстоечных кривошипных прессах для листовой штамповки 0,5–1,0 мм на 1 МН нагрузки .

В кривошипных чеканочных прессах большие значения недопустимы из-за необходимости обеспечить достаточную точность размеров штампуемой поковки и из-за потери энергии, поэтому у таких прессов П = 0,10…0,35 мм на 1 МН нагрузки .

Точность штамповки на кривошипных прессах в основном зависит от двух факторов: суммарной упругой деформации деталей пресса и штампов под нагрузкой и перекоса ползуна под воздействием эксцентричного приложения деформирующей силы .

Перекосы ползуна вызывают скос поверхности и неперпендикулярность торцов поковки, а жесткость влияет на допуски по высоте. Перекосы при эксцентричном приложении нагрузки меньше у прессов с двумя и четырьмя шатунами благодаря лучшему направлению ползуна и меньшим нагрузкам на направляющие по сравнению с прессами с одним шатуном .

Суммарная упругая деформация зависит от жесткости конструкции пресса и штампов. Упругая деформация деталей кривошипно-ползунного механизма примерно вдвое больше, чем станины пресса. В связи с тем, что жесткость штампов обычно меньше жесткости пресса, возможная упругая деформация конструкции штампов может быть значительной .

В процессах горячей объемной штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах большое влияние на суммарную упругую деформацию и соответствующие отклонения размеров поковок по высоте оказывает нестабильность деформирующей силы, вызванная отклонениями температуры и объема заготовок от расчетных значений .

В связи с этим для стабилизации деформирующей силы и повышения точности штамповки используются системы программно-адаптивного управления .

4. Жесткость кривошипного пресса и точность штамповки

Следует учитывать влияние упругой деформации деталей пресса (жесткости) на продолжительность нагрузочной и разгрузочной фаз рабочего хода. Чем больше жесткость пресса (меньше суммарная упругая деформация), тем меньше время контакта штампа с поковкой. Этот факт очень важен для увеличения стойкости штампов в процессах горячей штамповки и несущественен при холодной объемной и листовой штамповке .

Необходимо отметить, что увеличение жесткости увеличивает металлоемкость конструкции пресса, что не всегда экономически целесообразно .

О перации пластического деформирования энергоемки. В некоторых кривошипных прессах за цикл затрачивается свыше 1000 кДж.

Высокая энергоемкость технологических операций и цикличность работы прессов определяют специфику их энергетической системы, которая заключается в следующем:

• импульсный характер потребления энергии приводит к необходимости применения в большинстве случаев электроприводов с маховиком;

• значительные потери энергии из-за сравнительно большого числа составляющих сопутствуют процессу пластического деформирования;

• нестабильность КПД пресса и допустимой величины полезной отдачи энергии за цикл осложняет выбор пресса по этим параметрам .

Прессы эксплуатируются с разной степенью интенсивности. Различают одиночный ход пресса и работу пресса на последовательных или автоматических ходах. При одиночном ходе после выполнения рабочего хода и достижения ползуном верхнего положения, муфта выключается и следует пауза. Следующий ход совершится лишь после включения муфты. Таким образом, для работы пресса на одиночных ходах характерно наличие пауз между ходами, а также включение и выключение муфты. Работа пресса на последовательных или автоматических ходах отличается отсутствием пауз между ходами, и включение муфты осуществляется один раз в начале работы. Интенсивность работы пресса на одиночных ходах может быть разной в зависимости от длительности паузы между ходами. Эта интенсивность оценивается так называемым коэффициентом использования ходов pи n pи = од, nпр

5. Энергетика кривошипных машин

где nод — число одиночных ходов в минуту; nпр — число возможных последовательных ходов, или номинальное число ходов. Возможные значения pи для разных типов машин приведены далее .

Листоштамповочные:

универсальные простого действия

вытяжные двойного действия

Для объемной штамповки:

горячештамповочные

горизонтально-ковочные

кривошипно-коленные чеканочные

Ножницы

5.1. Энергетическая диаграмма (циклограмма) пресса

Для конкретного пресса с известными характеристиками системы электродвигатель — маховик величина полезной отдачи энергии определяется характером выполняемой технологической операции, режимом эксплуатации пресса (автоматические или одиночные ходы при определенном коэффициенте использования ходов), временем выполнения технологической операции в процессе всего цикла .

Кривошипные прессы и автоматы оборудованы приводом с маховиком от асинхронного электродвигателя, развиваемая мощность которого меньше мощности исполнительного механизма во время рабочего хода. Дополнительный приток энергии получается за счет использования во время рабочего хода кинетической энергии вращающегося маховика. При этом по мере того как маховик отдает свою кинетическую энергию, его угловая скорость снижается до значения величины, ограниченной допустимым скольжением электродвигателя. К началу каждого следующего хода электродвигатель должен восстановить частоту вращения маховика, в противном случае, вследствие невозобновляемого расхода энергии маховика, кривошипно-ползунный механизм после совершения некоторого числа ходов может остановиться либо может войти в состояние заклинивания .

Работу маховичного привода кривошипных прессов и автоматов анализируют обычно по изменению кинетической энергии рабочих

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

частей — энергетической диаграмме. Типичная энергетическая диаграмма кривошипного пресса представлена на рис. 7 .

Рис. 7. Энергетическая диаграмма (циклограмма) кривошипного пресса:

Ен — начальная энергия (до включения муфты); Ем — энергия после включения муфты;

Ек– минимально допустимая энергия (после рабочего хода деформирования заготовки);

t п, tD, t в, t т, t м, t ц — время соответственно холостого хода ползуна (время приближения), рабочего хода, возвратного хода, технологической паузы, машинного цикла, технологического цикла; a, b,c, d, e, g — характерные точки цикла Энергетическая диаграмма, как правило, состоит из четырех участков (см. рис. 7): участка a–b, на котором происходит снижение кинетической энергии маховика от начального уровня E н до E м из-за потерь при включении фрикционной муфты вследствие трения между ее дисками и разгона ведомых частей; участка b–c, где во время t п происходит полное восстановление энергии маховика электродвигателем;

на участке c–d происходит падение уровня энергии маховика во время рабочего хода tD до допустимого уровня E к. Из общего изменения энергии DE большая часть расходуется непосредственно на пластическое формоизменение заготовки (кривая 2), остальные расходы вызваны потерями на трение и упругое деформирование пресса и инструмента; участки d–e–g, на которых восстанавливается уровень энергии .

Если расход энергии на пластическое формоизменение и другие составляющие велик, как при работе горячештамповочного пресса одиночными ходами, то восстановление энергии за время возвратного хода

–  –  –

Основой энергетического расчета пресса с учетом его технологического назначения является график рабочих нагрузок (график деформирующей силы), построенный на базе теоретических или экспериментальных данных. Графиком рабочих нагрузок называется приближенное графическое изображение зависимости величины усилия деформации при данной технологической операции от перемещения деформирующей плоскости, поверхности или кромки штампа (инструмента). Площадь графика в известном масштабе определяет работу, потребную для пластического формоизменения .

Определение работы пластического деформирования необходимо в двух случаях: для энергетического расчета универсальных и специализированных машин при проектировании и для выяснения возможности выполнения на данном прессе по его энергетическим показателям той или иной заданной штамповочной операции .

В первом случае расчет основан на энергетическом анализе обработки оптимальной расчетной заготовки. При этом выбирается технологическая операция, которая наиболее вероятна в практической эксплуатации пресса, а размеры заготовки или детали выбираются так, чтобы силовые, энергетические, геометрические и другие параметры технической характеристики пресса использовались наиболее полно .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Второй случай — выяснение возможностей выполнения на данном прессе конкретной технологической операции — более сложен, поскольку не для всякой операции удается достаточно точно задать характер графика рабочих нагрузок .

Установившиеся методы построения графиков имеют в основном две цели — определение максимального усилия и энергетических затрат. Для типовой операции можно воспользоваться общими принципами построения графиков рабочих нагрузок. Форма графика рабочих нагрузок определяется по методам, известным из теории обработки металлов давлением, или с помощью экспериментальных данных. Поскольку при расчете пресса используют лишь определенные параметры графика (общая площадь, величина и расположение максимума нагрузки), постольку в точном определении формы графика нет необходимости. Поэтому для расчета процессов используют обычно типовые расчетные графики рабочих нагрузок, вычерчиваемые в виде отрезков прямых. Графики строят в относительных координатах, по оси абсцисс откладывают пути, отнесенные к величине S хода ползуна пресса, а по оси ординат — текущие значения усиH P лий, отнесенные к номинальному усилию пресса H .

PD На рис. 8 показан характер изменения графиков для наиболее распространенных операций штамповки .

Графики на рис. 8, а (вырубка) используют при расчете однокривошипных прессов простого действия — открытого и закрытого исполнения. Эти прессы отличаются малой длиной хода. При увеличении длины хода берется условный график вырубки рис. 8, б. Этот же график используют при расчете двухкривошипных и четырехкривошипных прессов. При увеличенной длине хода меняется технологическое назначение пресса, и поэтому в качестве расчетного принимают условный график вытяжки рис. 8, в. Для прессов двойного действия график вытяжки характерен большим рабочим ходом и усилием (рис. 8, д) .

График гибки (рис. 8, г) используется при расчете гибочных прессов .

Полезная работа может быть определена по формуле Aпл = dPн H, где d — коэффициент; Pн — номинальное усилие пресса; H — длина хода .

<

–  –  –

Рис. 8. Типовые графики нагрузок для листоштамповочных прессов:

а — вырубка; б — вырубка при увеличенном ходе; в — вытяжка; г — гибка; д — вытяжка на прессе двойного действия

–  –  –

Аналогичные рис. 8 графики (рис. 9) используются и при расчете прессов для объемной штамповки .

Рис. 9. Типовые графики нагрузок прессов для объемной штамповки:

а — горячая штамповка; б — горячее выдавливание; в — холодное выдавливание;

г — холодная калибровка-чеканка

–  –  –

Необходимо отметить, что для реальных графиков рабочих нагрузок максимум усилия при разных штамповочных операциях будет соответствовать разным положениям ползуна, то есть разным значениям перемещения S его или разным углам поворота кривошипного вала .

Графики стоят обычно без учета упругости деталей пресса, поэтому они универсальны для применения к различным типоразмерам машин .

Однако поскольку пресс, его детали под нагрузкой упруго деформируются, зависимость деформации пресса от усилия принимается линейной и характеризуется коэффициентом жесткости С .

В этом случае всякому повышению усилия на графике рабочих нагрузок 0– Pmax (при расчете до номинального значения Pн ) будет соотP ветствовать деформация max, на этом участке графика ползун должен C P иметь перемещение, увеличенное на max относительно перемещения C на исходном графике рабочих нагрузок. Соответственно на участке падения нагрузки часть перемещения ползуна будет осуществляться за счет снятия упругих деформаций. Этот участок графика будет иметь уменьP шенную базу по оси абсцисс на величину max. При вырубке толстых C и хрупких материалов скол происходит практически мгновенно, поэтому запасенная упругая энергия в последующем не используется, а затрачивается на сообщение ползуну кинетической энергии и упругое растяжение деталей кривошипно-ползунного механизма. Для графиков нагрузок, которые имеют максимум усилия в конце хода, длина раP бочего перемещения увеличивается на величину max, соответственно C увеличивается и рабочий угол a н .

В качестве примера построения реального графика рабочих нагрузок рассмотрим построение графика при вырубке. Типовой график процесса вырубки часто принимают в виде треугольника. Однако действительное очертание графика сложнее и имеет вид, представленный на рис. 10 .

Построение восходящей части кривой осуществляют согласно следующему выражению:

P = Lt s ср, где P — усилие; L — периметр реза; t — толщина листа; s ср — текущее сопротивление срезу, определяемое в зависимости от пластических свойств материала .

Нисходящая часть кривой строится на базе более сложных расчетов. Рекомендуется при построении этой части кривой воспользоваться готовыми кривыми, изображенными на рис. 10, для разных значеh ний отношения к. Эксперименты многих авторов [3, 10, 13] t показывают, что нисходящая часть кривой для больших толщин и хрупких материалов вырождается в более или менее отвесную прямую .

В этом случае нисходящая ветвь графика заменяется отвесной прямой или прямой, соединяющей максимум усилия с абсциссой на графике, h составляющей к = 0,5...0, 6. При этом не учитываются некоторые весьt ма малые затраты энергии на проталкивание вырубленной детали сквозь матрицу. Такой вариант построения графика рабочих усилий более подходит для вырубки стального листа толщиной свыше 3,5 мм или для хрупких материалов. Усилие проталкивания обычно принимают равным ( 0,1...0, 05) Pmax .

5.3. Затраты энергии и коэффициент полезного действия

Затраченная энергия (работа) при совершении прессом операции деформирования составляется из энергии, пошедшей непосредственно на деформацию AД, энергии, израсходованной на преодоление сил

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

трения в шатунно-кривошипной системе AК за период рабочего хода, энергии на преодоление сил трения в приводе от электродвигателя до коренного вала во время рабочего хода AП, потери в муфте при ее включении AВ, потери энергии на упругую деформацию пресса AУ и энергии, израсходованной на преодоление сил трения за время холостого хода машины AХХ. Таким образом, затраченная работа выражается соотношением A = AД + AК + AП + AВ + AУ + AХХ .

5.3.1. Расход энергии при рабочем ходе Полную количественную характеристику расхода энергии в период рабочего хода в реальном процессе обработки на прессе дает диаграмма крутящих моментов M к = f (a ). Эту диаграмму можно построить с помощью уравнения M к ( a ) = PD ( a ) Ч mк ( a ), где PD (a ) — сила на ползуне пресса при заданном положении механизма, определяемая из нагрузочного графика пресса; mк (a ) — текущее значение приведенного относительного плеча силы .

Работа деформации AД определяется в зависимости от характера выполняемой операции на основании данных по технологии штамповки. Она также должна быть равна работе идеальной машины. При преодолении сопротивления деформации, меняющегося согласно уравнению P = j (S ), где Р — усилие на ползуне, а S — ход ползуна, кривошип механизма в какой-то момент повернется из положения, зафиксированного углом, на угол d. При этом ползун совершит работу PdS. Отсюда aн

–  –  –

В общем случае в соотношении (5) величина PD является переменной, зависящей от вида выполняемой операции, каждая из которых имеет свой характерный график усилий по ходу деформации или по углу поворота кривошипного вала, то есть величина PD зависит от угла поворота кривошипного вала. В связи с этим невозможно величину PD вынести за знак интеграла, и следовательно, уравнение (5) не имеет общего решения .

Работу деформации AД можно определить по конкретной диаграмме крутящих моментов M к = f (a ), соответствующей выполняемой технологической операции на прессе, выполняя планиметрическую диаграмму на участке рабочего хода. По площади диаграммы M к ( a ) в пределах рабочего хода получают значения работы, затраченной на ведущем валу, aк Apx = е M к ( a ) Ч Da, aн где a к — угол конца рабочего хода; a н — угол начала рабочего хода, либо, имея график изменения потребного усилия PD на ползуне машины, в зависимости от перемещения S ползуна P = j (S ) перестраивают его в график P = f (a ), где усилие P — угол a (рад) поворота кривошипа. Рассчитав планиметрическую площадь полученной кривой, учитывая масштабы по оси абсцисс и оси ординат и помножив найденную величину на (mк + mкf ), находят и

–  –  –

5.3.2. Потери энергии на включение муфты Расходы энергии AВ на включение муфты необходимо определять при работе пресса в режиме одиночных ходов. Для обычных фрикционных муфт работа включения складывается из работы разгона ведомой части привода и работы на преодоление сил трения при проскальзывании дисков муфты при включении, то есть от их соприкосновения до тех пор, пока угловые скорости ведущих и ведомых дисков не сравняются между собой. Расход энергии на одно включение муфты составит AВ = (1,11,3) I в w2, ном

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

где I в — момент инерции ведомой части привода, приведенный к валу муфты; wном — угловая скорость вала муфты при номинальном скольжении электродвигателя .

Полное время включения фрикционной пневматической муфты исчисляется от 0,03 с для небольших быстроходных листоштамповочных прессов до 0,6 с для аналогичных крупных машин и от 0,045 с для легких кривошипных горячештамповочных прессов и горизонтально-ковочных машин до 0,10–0,12 с для соответствующих тяжелых машин .

При автоматической работе машины без включения муфты потери энергии в муфте AВ при включении можно принять равными нулю .

5.3.3. Расход энергии при холостом ходе Величина расхода энергии при холостом ходе AXX обусловлена следующими потерями: на преодоление сил трения в опорах и направляющих главного исполнительного механизма и маховика, а также на преодоление сил трения в зацеплении и опорах зубчатых передач;

на разгон маховика до номинальной частоты вращения и проскальзывания ремней в клиноременной передаче; на перемещение деталей вспомогательных механизмов пресса и преодоление сил тяжести .

Работа холостого хода того или иного механизма при повороте ведущего кривошипа на угол, равный a1 – a 2, определяется по соотношению a1 тM d ai, AXX = кi a2 где M кi — текущий приведенный крутящий момент на ведущем звене механизма .

Потери энергии при холостом ходе, как показывают исследования, зависят от качества обработки сопряженных поверхностей подвижных деталей, опор и направляющих, натяжения ремней, регулировки тормоза и других причин. Кроме того, эти потери зависят от степени использования машины во времени и от степени использования величины самого хода машины, то есть от величины собственно рабочего хода, в процессе которого происходит деформация обрабатываемого металла .

Работа AXX холостого хода или расход энергии при холостом ходе характеризуют качество изготовления машины. Для каждого типоразмера машины существует своя нормативная работа холостого хода, отвеЭнергетика кривошипных машин чающая удовлетворительному качеству ее изготовления. При приемке машин проверяют качество изготовления машины, замеряя число ходов ползуна при выбеге маховика, то есть при холостой работе машины, когда отключен электродвигатель после предварительного разгона маховика, и сравнивая нормативное число с полученным при выбеге .

Приближенно работу холостого хода AXX определяют в долях от работы пластического деформирования AД, расходуемой в процессе формоизменения, AXX = kAД, где k = 0,3...0, 4 для универсальных листоштамповочных и обрезных закрытых прессов, k = 0, 4...0,5 для кривошипных горячештамповочных прессов, k = 0, 6 для чеканочных прессов и k = 1,5...2,5 для холодновысадочных прессов-автоматов .

5.3.4. Энергия упругой деформации пресса При упругом деформировании пресса увеличивается и угол поворота коленчатого вала, который необходим для перемещения ползуна до достижения максимального усилия, что увеличивает потери на трение. Как в дальнейшем будет использована запасенная упругой системой потенциальная энергия, зависит от соотношения коэффиdP циента жесткости пресса С и абсолютной величины производной dS на спадающей ветви графика рабочих нагрузок .

В связи с тем что максимум усилия при разных штамповочных операциях будет соответствовать разным положениям ползуна, при анализе потерь энергии, обусловленных упругой деформацией пресса, обычно разделяют графики рабочих нагрузок операций штамповки на три типа. К первому типу относят те графики, у которых максимум усилия не совпадает с концом хода ползуна; это почти все операции листовой штамповки за исключением гибки. Ко второму типу относятся все операции, у которых максимум усилия совпадает с положением ползуна в крайнем нижнем положении. Сюда относятся все операции объемной штамповки. Третий тип графиков нагрузок характерен резким спадом усилия до нуля при недоходе ползуна до крайнего нижнего положения. К этому типу операций относятся вырубка толстого листа и хрупких материалов, операции ломки проката и резки сортового проката .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

В прессах, у которых рабочий ход заканчивается, не доходя до крайнего положения ползуна, а график нагрузки после достижения максимума имеет более пологий вид, чем график жесткости, (например, при вытяжке из листовой заготовки или резке на гильотинных ножницах с косыми ножами), происходит полный возврат потенциальной энергии упругой деформации при разгрузке пресса AУ = 0,5PD max Dlmax, то есть фактический расход энергии на рабочий ход уменьшается на эту величину .

Если же на графике PD = f (S ) максимальной силе Pmax соответствует крайнее положение механизма (объемная штамповка, прессование, чеканка), то в начале обратного хода необходима дополнительная энергия. В этом случае вся потенциальная энергия упругой деформации пресса теряется в так называемой зоне «мертвого трения», определяемой углом a м .

Упругая система пресса играет роль некоторого аккумулятора энергии: при падении усилия сопротивления деформации упругая система отдает свою энергию, а при росте — потребляет. Потенциальная энергия упругой системы всегда расходуется полностью за технологический цикл. Для уменьшения потерь энергии в прессах, предназначенных для объемной штамповки, их жесткость задают выше, чем жесткость у прессов для листовой штамповки .

5.3.5. Коэффициенты полезного действия кривошипного пресса Энергетическим коэффициентом полезного действия ( К П Д ) лю б ой рабочей машины называется отношение полезно используемой работы Aполез к затраченной работе A Aполез .

h= A У кривошипных прессов полезно используемой работой является работа деформирования металла AД в конкретной технологической операции. Затраченная работа AЦ кривошипного пресса за один технологический цикл включает в себя полный расход энергии в приводе на штамповку одного изделия. Эта работа составляется из работы, затраченной на совершение рабочего хода, то есть работы, пошедшей непосредственно на деформирование AД, и работы AК, израсходованЭнергетика кривошипных машин

–  –  –

Условность этой величины состоит в том, что в качестве ведущего hрх звена в прессе в период рабочего хода необходимо принимать не вал электродвигателя, а кривошипный вал, то есть следует рассматривать кинетическую энергию маховых масс как работу движущих сил .

Значения КПД рабочего хода для кривошипных прессов обычных конструкций (нормальная упругая податливость, обычные условия трения в опорах m = 0,04…0,06) приведены ниже .

Универсальные прессы простого действия для листовой штамповки:

вырубка

вытяжка

Вытяжные прессы двойного действия для листовой штамповки

Кривошипные горячештамповочные прессы

Горизонтально-ковочные машины

Обрезные прессы

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

6. Мощность электродвигателя и момент инерции маховика Х арактерной особенностью кривошипных прессов является резко выраженная неравномерность рабочей нагрузки. Пик нагрузки во много превышает среднюю нагрузку за цикл. Вследствие этой неравномерности кривошипные прессы обязательно снабжаются маховиком. Часть энергии маховика отдается при рабочем ходе и вновь пополняется на оставшейся части цикла. В кривошипных прессах целесообразность привода с маховиком вытекает из анализа пяти периодов его работы: при включении муфты, при прямом холостом ходе, при рабочем ходе, при обратном холостом ходе и после выключения муфты. В результате имеет место выравнивание нагрузки на двигатель .

Большинство кривошипных прессов оборудовано маховиковым приводом с асинхронным трехфазным электродвигателем с короткозамкнутым ротором. Применение такого типа электродвигателя объясняется простотой их устройства, невысокой стоимостью, надежностью и безопасностью работы. В настоящее время освоен промышленный выпуск различных модификаций асинхронных двигателей: с фазным ротором, с повышенным скольжением, многоскоростные с переключением полюсов и др .

Определенными преимуществами обладает и привод от электродвигателя постоянного тока. Это — возможность бесступенчатого регулирования числа ходов ползуна и угловой скорости кривошипа в период рабочего хода и на холостом ходу, отсутствие необходимости в установке муфты включения и маховика. Значительно снижается стоимость такого привода при внедрении в качестве преобразователей тока германиевых и кремниевых диодов. Применение электродвигателей постоянного тока технически целесообразно в прессах с растянутым во времени рабочим ходом. Это прессы для горячего прессования профилей, ножницы с тянущим резом и т. п., листоштамповочные прессы-автоматы универсального назначения. Применение таких дви

<

6. Мощность электродвигателя и момент инерции маховика

гателей в этих случаях объясняется необходимостью соблюдения заданных режимов движения исполнительного органа, а для автоматов — необходимостью плавной регулировки числа ходов пресса в широких пределах .

В кривошипных прессах с маховиком и асинхронным двигателем активные составляющие энергетического баланса определяются мощностью приводного асинхронного двигателя и массой маховика. Во время рабочего хода энергия отдается электродвигателем, а в большей степени — маховиком. Маховик отдает часть своей кинетической энергии — снижает обороты на 10–20 % от первоначального значения .

В течение холостого хода производится «зарядка» маховика, то есть восполнение потерянного числа оборотов. Применение маховика позволяет в 6–10 раз снизить установочную мощность двигателя и уменьшить капитальные затраты на изготовление пресса .

Величина энергии, отдаваемая маховиком, зависит от снижения оборотов, а снижение оборотов ограничивается допустимым скольжением асинхронного двигателя, определяемым в соответствии с его механической характеристикой. Границей устойчивой части характеристики, при которой можно рационально эксплуатировать двигатель, является критическое скольжение и соответствующий этому скольжению критический момент. Эти два параметра, наряду с номинальным моментом и скольжением, а также кратностью критического момента l э, определяют вид механической характеристики и нагрузочную способность асинхронного двигателя .

В точных расчетах особое внимание уделяется выбору оптимального соотношения между мощностью электродвигателя и моментом инерции маховых масс. Однако выдержать на практике данные такого расчета обычно не удается по конструктивным соображениям, которые сводятся к следующему: предельная скорость маховика ограничена; размеры маховика должны соответствовать размерам пресса;

маховик выполняют обычно совмещенным с муфтой .

При выборе мощности электродвигателя и момента инерции маховика принимается обязательное условие — устойчивость работы привода, допустимость определенного нагрева двигателя при заданном скольжении, минимум затрат на установку и наименьший расход энергии, наибольшая производительность, обеспечиваемая полным использованием всех параметров, заложенных в технической характеристике пресса .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

В силу переменного характера нагрузки расчет потребной мощности электродвигателя производится по методу эквивалентных величин (тока, мощности и момента) исходя из определения среднеквадратичной искомой величины за цикл. Для упрощения метода расчета мощность двигателя определяется как средняя за цикл, а разность между средним арифметическим значением мощности и средней квадратической ее величиной компенсируется коэффициентом запаса 1,2–1,6 .

Этим же до некоторой степени компенсируется повышенный нагрев двигателя при больших нагрузках, когда ток в роторе возрастает уже непропорционально действующему моменту .

На практике широко применяют упрощенные расчеты, содержащие в основе следующий алгоритм .

• По затрачиваемой за один технологический цикл активной работе включения муфты, рабочего и холостых ходов рассчитывают среднюю мощность, отнесенную ко времени цикла. Номинальную мощность электродвигателя принимают как сумму мощностей активного и холостого ходов;

• момент инерции маховых масс и собственно маховика определяют по заданной работе, а допустимую неравномерность вращения — на основе производственного опыта или расчетным путем с учетом коэффициентов, полученных экспериментальным путем .

Исходными данными являются затраты энергии при рабочем ходе Aрх, при холостом ходе Ахх, при включении муфты AВ, заданное число ходов пресса в минуту nпр, число оборотов маховика в минуту nмх, коэффициент использования номинального числа ходов pи, номинальное число оборотов двигателя в минуту n0 .

Последовательность расчета следующая .

1. Определяется время цикла .

tц = nпр pи

2. Номинальная мощность электродвигателя определяется суммарной мощностью активного N рх и холостого N хх ходов полного цикла N ном = кN рx + N xx, где k — коэффициент запаса .

–  –  –

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Выбранное значение проверяется из условий допустимого нагрева двигателя по формуле d = 2ek (S ном + S рем ), где — коэффициент, зависящий от соотношения между номинальным и критическим скольжением электродвигателя (усредненные значения приведены в табл. 3); k — коэффициент запаса мощности;

S ном — номинальное скольжение двигателя; S рем – величина упругого скольжение клиноременной передачи при номинальной нагрузке (в среднем S рем = 0, 01 ), при зубчатом приводе S рем = 0 .

Формула (7) выведена из допущения о мгновенном действии деформирующей силы в начале технологического цикла. В действительности реальная нагрузка не является мгновенной, а растянута во времени, и торможение маховика происходит при повороте кривошипа на угол a р. С учетом этого момент инерции маховика приведенный к валу кривошипа определяется по формуле

–  –  –

Энергию отдает не только маховик, но и другие вращающиеся детали пресса. Поэтому вычисленный по формулам (9) или (10) момент инерции J мах маховых масс должен быть равен сумме приведенных к валу маховика моментов инерции наиболее крупных деталей пресса

–  –  –

ui2 где J i — момент инерции i -й детали; ui — передаточное число от вала, на котором закреплена i -я деталь к валу маховика, причем для расположенных перед маховиком деталей ui 1, а за маховиком ui 1 .

Приближенно можно считать, что для кривошипных горячештамповочных прессов момент инерции собственно маховика составляет 70–75 % инерции вращающихся масс привода, для тяжелых листоштамповочных прессов и горизонтально-ковочных машин — 85–90 % .

У легких листоштамповочных прессов и пресс-автоматов практически вся маховая масса сосредоточена в маховике .

Рассчитанную мощность двигателя проверяют по условиям разгона маховика с заданным моментом инерции (проверка на допустимое время разгона маховика при первоначальном пуске электродвигателя) .

С этой целью используют таблицы [1] и сравнивают момент инерции или маховой момент системы привода, приведенный к валу электродвигателя, с предельными, допускаемыми по условиям нагрева при пуске. В случае, если полученная по расчету величина махового момента превышает допустимую, следует перейти на большую мощность двигателя с коэффициентом запаса по средней мощности за цикл до 1,6 .

При больших значениях работы холостого хода Aхх необходимо проверить время разгона .

Фактическое время разгона 1, 2J мах nмах Ј йt разг щ, tр = 100000N ном.факт л ы где nмах — максимальная частота вращения электродвигателя, об/мин;

N ном.факт — номинальная мощность электродвигателя привода, кВт. Величина t р не должна превышать 8–10 с для асинхронных короткозамкнутых электродвигателей нормальной серии и 15–18 с для двигателей с повышенным скольжением. Затянувшийся разгон может привести к перегреву электродвигателя и выходу его из строя. Для уменьше

<

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

ния времени разгона необходимо увеличить мощность двигателя либо уменьшить момент инерции маховика .

Повышение частоты вращения маховика ограничено окружной скоростью pDоб nмах, vмах = где Dоб — внешний диаметр обода маховика, мм. Для стальных маховиков предельная скорость vмах Ј 40 м/с, для чугунных маховиков — vмах Ј 25 м/с .

Иногда полученное значение момента инерции маховика не может быть конструктивно воплощено, так как размеры маховика наряду с требуемой величиной момента инерции определяются в соответствии с принятым передаточным отношением клиноременной передачи от двигателя к маховику, размерами муфты, встраиваемой в маховик, числом ремней передачи. Для выяснения этого факта необходимо вычертить предполагаемый по конструктивным соображениям профиль маховика, изменяя внутренний диаметр и ширину обода при требуемых маховых массах. Наружный диаметр задается путем кинематического расчета, при этом окружная скорость на ободе маховика не должна превышать 25 м/с. Из условия обеспечения нормальной работоспособности муфты, встраиваемой в маховик, число оборотов маховика не должно превышать 400–450 в минуту .

При проектировании прессов энергетический расчет проводят в два этапа. Сначала определяют работу на участках рабочего и холостого хода, рассчитывают мощность электродвигателя и момент инерции маховика на базе ориентировочного расчета. Затем в ходе проектирования определяют размеры деталей привода и муфты. Знание этих величин позволяет определить работу на включение муфты и моменты инерции всех деталей привода, включая коленчатый вал .

На втором этапе определяют все затраты энергии, мощность двигателя и требуемый маховой момент привода. Маховой момент маховика должен быть равен разности рассчитанного махового момента и махового момента всех деталей .

Пример 1. Рассчитать мощность электродвигателя и момент инерции маховика для горячештамповочного пресса с номинальным усилием 14 234,3 кН .

<

–  –  –

7. Приближенное определение силовых параметров кривошипных машин

7. Приближенное определение силовых параметров кривошипных машин

–  –  –

меняют специальные элементы конструкции — предохранители. Поэтому диаграмма сил PD, требующихся для выполнения технологической операции, должна располагаться ниже графика допустимых деформирующих сил пресса PD (a ) .

При встрече с заготовкой во время рабочего хода S D, ведущая и ведомые звенья замедляют движение до значения конечной угловой скорости w1 » (1 - e н ) w0. Эта скорость обусловлена номинальным скольжением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (с нормальным e н = 0, 08 0,12 или повышенным скольжением e н = 0,15 0, 2 ). Соответствующая часть накопленной кинетической энергии маховика и других звеньев называется эффективной энер гией пресса .

( ) Е w2 - w1. (14) Eф = и расходуется на работу деформирования AД для выполнения технической операции с силой PD на перемещение S D .

Величина энергии (работы) деформирования, которую может затратить пресс, меньше эффективной энергии по зависимости (14) изза потерь на трение и упругую деформацию станины и других элементов конструкции пресса. Эти потери можно оценить при помощи коэффициента полезного действия рабочего хода hд » 0,35 0,5 [13] AД = hд E эф .

7. Приближенное определение силовых параметров кривошипных машин

В свою очередь, величина эффективной энергии, которую должен восполнить электродвигатель перед началом каждого следующего цикла, зависит от номинального скольжения асинхронного двигателя. Для электродвигателя с повышенным скольжением e н = 20 %, отсюда w1 = 0,8w0 и из выражения (14) следует ( ) E э.р = 1 - 0,82 E эф = 0,36E эф .

Только около 36 % эффективной энергии пресса, запасенной маховиком, можно использовать во время рабочего хода. Обычно скольжение e н электродвигателя составляет 0,08–0,12 и используемая энергия меньше .

С учетом КПД рабочего хода hд » 0,5 располагаемая прессом энергия (работа деформирования) во время рабочего хода будет

–  –  –

П о л з у н — деталь пресса, к которой крепится инструментштамп, осуществляющий деформирование заготовки. Усилие деформирование в процессе штамповки передается непосредственно на ползун. В силу этого хорошая работа кривошипной кузнечно-штамповочной машины во многом зависит от правильной конструкции ползуна, его направляющих и конструкции узла, в котором крепится инструмент к ползуну. Ползуны кривошипных машин по конструктивному оформлению можно разделить на три группы: сплошные призматические и коробчатые (ползуны листоштамповочных прессов); ползуны с дополнительными направляющими (ползуны прессов и автоматов для горячей и объемной холодной штамповки), ползуны в виде пластин (ползуны ножниц и листогибочных прессов). Большое разнообразие конструкций ползунов обусловлено различными размерами штампов, которые к ним крепятся .

В зависимости от размеров или числа штампов ползун приводится в движение одним, двумя или четырьмя шатунами. Двухшатунная и четырехшатунная подвески применяются для устойчивости движения длинных по фронту и узких ползунов, например, в гильотинных ножницах, листогибочных прессах и т. п .

Усилие, воспринимаемое ползуном в процессе деформирования, передается или непосредственно на лобовую поверхность малой головки шатуна, или через палец, соединяющий малую голов

–  –  –

На рабочей плоскости ползуна закрепляют болтами и двумя направляющими штифтами сменную стальную плиту с закаленной поверхностью, обращенной вниз для меньшего износа от смятия в нее верхнего штампа .

В ползуне у горячештамповочных прессов обычно встроен привод верхнего выталкивателя. Конструкция его может быть разной, но принцип действия одинаков. При обратном ходе шатун нажимает выступом на рычаг, который действует на выталкиватель, и передвигает его вниз .

Ползун во время рабочего процесса движется в направляющих .

От точности направления движения ползуна в них зависит точность деталей, получаемых штамповкой, а также износ и долговечность инструмента, особенно предназначенного для разделительных операций .

Необходимо обеспечить устойчивое положение ползуна в направляющих, то есть исключить возможный перекос в направляющих. Для повышения точности штамповки и более устойчивого перемещения ползуна в направляющих стремятся максимально увеличить длину на

<

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

правляющих ползуна. Ползуны горячештамповочных прессов и горизонтально-ковочных машин имеют так называемый хобот, выполненный заодно с ползуном. Хобот проходит или с задней стороны пресса, за коренным валом, или спереди, с фронтальной стороны. На хоботе для обеспечения более устойчивого перемещения ползуна имеются дополнительные направляющие салазки .

Удовлетворительную работу ползуна определяет отношение длины направляющих ползуна к их ширине. В общем случае перекос торцевой плоскости направляющих, а вместе с ней рабочей плоскости ползуна, мм, составляет h = dB Lн, где d — суммарный зазор в направляющих, мм; B — расстояние между направляющими плоскостями, мм; Lн – длина направляющих, мм .

B Величина называется коэффициентом характеристики направляLн ющих .

Lн При тех же зазорах в направляющих оптимальная величина знаB чительно улучшает условия работы ползуна. У однокривошипных прессов это отношение составляет 1,4–2,5, у двухкривошипных — 0,4– 0,5, у горизонтально-ковочных машин — 5,5–6 в горизонтальной плоскости и 25–30 в вертикальной плоскости, у холодновысадочных автоматов — более 2,5 в горизонтальной плоскости и более 10 в вертикальной плоскости .

Точность направления ползуна во многом зависит не только от длины направляющих, но и от качества их изготовления .

Расчет ползунов состоит из расчета направляющих и расчета самих ползунов. При расчете направляющих для упрощения обычно принимают, что ползун является абсолютно жестким телом .

В качестве критерия для суждения о достоинствах направляющих того или иного ползуна служит величина максимального удельного давления на направляющие. Это максимальное удельное давление pмах представляет сумму удельного давления pн от поперечной силы N и удельного давления pн от момента M и, действующего на направляющую, 6M N pмах = pн + pм, pн =, pм = 2 и, Lн Ч a Lн Ч a

8. Основные детали кривошипных машин. Расчеты на прочность

где N — горизонтальная поперечная сила, действующая на направляющую; M и — момент, приложенный со стороны ползуна в центре тяжести направляющих; Lн — длина направляющих; a — ширина направляющих .

Максимальная величина удельного давления определяется по соотношению pмах Ј [ p ]. (15) Допускаемое удельное давление для бронзы [ p ] = 3,5 МПа, для чугуна и текстолита [ p ] = 2 МПа, для стали (термообработанные направляющие) [ p ] = 4 МПа. Зависимость (15) может быть представлена в виде pм й pм щ, n кnъ лы B где n = .

Lн йp щ Для бронзы к м ъ = 0,4 МПа (без дополнительных направляющих) лnы йp щ и к м ъ = 1,5 (с дополнительными направляющими) .

лnы Для направляющих планок однокривошипных прессов применяют следующие материалы: антифрикционные чугуны марок АСЧ-1, АСЧ-2 с HB 190–229, высокопрочные чугуны марок ВЧ 45–5 с HB 170– 207 и чугуны СЧ 20, СЧ 25, бронзы БрАПЖ6 Н6, Бр05Ц5 С5, а также капрон и текстолит в зависимости от действующих удельных усилий .

Для быстроходных прессов (при числе ходов более 200 в минуту) применяют латунные планки .

Шероховатость поверхностей трения направляющих Ra Ј1, 25 .

Ползуны рассчитывают на прочность по правилам сопротивления материалов. Расчет однокривошипных прессов на прочность проводят на номинальное усилие PD, поскольку, хотя в быстроходных кривошипных прессах ползун испытывает при соприкосновении с заготовкой удар, усилие не превышает PD. Для призматических ползунов без дополнительных направляющих проверяют сжимающие напряжения в опасном сечении ползуна под шатуном площадью FI - I Уравновешиватели применяются для предотвращения опускания ползуна в случае неисправности тормоза, более плавной работы привода и снижения затрат на холостой ход ползуна. Наличие уравновешивателя обеспечивает постоянную выборку зазоров в одну сторону, что приводит к более равномерному ходу. В случае отсутствия уравновешивающего устройства зазоры будут выбираться с ударом. Уравновешивающее устройство поддерживает систему этих деталей в таком состоянии, что зазоры между ними с рабочей стороны все время оказываются выбранными. Вес подвижных частей пресса (ползун и шатун) составляет примерно 0,45–0,55 % от номинального усилия пресса Р н. Уравновешивающее устройство снижает вредное действие инерционных сил подвижных частей пресса .

Уравновешивающее устройство в большинстве случаев пневматическое. Пружинные уравновешиватели применяют редко. К поршню пневматического цилиндра уравновешивателя подвешивают на штоке ползун за хвостовую часть или за специальные приливы с тыльной стороны ползуна (см. рис. 11 на с. 59). Поршень обычно плунжерного типа. Воздух под поршень поступает из резервуара (ресивера), объем которого примерно в 4–5 раз больше объема вытесняемого из цилиндра уравновешивающего устройства. При опускании подвижных частей пресса давление воздуха поднимается к концу хода (вследствие его сжатия в ресивере) примерно на 20 %. Недостаточное давление в цилиндрах уравновешивания ведет к ударам в зубчатых передачах .

Избыток или недостаток давления вызывает перегрузку двигателя .

В связи с этим пневматическая сеть, питающая цилиндры уравновешивания, должна предусматривать контроль давления в них. Давление необходимо изменять в зависимости от массы штампов и числа ходов пресса .

Во всех универсальных прессах уравновешиватели следует устанавливать начиная с усилия 160 кН. В быстроходных прессах с числом ходов в минуту 150 необходимо применять уравновешиватели и при меньших номинальных усилиях .

Рис. 12. Расчетная схема шатуна без регулировки (а) и с регулировкой (б) Результирующее напряжение в сечении s рез = s сж + s и Ј [ s ] .

Для чугунных шатунов (СЧ 24–44) универсальных прессов [s] Ј 70 МПа и холодновысадочных автоматов [s] Ј 50 МПа; для стальных шатунов [s ] Ј 150 МПа; для стального винта (сталь марки 45) [s] Ј 250 МПа .

Шатуны прессов, производящих вырубные и пробивные операции, дополнительно рассчитывают на выносливость. Шатуны при этих операциях подвергаются сжатию, а после скола металла — растяжению .

Для приближенных расчетов на основании экспериментальных исследований принимают s р = 0, 2s сж .

Среднее напряжение цикла

–  –  –

ствует, длина шатуна не меняется, изменяется лишь положение точки подвеса ползуна .

Можно регулировать закрытую высоту, поднимая или опуская стол с помощью винтового механизма (устаревшая конструкция). В настоящее время наибольшее применение нашли клиновые механизмы, обеспечивающие достаточную жесткость; в зарубежных конструкциях применяется также эксцентриковая втулка, установленная в месте соединения шатуна с ползуном .

8.2. Главные валы

Коленчатый вал или главный вал кузнечно-штамповочной машины — основная и наиболее ответственная деталь кривошипно-шатунного и кривошипно-коленного механизма. В качестве главного вала используют кривошипные, коленчатые, эксцентриковые валы, а также шестерне-эксцентриковый привод. Таким образом, главные валы могут выполняться в виде коленчатых валов или в виде обычных ступенчатых осей и валов шестерне-эксцентрикового привода. В последнем случае используется одна или две неподвижных оси, закрепленных в головке (траверсе) пресса. На этих осях вращаются эксцентрики, сблокированные с зубчатыми колесами .

Коленчатые валы выполняют обычно с шатунной шейкой, заключенной между щек колена, а также в виде эксцентриковых валов, у которых шатунная шейка представляет утолщение. Кроме того, могут быть кривошипные валы, у которых шатунная шейка получается проточкой вала, диаметр которого равен диаметру опорной шейки. Опоры этих валов, применяемых в одностоечных прессах, располагаются по одну сторону от шатуна .

Конструктивное оформление главного вала показано на рис. 13 .

Основные размеры главных валов должны соответствовать данным, приведенным в табл. 5 .

Кривошипный вал обычно применяют для одностоечных конструкций прессов. Он сложен в изготовлении, дорог и имеет недостаточную жесткость. Эксцентриковый вал обеспечивает возможность регулировки величины хода ползуна, вместе с тем он также сложен в изготовлении. В большинстве типов кривошипных прессов в настоящее время

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

применяется шестерне-эксцентриковый привод по причине простоты изготовления, повышенной жесткости и возможности регулирования величины хода ползуна. Недостатками такого типа привода являются повышенные потери на трение и большой расход бронзы .

–  –  –

Несущая способность главного вала зависит от положения угла поворота ведущего кривошипа. Главный вал при угле поворота кривошипа a = 0 0 спытывает лишь напряжения от изгиба, которые вызваны силой, приложенной к ползуну. С увеличением угла, к напряжениям от изгиба добавляются напряжения от кручения. Максимальные напряжения в сечениях главного вала будут действовать при угле поворота a = 900. Однако максимальные нагрузки, которые действуют на ползун при выполнении технологической операции, возникают при углах поворота ведущего кривошипа, значительно меньших 90 0 В связи с этим рассчитывать главный вал по суммарным максимальным напряжениям изгиба и кручения нецелесообразно. Это приводит к значительным и неоправданным увеличениям его массы и габаритов .

Существующие методики расчета прочности главного вала предусматривают на основании основных размеров главных валов и материала, из которого они изготовлены, выполнять расчет допускаемых усилий PD PDползуне пресса, исходя из прочности вала под действием в изгибающих и крутящих моментов и поперечной силы. Расчет проводят в зависимости от угла поворота a ведущего кривошипа и хода ползуна пресса S. Полученная зависимость PD от S или a должна обеспечить необходимый номинальный недоход и номинальный угол a н, устанавливаемые для данного типа оборудования соответствующими ГОСТами .

При определении основных размеров главных валов руководствуются данными, приведенными в табл. 5. Полученные размеры необходимо округлить до ближайших из ряда предпочтительных чисел .

Что касается материала, из которого изготавливают валы, для универсальных кривошипных машин применяют нормализованную сталь марки 45, а для эксцентриковых валов ответственных машин используют улучшенную сталь марки 40ХН .

По приведенным выше формулам определяют относительный крутящий момент mк и строят графики относительно крутящего момента и перемещений в зависимости от угла поворота кривошипа a .

Проверочный расчет параметров главного вала проводится по отраслевой нормали ЦБКМ «Типовой расчет главных валов». Главный вал рассматривается как балка на упругих основаниях с учетом концентрации напряжений, чистоты обработки поверхностей вала, абсолютных размеров, условий работы в подшипниках, допускаемых

–  –  –

напряжений, условий работы и циклического характера нагружения .

Уравнения решены относительно допускаемого усилия PD на ползуне .

В каждое уравнение входит относительное плечо силы mк .

Общая формула имеет вид 0,1d0 s -1и

–  –  –

Рис. 14. Главный вал с односторонним зубчатым приводом:

а — одноколенчатый; б — эксцентрикового типа Если в главном приводе машины имеются зубчатые передачи, то по аналогичной методике рассчитывают параметры последней тихоходной пары. По опытно-статистическим данным выбирают конструктивные размеры и материалы зубчатого колеса. Прочностные расчеты проводят исходя из допустимой пластической деформации зубьев, усталостной прочности зубьев колес на изгиб и для закрытых передач путем учета выносливости поверхности зубьев. Выбирают наименьшее значение крутящего момента M к, полученное из расчетов Станина кривошипного пресса представляет собой корпусной элемент, в котором монтируют все узлы и детали пресса. Наряду с этим станина служит замыкающим звеном, через которое передается усилие штамповки. Размеры станин определяются в соответствии со штамповым пространством, креплением в станине главного и приемного валов, необходимостью расположения технологического инструмента и средств автоматизации .

Различают станины открытого типа, которые применяются в открытых прессах, станины закрытого типа, которые применяются в закрытых прессах, и станины горизонтально-ковочных машин .

Станины открытого типа, как правило, представляют монолитную конструкцию. Они могут быть одностоечными, двухстоечными ненаклоняемыми, двухстоечными наклоняемыми и одностоечными с передвижным столом .

Одностоечными станинами являются станины, которые в сечении не имеют отверстия и имеют одну стойку. Эти станины представляют собой литую массивную скобу коробчатого сечения. Основное отличие конструкции такой станины в том, что сечение ее замкнутое, и поскольку станины открытых прессов подвергаются внецентреннему растяжению, жесткость такой конструкции значительно выше, особенно при эксцентричных нагрузках .

Двухстоечные станины имеют отверстие и две стойки в сечении .

Как правило, стойки, стол, направляющие и опорные подшипники

8. Основные детали кривошипных машин. Расчеты на прочность коленчатого вала выполняются как одна деталь. В двухстоечных станинах размещение коленчатого вала на двух подшипниках снижает величину напряжений при его нагружении по сравнению с консольным расположением кривошипа. Это существенное преимущество станин с двумя стойками перед с одностоечными станинами. В наклоняемых двухстоечных станинах, для удобства удаления штампованных деталей, станина смонтирована не непосредственно на фундаменте, а на стойках. В стойках предусмотрен механизм наклона станины на угол около 30 0, при наклоне отштампованные детали, расположенные на столе, легко скатываются в тару. Для уменьшения деформации станины под нагрузкой, стяжные болты ставят, как правило, без предварительного натяга .

По технологическому принципу станины делятся на литые и сварные. Станины открытых прессов, изготовляемых крупными сериями, выполняют литыми из серого чугуна марки СЧ 24–44 или СЧ 28–48. Допускаемые напряжения в растягивающих волокнах должны быть не более 10–15 МПа. Сварные конструкции экономически выгодны при сравнительно малой серии выпуска прессов. Если малы серии выпуска прессов, особенно прессов больших усилий (3000– 4000 кН), то их станины изготавливают сварными из стальных листов (сталь марки Ст3). Преимуществом сварных станин является их высокая жесткость, что дает возможность существенно облегчить пресс в целом .

Одностоечные станины применяют в прессах усилием до 4 МН для более точных работ в тех случаях, когда требуется более высокая жесткость пресса. Эти же станины наиболее используются для прессов, предназначенных для обработки крупногабаритных деталей. При этом употребляется вставной рог или откидной регулируемый по высоте стол. Существуют конструкции прессов с одностоечной станиной, развивающих усилие до 13 МН .

Станины двухстоечные наклоняемые более удобны и универсальны, их применяют на прессах усилием до 1,5 МН. Ненаклоняемые двухстоечные станины применяют на прессах с большим усилием — до 3,5 МН .

Станины закрытых прессов могут быть цельными и разъемными со стяжными болтами. Конструкция их зависит от количества точек подвеса ползуна (однокривошипный, двухкривошипный или четырехкривошипный пресс), от привода коленчатого вала и расположения

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

привода (верхнее или нижнее). Обычно станины с нижним приводом используют в основном для листоштамповочных прессов с большим номинальным усилием и для быстроходных листоштамповочных автоматов .

Обособленную группу представляют станины горизонтально-ковочных машин. Эти машины сочетают в себе элементы горизонтального закрытого пресса в направлении главного высадочного ползуна и открытого пресса плоскости движения зажимного ползуна .

Цельные станины закрытых прессов в основном делают цельносварными. Применение сварки позволяет получать при меньшей массе большую жесткость конструкций по сравнению с литыми чугунными конструкциями. Производственный цикл изготовления сварных станин меньше цикла изготовления литых станин; в сварные конструкции проще вносить необходимые изменения. Сварные элементы станин выполняют из толстолистового проката марки Ст3 толщиной 10–140 мм. При использовании стальных листов толщиной более 50 мм рационально применять элекрошлаковую сварку. Цельносварные конструкции станин широко используют при производстве прессов как небольших, с номинальным усилием Pн = 400 кН, так и крупных машин, с Pн = 16…20 МН .

Для прессов с большими габаритами станины выполняют составными либо из трех частей — верхней траверсы, стоек (сварно-литой конструкции) и стола (литого), либо из четырех частей — верхней траверсы, правой и левой стоек и стола. Со стойками сварно-литой конструкции изготовляют мощные горячештамповочные прессы с отдельно выполненными стойками — большинство листоштамповочных прессов закрытого типа .

Детали разъемных станин соединяют в целое специальными болтами (шпильками), изготовленными из нормализованной стали марки

45. Сила натяжения должна превышать номинальное усилие пресса с тем, чтобы не допустить раскрытия зазоров между верхней траверсой, стойками и столом. Для центровки соединяемых болтами деталей в стыках прокладывают цилиндрические шпонки вдоль и поперек фронта пресса .

Станины открытых прессов подвергаются внецентреннему растяжению (рис. 15), что может привести к перекосу направляющих ползуна по отношению к столу .

–  –  –

Цельные станины закрытого типа рассчитывают так же, как брус или раму. Предварительный расчет станины любого типа проводят как расчет целого бруса. Расчет станины как бруса производят по правилам сопротивления материалов от номинальной нагрузки, приложенной с одной стороны к матричному блоку, а с другой — к оси коленчатого вала. Для опасных сечений находят угол поворота главных нейтральных осей, а затем и положение нейтральной оси. Определяют напряжения в опасных точках сечения как суммарные от изгиба в двух плоскостях и от растяжения. Для расчета деформации, станины разбивают брус по длине на участки примерно равной жесткости и общую деформацию находят как сумму деформаций отдельных участков .

При расчете станины как рамы выполняют эскиз станины в двух проекциях: вид спереди станин вертикальных прессов и боковой вид .

На эскиз наносят нагрузки, действующие на станину. Усилиями, действующими на направляющие, от нагрузок со стороны ползуна пренебрегают. Затем вычерчивают схему рамы .

Линии стержней рамы проводят через центры тяжести сечений боковых стоек и торцевых стенок. Для определения положения этих центров тяжести выбирают наиболее характерные поперечные сечения, вычерчивают эскизы этих сечений, находят положения центов тяже

<

8. Основные детали кривошипных машин. Расчеты на прочность

сти и моменты инерции сечений относительно вертикальных осей, проходящих через центры тяжести сечений .

После вычерчивания осуществляют расчет моментов, перемещений и напряжений методом сил или методом деформаций. В настоящее время для наиболее часто применяемых типов рам вычислены значения моментов в характерных для них точках [13, 5, 16] .

Расчет разъемных станин сводится к расчету стяжных шпилек и проверке напряжений затяжки в стойках. При этом задаются числом стяжных шпилек. Обычно принимают четыре стяжные шпильки. Определяют диаметр стяжной шпильки в проточке в зависимости от номинального усилия пресса Pн, кН, d = 0, 21 Pн .

Для двухкривошипных и четырехкривошипных прессов и листоштамповочных автоматов d = 0, 24 Pн, для чеканочных прессов d = 0,19 Pн .

Выбирают усилие затяжки Pз = j з Pн .

Значения коэффициента jз в зависимости от типа пресса:

Чеканочные кривошипно-коленные

Вытяжные всех типов

Листоштамповочные однокривошипные и горячештамповочные........ 1,30 Листоштамповочны двухкривошипные и многопозиционные......... 1,40 Далее составляют эскиз станины и определяют напряжение затяжки в стойках Pз .

s ст = 2Fст.min Для определения угла поворота гайки при затяжке находят деформации болтов и станины .

Для затяжки стяжных шпилек завертывают гайки до отказа, делают риски на каждой гайке и станине, на станине отмечают меткой угол 3, на который необходимо повернуть гайку, затем болты нагревают и повертывают гайки на необходимый угол. После остывания болтов станина оказывается стянутой с необходимым усилием затяжки .

Расчет станин прессов представляет сложную задачу. Станины — это пространственные тела. В настоящее время нет точных решений

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

теории упругости для таких тел. В связи с этим применяют при расчете приближенные методы, в том числе метод сеток, вариационные методы, методы конечных элементов и др .

–  –  –

Вспомогательные силовые цилиндры, которые встраиваются в стол или в ползун пресса и используются для осуществления выталкивания изделий из нижней части штампа, для обеспечения прижима фланца вытягиваемой детали, а также для выполнения других технологических операций, не требующих создания большого усилия, называются п о д у шк ам и .

Подушки существенно расширяют технологические возможности пресса. В настоящее время их устанавливают практически на всех прессах усилием свыше 1–1,6 МН. Подушки необходимы в крупных двух — и четырехкривошипных прессах простого и двойного действия .

В зависимости от используемого рабочего тела в цилиндре различают подушки пневматические, гидропневматические и гидравлические. Наибольшее распространение получили простые пневматические подушки. Такие подушки могут быть плунжерными и поршневыми, с подвижным поршнем и с подвижным цилиндром, одно-, двух- и трехпоршневыми .

Основные параметры подушки — создаваемое усилие и длина хода .

Обычно подушки имеют усилие 6–20 % номинального хода пресса, а длина хода составляет около половины хода ползуна. Увеличение усилия подушки обычно ограничено габаритами стола пресса. Это не позволяет значительно увеличить диаметр поршня. В этом случае подушки собирают последовательно из двух-трех секций .

В двух- и четырехкривошипных прессах, у которых длина стола значительно больше ширины, размещают несколько подушек, что дает возможность более равномерно передавать усилие на детали штампа и создавать при индивидуальной регулировке каждой подушки неравномерный зажим фланца, необходимый при вытяжке неосесимметричных деталей .

Расчет пневматических подушек производится следующим образом .

По заданному усилию и давлению воздуха (до 0,5 МПа) определяют

8. Основные детали кривошипных машин. Расчеты на прочность площадь поршня с учетом потерь на трение (10–12 %). Диаметр трубопровода выбирают исходя из того, что скорость воздуха, определяемая из условия неразрывности струи, не должна превышать 10–20 м/с .

Гидропневматические подушки используют в однокривошипных прессах простого действия. Наличие таких подушек превращает этот пресс в пресс двойного действия. Гидропневматические подушки применяют также в прессах двойного действия для вытяжки деталей сложной конфигурации. Такие подушки имеют достаточно компактную конструкцию и значительное усилие прижима фланца заготовки при вытяжке .

Усилие прижима гидропневматической подушки жF ц Р г.п. = рв F1 з * ч, иF ш где рв — давление воздуха в ресивере; F1 — площадь пневматического поршня клапана диаметром D1 ; F — площадь плунжера диаметром D ;

F * — площадь клапана диаметром D * .

Усилие выталкивания Р г.в. = рв F .

Диаметр трубопровода к ресиверу выбирают в зависимости от скорости перетекания масла, которая должна быть не более 6–10 м/с. Объем масла в ресивере должен быть в 4–5 раз больше маневрового объема масла в цилиндре, а объем воздуха — в 7–8 раз больше. При меньших объемах масла в ресивере оно сильно разогревается и вспенивается .

В приложении приведены примеры расчетов на прочность основных элементов кривошипного пресса .

П ривод кривошипно-шатунного механизма осуществляется от электродвигателя посредством клиноременной передачи и передач зубчатыми цилиндрическими колесами. В основном эти приводы выполняются одно-, двух- и трехступенчатыми с консольными зубчатыми колесами (рис. 16) .

–  –  –

Число ступеней зависит от числа ходов в минуту ползуна пресса, которое определяется основными параметрами пресса, и от числа оборотов вала электродвигателя. Рекомендуется применять быстроходные двигатели с частотой вращения вала 1500 об/мин, поскольку они обладают меньшими габаритами. Для быстроходных прессов при числе ходов ползуна 150–200 передаточное число i = 7,5…10, то есть возможно применение одноступенчатой передачи. Однако при большом передаточном числе КПД клиноременной передачи низок и мала ее долговечность .

В двух- и четырехкривошипных прессах применяют междуопорное расположение колес для создания компактной конструкции привода (рис. 17). Применяют и смешанное расположение колес, когда часть пар колес выполнена консольной .

Рис. 17. Междуопорный шестерне-эксцентриковый привод:

а — трехступенчатый; б — четырехступенчатый: 1 — быстроходная передача;

2 — тихоходная передача; 3 — ось; 4 — эксцентрик Привод коленчатого вала может быть односторонним и двухсторонним. Последний применяется для более равномерной загрузки концов коленчатого вала крутящими моментами .

Наряду с открытыми передачами применяют и закрытые передачи, работающие в масляной ванне, что обеспечивает большую долговечность и компактность передачи .

Тихоходные зубчатые передачи при окружных скоростях меньше 4 м/с выполняют в основном прямозубыми. При больших окружных

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

скоростях для уменьшения шума и габаритов передачи применяют шевронные зубчатые колеса с углом наклона 30 0. Быстроходные зубчатые пары обычно выполняют шевронными или косозубыми с углом наклона зубьев 20 0 .

Зубчатая передача является вторым элементом после главного вала, ограничивающим силу деформирования .

Зубчатые передачи работают с переменной нагрузкой, которая зависит от типа машины. Причины выхода из строя зубчатой передачи:

разрушение вследствие усталости (выкрашивание контактной поверхности зубьев), поломка зубьев, износ, заедание передачи .

В открытых передачах происходит интенсивный износ зубьев, особенно в горячих цехах, а также поломка зубьев из-за усталости. В закрытых передачах наблюдаются поломки зубьев и износ при попадании в масло абразивных частиц, а также вследствие неточности монтажа .

При прочностном расчете зубчатых передач определяют усилие на ползуне, допускаемое прочностью тихоходной передачи .

Выбирают наименьшее значение крутящего момента M к, полученное из расчетов в результате проверок, и определяют усилие на ползуне, допускаемое прочностью тихоходной передачи, для одностороннего привода по формуле nM к, (17) PD = mк где n = 1 для одностороннего привода и n = 2 для двустороннего;

M к — крутящий момент, допускаемый прочностью зубьев зубчатого колеса; mк — приведенное плечо крутящего момента при номинальном недоходе для кривошипных машин a н = 3...420 .

По опытно-статистическим данным выбирают конструктивные размеры и материалы зубчатого колеса. Прочностные расчеты проводят исходя из допустимой пластической деформации зубьев, усталостной прочности зубьев колес на изгиб и для закрытых передач предела выносливости поверхности зубьев .

Прежде чем приступить к расчету, следует внимательно рассмотреть узел, в который входит проверяемая зубчатая передача; установить, какие валы она связывает, где расположены муфта и тормоз; определить, к какому типу привода относится данная пара (открытому или закрытому). Далее устанавливается вид коррекции зубчатых колес. Это можно выполнить с помощью таблиц работы [12] .

9. Привод и детали привода

В формулу (17) для определения допустимого усилия подставляется наименьшее значение, полученное в результате расчета на допустимую пластическую деформацию зубьев (проверка 1), из расчета усталостной прочности зубьев колеса на изгиб (проверка 2) и расчета исходя из предела выносливости поверхности зубьев (проверка 3) .

Для зубьев открытых передач используют проверки 1 и 2, а для закрытых зубчатых передач — проверки 2 и 3 .

Проверка 1. Крутящий момент M кпл определяется исходя из допустимой пластической деформации зубьев ж [ s к ]мах ц z к mнbк

–  –  –

колес; z к — число зубьев колеса; mн — нормальный модуль зацепления; bк — ширина колеса; K п — коэффициент нагрузки при расчете по допускаемым пластическим деформациям поверхности зубьев, M K п = k1п k2 п k4. Здесь k1п — коэффициент перегрузки, k1п = кмах ;

M кном k2п — коэффициент концентрации нагрузки (при твердости зубчатых колес HB 350 для открытых передач k2 п = 1, для закрытых передач k2 п = 1,5 ; при HB і 350 и симметричном расположении колес относительно опор k2 п = 1,1, при несимметричном или консольном расположении колес k2 п = 1,3 ); k4 — коэффициент динамичности нагрузки (для прямозубых колес k4 = 1, 21,3 при скоростях менее 3 м/с и k4 = 1, 4...1,5 при скоростях более 3 м/с; для косозубых и шевронных колес k4 = 1 при окружных скоростях менее 3 м/с и при скоростях

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

более 3 м/с). i — передаточное число (i + 1 для наружного зацепления, i — 1 — для внутреннего зацепления) .

Проверка 2. Допустимый крутящий момент M ки, передаваемый колесом, определяется исходя из усталостной прочности зубьев колес на изгиб yк mн z к bк [ s -1и ] ke, (19) M ки = 0,34kи (1 + j* ) Фs [nи ] cos b где yк – коэффициент формы зуба колеса, определяемый, например, по табл. 24 [14]; mн — модуль заземления; zк — количество зубьев заземления; bк — ширина зуба, мм; [s 1и ] — предел выносливости материала колеса при симметричном цикле изгиба, определяемый по табл. 17 [14]; kµ — коэффициент, учитывающий степень перекрытия зубьев, kµ = 1,3 для прямозубых колес и для косозубых и шевронных колес; kи — коэффициент нагрузки при изгибе, kи = k1k2k3 и k4. Здесь k1 — коэффициент перегрузки, при расчете на усталость k1 = 1 ; k2 – коэффициент концентрации нагрузки; k3и — коэффициент эквивалентной нагрузки при изгибе, k3 и = 1 для автоматов; k4 — коэффициент динамичности нагрузки. j* — коэффициент, учитывающий нагружение передачи моментом, обратным по знаку рабочему моменту, передаваемому муфтой: j* = 0 для тихоходных передач с муфтой включения и тормозом, расположенным на коленчатом валу, j* = 0,5 для тихоходных передач прессов с муфтой и тормозом на приемном валу и промежуточных зубчатых передач (муфта включения и тормоз на приводном валу), j* = 0, 25 для быстроходной зубчатой передачи;

Фs — коэффициент, значения которого выбирают по табл. 25 [3]; [nи ] — коэффициент запаса прочности относительно предела выносливости при изгибе при нереверсивной нагрузке для модулей до 14 мм включительно: [nи ] = 2,1 для стального литья, [nи ] = 1,8 для стальных поковок, для модулей, превышающих 14 мм, [nи ] = 2,2 для стального литья и [nи ] = 2,0 для стальных поковок; [nи ] для чугуна в зависимости от модуля принимается следующим – Модуль, мм.......6....... 8....... 10.......12........14........ 18...... 20 [nи ]

для текстолита [nи ] = 1,5 при реверсивной нагрузке (для паразитных шестерен) вместо [nи ] принимается

9. Привод и детали привода [nи ]р = 1,5[nи ] .

Допустимый крутящий момент, передаваемый колесом, исходя из усталостной прочности зубьев шестерни на изгиб определяют по формуле (19), но значения y, b, [s 1и ], Фs и [nи ] подставляют для шестерни ( yш, bш и т. д.) .

Зубчатые передачи, коленчатые и приводные валы кривошипных кузнечно-штамповочных машин рассчитываются на выносливость, поскольку нагружение этих деталей носит переменный характер во времени. В универсальных прессах номинальное усилие действует на детали пресса лишь часть времени работы пресса. Для учета изменения нагрузки на ту ли иную деталь в расчет вводят так называемый коэффициент эквивалентной нагрузки k3и. Для расчета этого коэффициента принимают, что 10 % времени пресс работает с номинальным усилием Pн, 30 % времени — с усилием P = 0, 7Pн и 60 % времени — с усилием P = 0,5Pн .

Для универсальных прессов коэффициент эквивалентной нагрузки k3и при изгибе определяют в зависимости от числа нагружений по формуле k3 и = 9 nэ 107. (20) Число эквивалентных циклов нагружения nэ = 60N 0 nT0, i

–  –  –

Проверка 3. Допустимый крутящий момент M кк, передаваемый колесом, определяется исходя из предела выносливости поверхности зубьев (для закрытых зубчатых передач) по выражению где [s к ]мах – допускаемое нормальное контактное напряжение, выбираемое исходя из усталостной прочности поверхности зубьев; KК — коэффициент нагрузки при расчете на усталостную прочность поверхностей зубьев, K = k1k2k3к k4. Здесь k3к – коэффициент эквивалентной нагрузки, учитывающий переменность режима работы и расчетный срок службы колес; его определяют так же, как коэффициент k3и, с тем отличием, что при подсчете числа нагружений отношение моментов (сил) в соотношении (21) берут не в девятой, а в третьей степени, а значение коэффициента k3и получают путем извлечения кубического корня из числа нагружений ni [см.

формулу (20)]:

ni....... 40........ 60.......... 80.......... 100....... 120.........140........ 160......180 k3к...... 0,6....... 0,65....... 0,75....... 0,8........ 0,85........0,9......... 0,95....1,0

9.2. Выбор усилий на ползуне, допускаемых прочностью деталей пресса По результатам проведенных расчетов строят график усилий на ползуне, допускаемых прочностью деталей пресса .

По оси абсцисс графика наносят углы поворота кривошипа через каждые 10 0. По формулам, приведенным выше, строят график усилий PDкв на ползуне, допускаемых прочностью коленчатого вала. По формулам, полученным при расчете усилий PDз на ползуне, допускаемых прочностью зубчатой передачи, также строят график усилий, как это показано на рис. 18. Затем через значение усилия, соответствующего номинальному усилию пресса Pн, проводят горизонталь до пересечения с кривой. Заштрихованный контур и будет графиком усилий на ползуне, допускаемых прочностью деталей пресса .

Горизонтальный участок этого графика определяет необходимую прочность шатуна, ползуна и станины. График усилий по ползуну, допускаемых прочностью деталей пресса, обязательно помещается в паспорт пресса. Этот график должен перекрывать график наиболее тяжелой технологической операции, производимой на прессе. Верти

–  –  –

каль, проведенная через точку А, (рис. 18) отсекает от оси абсцисс так называемый номинальный угол поворота кривошипа a н. Рекомендации по выбору этого угла для различных прессов приведены в табл. 6 .

Рис. 18. График усилий на ползуне, допускаемых прочностью деталей пресса

–  –  –

Для универсальных прессов расчетным моментом (при расчете деталей на прочность) является номинальный крутящий момент M н, получаемый как произведение номинального усилия на относительный крутящий момент mк при номинальном недоходе. При этом допускаемый крутящий момент M к, полученный при расчете зубчатых колес, всегда должен быть больше номинального или равен ему M к і M н, так же как и момент, передаваемый муфтой, M м і M н .

Для специальных прессов и машин, которые работают в автоматическом цикле, за расчетный момент (при прочностном и энергетическом расчетах) принимают максимальный момент, полученный на графике крутящих моментов для наиболее тяжелой для данного пресса технологической операции с учетом трения и деформации машины. При этом должно быть выполнено условие M к і M max, M м і M max .

При многоступенчатом зубчатом приводе допустимый крутящий момент M к, рассчитанный по формулам (18), (19), (21) для пары рас

–  –  –

сматриваемой ступени, приводится к коленчатому валу и подставляется в выражение (17) M к = M прi h, где i – передаточное отношение между рассматриваемым и коленчатым валами; h — КПД передач между рассматриваемым и коленчатым валами .

–  –  –

Для соединения исполнительного механизма с приводом и передачи момента от него на коленчатый вал или, наоборот, для остановки кривошипно-шатунного механизма в заданном положении при работающем двигателе необходимы некоторые системы. Такую систему в системе привода всех прессов образуют ее основные элементы: муфта, тормоз и управление. Система, обеспечивающая включение и выключение взаимно сблокированных муфты и тормоза при помощи соответствующих органов управления, называется системой включения пресса. От работоспособности этой системы 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 p = 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 с .

Конструкция систем включения должна удовлетворять ряду требований:

• четкости и быстроте выполнения заданной последовательности включения и выключения муфты и тормоза в пределах времени одного цикла;

• абсолютной безотказности в работе, ибо ложные срабатывания того или иного элемента могут привести к тяжелым травмам обслуживающего персонала;

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

• возможности обеспечить работу пресса во всех режимах (одиночных, последовательных, толчковых и других ходов) и несложной переналадки при переходе с одного режима на другой;

• высокой долговечности деталей и высокой износостойкости .

9.3.1. Муфты Наиболее тяжелые условия работы падают на долю главного элемента системы муфты. В прессах применяют обычные для машиностроения конструкции сцепных муфт. Специфичность таких муфт определяется главным образом довольно большим передаваемым моментом (обычно в несколько сотен килоньютонов на метр, а в мощных прессах около тысячи килоньютонов на метр) и большим числом включений .

При этом разгон и остановка больших масс производятся в короткие промежутки времени, исчисляемые долями секунды. Эти обстоятельства обусловливают большие габариты деталей муфт и необходимость принятия специальных мер по обеспечению долговечности и износостойкости деталей муфт. Классификация типов муфт включения, применяемых в прессах, приведена на рис. 19 .

Рис. 19. Классификация муфт кривошипных прессов

–  –  –

ние муфты происходит практически мгновенно. Классификация муфт зависит от типа жесткого элемента, передающего момент .

Во фрикционных муфтах сцепление обеспечивается фрикционной связью. Фрикционные муфты классифицируются в зависимости от конструкции рабочих поверхностей, передающих момент трения, дисковых, конусных и цилиндрических элементов .

В муфтах скольжения в качестве передающего элемента служат жидкости (гидродинамические) или силы магнитного взаимодействия (электромагнитные муфты скольжения). Муфты скольжения работают только при разности угловых скоростей ведомой и ведущей частей .

В современных прессах из жестких муфт, указанных в классификации, используют в основном муфты с поворотной шпонкой (рис. 20), 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 только в мелких прессах-автоматах, где они имеют малое число включений, — лишь при наладке и остановке. Кулачковые муфты, оказавшиеся ненадежными, в современных прессах почти не применяют .

–  –  –

Основным связующим элементом является рабочая поворотная шпонка, уложенная в цилиндрическое гнездо вала. В средней части шпонки обточены лыски, притом так, что шпонка, уложенная в паз

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

вала, составляет как бы часть вала, полностью заполняя гнездо. Задний и передний цилиндрические концы поворотных шпонок находятся в соответствующих отверстиях. Для облегчения вращения шпонки в гнезде предусматривается ходовая посадка поворотных шпонок .

Ведущей частью привода является маховик или зубчатое колесо в маховике, запрессованное и заклиненное пневматической шпонкой, так называемая втулка включения, имеющая три или четыре цилиндрических паза диаметром, равным диаметру поворотной шпонки. Длина втулки включения на 2–4 мм меньше длины .

На передний конец поворотной шпонки воздействует пружина, которая стремится повернуть шпонку в рабочее положение и вставить в один из пазов втулки включения. Однако этому препятствует хвостовик соседней шпонки, который упирается в подпружиненный упор на станине. При отводе упора и вращении маховика с втулкой поворотная шпонка поворачивается на определенный угол (обычно 40– 50 0), входит в паз втулки включения, в результате муфта включается .

Муфта выключается после того, как вал совершит один или несколько полных оборотов. При этом хвостовик наталкивается на упор, 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 (в том числе игольчатых) .

Расчет муфты производят из усилия смятия поверхности лыски, передающей момент на коленчатый вал. Для проверки величины крутящего момента, передаваемого поворотной шпонкой, пользуются следующим полуэмпирическим соотношением M м = 200dш, где M м — момент, передаваемый муфтой, Н·м; dш — диаметр шпонки, см .

В практике эксплуатации прессов найдены такие размеры шпонок, которые обеспечивают условия надежной работы. Диаметр шпонки dш принимают равным примерно 0,4 диаметра вала. Длина рабочей части шпонки l = 3dш. Шпонки изготовляют из сталей марки 40ХН или 50ХН с HRС 50–55. Иногда применяют инструментальные стали марки У7 или У8. Втулку включения изготовляют из стали марки 45 с HRC 40–45 .

9. Привод и детали привода Недостатком всех жестких шпонок является кратковременность периода включения, вследствие чего динамические моменты могут превысить расчетные значения. Проверку на динамический момент следует производить лишь при окружных скоростях центра поворотной шпонки, превышающих значения 0,8 м/с .

Более совершенны фрикционные муфты. Фрикционные муфты обладают плавным процессом включения, возможностью включения и выключения при любом положении коленчатого вала, что обеспечивает работу в режиме толчковых ходов. Пределы величины передаваемого момента для фрикционных муфт практически неограниченны. Необходимо отметить, что габариты, масса этих муфт значительно больше, чем у жестких муфт, конструкция их сложнее, а стоимость выше .

Муфты с цилиндрической рабочей поверхностью большого распространения не получили. Недостаток конструкции конусных муфт заключается в ограничении передаваемого момента, поэтому их применяют лишь в прессах небольшого усилия при малом числе ходов .

Наиболее распространены и универсальны многодисковые фрикционные муфты, которые применяются в прессах почти всех типов .

Фрикционные дисковые муфты удобны тем, что они не ограничивают число оборотов, можно довольно широко изменять передаваемый момент M к .

Дисковые муфты бывают одно-, двух- и многодисковыми. В настоящее время наибольшее распространение получили однодисковые малогабаритные муфты с фрикционными вставками (рис. 21) .

Конструкция муфты определяется принятым механизмом управления и методом передачи энергии для создания силы замыкания фрикционных поверхностей .

Для удобства ремонта муфты устанавливаются консольно. При этом вместе с тормозом они блокируются либо непосредственно, либо посредством системы управления. Большие передаваемые моменты и необходимость быстродействия обусловливают применение пневматических или гидравлических силовых цилиндров 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 .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Рис. 21. Схема однодисковой муфты с фрикционными вставками Муфта встроена в маховик, на котором закреплены опорный диск и ступица с диафрагмой. На крышке диафрагмы устанавливают подводящую головку, через которую подается сжатый воздух в полость .

Крышку крепят к маховику шпильками. Маховик установлен на валу консольно, и вращение вала передается ведомым диском, сидящим на его шлицах. В ведомом диске установлены фрикционные вставки из гетинакса. Вставки могут быть, как показано на рис. 21, разной конфигурации. При впуске воздуха диафрагма смещает нажимной диск, направляемый и фиксируемый по внутренним шлицам цилиндра, с силой Q. Вставки, 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 (на схеме не показана) отодвигает нажимной диск, нарушая контакт со вставками .

Работоспособность муфты во многом зависит от качества и конструкции фрикционных вставок (см. рис. 21). Основное достоинство вставок — высокая износостойкость, сохранение фрикционных

9. Привод и детали привода

свойств при высокой температуре, легкая смена и монтаж. Вставки обычно монтируют в овальные или сегментные окна, сделанные в диске. Форма вставок соответствует форме окон, зазоры между окном и вставкой выдерживаются по ходовой посадке .

Наиболее широкое применение нашли вставки из гетинакса ФК-16Л, ФК-24А (твердые), а также вставки из более эластичных материалов 143-63, 143-66, козид (полумягкие); 63-7-67, 8-45-62 (мягкие). Гетинакс изнашивается не только на рабочей торцовой поверхности, но и на боковой, поэтому высота вставок и высота ведомого диска должны быть такими, чтобы их износ находился в допустимых пределах .

Несмотря на довольно большие удельные усилия, 1,5–1,8 МПа, и высокий коэффициент трения, в некоторых случаях не удается создать при использовании одного ведомого диска требуемый момент (например, на горячештамповочных прессах, где момент достигает 100 МН · м). В этом случае используются двух- и трехдисковые муфты. Эти муфты от рассмотренной отличаются большим количеством ведущих и ведомых дисков. Схема многодисковой пневматической муфты представлена на рис. 22 .

Рис. 22. Схема многодисковой муфты

Работа муфты аналогична работе однодисковой муфты. В качестве фрикционного элемента в таких муфтах применяется листовое феродо .

Фрикционные элементы из феродо или других аналогичных материалов приклеиваются или приклепываются к дискам (лучше то и другое) .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Муфты с гидравлическим управлением не имеют принципиальных отличий от муфт пневматических. Переход на гидроуправление позволяет уменьшить габариты, потери энергии в системе управления, обеспечить малое время включения и выключения и независимость работы пресса от наличия и работоспособности вспомогательных заводских установок (компрессорных установки, воздухосборников и т. п.). Однако стоимость гидравлического управления более высокая, а эксплуатация и регулирование гидравлической аппаратуры требуют более высокой квалификации. Муфты с гидроуправлением применяются в основном на мощных листоштамповочных прессах .

В муфтах и тормозах прессов происходит, как правило, сухое трение. Процесс сухого трения сопровождается как молекулярным взаимодействием граничных контактирующих элементов, так и их механическим разрушением. В связи с этим коэффициент трения зависит от многих параметров: прочностных и пластических свойств материала, состояния и качества поверхности, скорости проскальзывания, удельного давления и т. д .

Поскольку значения уточненного расчетного момента, вычисленные по разным формулам для реальных размеров площади упругопластического контакта, отличаются очень мало, при расчетах фрикционных муфт принимается допущение о постоянстве коэффициента трения в диапазоне давлений и скоростей, специфичных для фрикционных муфт .

У фрикционных муфт рассчитывается передаваемый крутящий момент, удельные усилия на трущихся поверхностях и величина износа при заданной частоте включений. Согласно нормам машиностроения на однодисковые консольные и межопорные муфты значение передаваемого момента может быть 400, 800, 1600, 3150, 6300, 12 500, 18 000, 25 000, 35 500, 50 000, 71 000, 100 000 или 140 000 кН·м .

Исходным для расчета является максимальный момент Mк, действующий на коленчатом валу и приведенный к валу муфты .

Расчетный момент муфты M м определяют из выражения bM к, Mм = iм Ч hм.к где — коэффициент запаса, который учитывает инерционность ведомой части, динамичность нагрузки и колебания коэффициента трения, b = 1...1,3 ; iм и hм.к – соответственно передаточное число и КПД передач от вала муфты к коленчатому валу .

9. Привод и детали привода Момент, передаваемый муфтой, должен соответствовать указанным выше значениям. Для однодисковой муфты со вставками (из ретинакса) момент находится из соотношения M м = 2 fqм Rср nFвс, где f — коэффициент трения, принимаемый равным 0,35; qм – удельное усилие, составляющее 1,5–2,2 МПа; Rср — средний радиус вставки;

n — число вставок; Fвс – площадь рабочей поверхности одной вставки .

Для муфт с обкладками из феродо ( ) M м = pqм f м m R13 - R2, где qм = 0,4…0,6 МПа при числе оборотов вращения вала до 180 об/мин, а при большей частоте вращения qм = 0,3 МПа; f м = 0,35; m — число поверхностей трения; R1 и R2 – наружный и внутренний радиусы рабочих поверхностей дисков трения .

При расчете фрикционных муфт приходится задаваться многими конструктивными параметрами, рекомендации по выбору которых даны в работе [11] .

При включении муфты часть затраченной энергии превращается в тепловую энергию, что приводит к нагреву деталей, 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 большом числе включений необходимо проверять устойчивость теплового баланса муфты и температуру ее нагрева .

В качестве косвенного теплового расчета муфт применяют расчет на работоспособность (по показателю износа). Для оценки интенсивности износа муфты необходимо определить, какая работа затрачивается на трение и износ при включении муфты. Обычно при передаче расчетного момента и выключении износ минимален и им можно пренебречь, работу трения можно определить из баланса затрат работы при включении муфты. Зная работу трения, можно определить показатель износа K изн I в.м w1 pи nпр, (22) K изн = aм 2F где aм = 1,05…1,15; I в.м — момент инерции ведомой части, приведенный к валу муфты; w1 — угловая скорость ведущих дисков; F — пло

<

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

щадь фрикционных поверхностей; pи — коэффициент использования числа ходов; nпр — число ходов .

Рассчитанное по формуле (22) значение показателя износа не должна превышать для однодисковых муфт и тормозов со вставками из гетинакса соответственно 0,7–0,8 и 0,6–0,7 МДж/(м 2·мин), для многодисковых муфт и тормозов с накладками из феродо соответственно 0,4–0,5 и 0,3–0,4 МДж/(м 2·мин), а для ленточных тормозов 1–1,2 МДж/(м 2·мин) .

После проверки показателя износа муфты уточняют удельные усилия на фрикционные элементы и диаметр пневматического поршня исходя из того, что давление в пневмосети составляет 0,3–0,4 МПа .

9.3.2. Тормоза Тормоз пресса должен поглощать энергию на ведомой части муфты и четко фиксировать исполнительный механизм «ползун» со связанными с ним деталями в крайнем верхнем положении. При недостаточном моменте на тормозе неожиданное опускание ползуна из верхнего положения может привести к несчастному случаю. Аналогичные последствия вызывает «сдваивание» ходов, которое происходит при недостаточной затяжке тормоза. Основное требование к конструкции тормоза — высокая надежность .

В большинстве конструкций тормозов кинетическая энергия ведущих частей поглощается при установлении фрикционной связи между движущейся ведомой частью и неподвижным корпусом, жестко скрепленным со станиной .

Тормозные устройства могу быть сблокированы с пневматическими фрикционными муфтами механически или за счет пневматической связи. В этом случае возникает конструкция «муфта-тормоз» .

Тормоза, монтируемые раздельно с муфтой, по конструкции могут быть ленточными, дисковыми и торцовыми .

В ленточном тормозе в качестве фрикционной пары применяют барабан с фрикционной лентой, в дисковом используют диски, аналогичные дискам фрикционной муфты .

Ленточные тормоза применяют с механическим и пневматическим растормаживанием. В обеих конструкциях тормозной момент создается с помощью пружины, которая выступает независимым источником энергии. Это гарантирует безопасность работы, так как торможение происходит всегда независимо от перерывов в энергоснабжении или

9. Привод и детали привода работоспособности других узлов пресса. Заданный тормозной момент обеспечивается путем регулирования натяжения пружины .

Растормаживание может осуществляться механически или с помощью пневматики. При механическом растормаживании система растормаживания состоит из кулачка, ролика и передающего рычага. Полный оборот вала происходит при обкатывании ролика по кулачку. Торможение осуществляется на угле поворота коленчатого вала в 10–20 0 (не доходя до верхнего положения колена). В этом случае ролик попадает во впадину кулачка, которая имеет определенную протяженность. Рычаг отходит от тяги, усилие пружины ослабевает, и тормозная лента затягивается .

Конструкцию ленточного тормоза, управляемого кулачком, применяют в паре с жесткими или фрикционными муфтами, управляемыми механически. Более мощные тормоза имеют пневмоуправление .

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. На рис. 23 показана конструкция ленточного тормоза с пневматическим растормаживанием .

Рис. 23. Ленточный тормоз с пневматическим растормаживанием:

1 — тормозной барабан; 2 — тормозная лента; 3 — кронштейн; 4 —пневматический цилиндр; 5 — тормозная пружина; 6 — шток; 7 — поршень

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

10. Описание отдельных типов кривошипных прессов

–  –  –

В кузнечно-штамповочные цеха исходный металл поступает в виде прутков в соответствии с торговой маркой, в листах или в рулонах. Чтобы получить заготовки для дальнейшей обработки, такой металл необходимо разрезать. Для этого в заготовительных отделениях цехов устанавливаются ножницы: закрытые для резки сортового проката и листовые для резки листа .

Кривошипные закрытые ножницы предназначены для резки сортового проката — прутков различного поперечного сечения. Исполнительный механизм представляет собой эксцентриковый вал, к которому присоединен короткий шатун с плоским ползуном. Ползун располагается между плитами станины в удлиненных направляющих .

К ползуну прикреплен нож, имеющий соответствующий профиль .

Ножницы имеют сварную станину, состоящую из передней и задней плит, соединенных боковыми планками .

Привод ножниц производится от индивидуального электродвигателя через клиноременную и зубчатую одно- или двух ступенчатую передачи. Муфта и тормоз фрикционные дисковые с электропневматическим управлением .

Основные параметры и размеры кривошипных закрытых ножниц для резки заготовок с номинальным усилием Р н = 1…16 МН регламентированы ГОСТ 8248 .

Для обеспечения качественного среза в структуре ножниц предусмотрены механизмы, фиксирующие пруток и отрезаемую заготовку в строго вертикальном положении. Сортовые ножницы с Р н 2,5 МН оборудованы приводными рольгангами для подачи прутков в зону реза .

10. Описание отдельных типов кривошипных прессов

Листовые ножницы предназначены для резки листа на заготовки .

В основном это гильотинные ножницы с наклонными ножами. Они представляют двухкривошипные прессы с открытой сварной станиной. Станина имеет нижний вылет для размещения листа. Исполнительный механизм имеет кривошипно-ползунное или кривошипнорычажное исполнение .

Привод — от индивидуального электродвигателя через клиноременную и зубчатую одно- или двух ступенчатую передачи. У малых ножниц муфта включения жесткая шпоночная и ленточный тормоз, у больших — фрикционная дисковая муфта в блоке с тормозом .

Основные параметры и размеры листовых ножниц с наклонными ножами регламентированы ГОСТ 6282. В качестве главного параметра принимается толщина разрезаемого листа 1,6–40 мм при ширине 1000–4000 мм .

Для предупреждения опрокидывания листа при резке ножницы оборудованы прижимом с механическим приводом от главного вала или гидроприводом .

10.2. Горячештамповочные кривошипные прессы

Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) предназначены для выполнения операций горячей объемной штамповки (в открытых и закрытых штампах) и характеризуются большими значениями силовых и энергетических показателей. Основные параметры и размеры прессов этого типа с номинальным усилием 6,3–63 МН при ходе ползуна 200–500 мм и числе ходов 40–90 в минуту регламентированы ГОСТ 6809. В практике производства используются и более мощные кривошипные горячештамповочные прессы с усилием до 160 МН. Эти прессы обладают большой быстроходностью, высокой жесткостью конструкции и сравнительно небольшими размерами штампового пространства .

Быстроходность горячештамповочных прессов — большое число ходов и большая скорость ползуна — обусловлена необходимостью уменьшения продолжительности контакта штампов с горячей заготовкой .

Высокая жесткость конструкции отвечает требованиями к точности поковок при сравнительно большем диапазоне изменения техноОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ логических параметров поковки и, следовательно, сопротивления деформации .

Повышение жесткости конструкции способствует уменьшению энергетических затрат и обеспечивает надежность работы пресса при перегрузках, часто возникающих при работе с горячим металлом .

Жесткость данных прессов составляет 2,5–15 МН/мм, что в 2–4 раза превышает жесткость других прессов .

Использование сравнительно небольших размеров поковок и штампов определяет и небольшие габаритные размеры рабочих плоскостей стола и ползуна .

Кривошипные горячештамповочные прессы представляют собой двухстоечные однокривошипные закрытые прессы с открытым и закрытым приводом. Конструктивное оформление станины обычно двух типов: для прессов с усилием Р н 2,5 МН неразъемная цельносварная конструкция из плит; для прессов с усилием Р н і 25 МН сварнолитая рамная конструкция, состоящая из литых основания и верхней траверсы, жестко соединенных сварными швами со стальными стойками из толстых плит. Замыкание рамы обеспечивают стяжные болты. В станине предусматривают верхние и нижние направляющие для ползуна, что существенно увеличивает общую длину направляющих и способствует уменьшению перекосов и реакций, действующих на направляющие при эксцентричной нагрузке .

Главные исполнительные механизмы пресса могут быть кривошипно-ползунными либо кривошипно-кулисными. Главный вал обычно эксцентрикового типа .

Шатун пресса выполняют из стального литья коротким и жестким .

Обычно l = 0,17…0,20. Отличительной особенностью 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 .

Привод кривошипного горячештамповочного пресса в большинстве случаев двухступенчатый, от индивидуального электродвигателя через клиноременную передачу на маховик, установленный на промежуточном валу, с которым главный эксцентриковый вал связан зубчатой передачей. Муфта включения — дисковая фрикционная с электропневматическим управлением — сблокирована с тихоходным зубчатым колесом и установлена на ведущем эксцентриковом валу. В прессах

10. Описание отдельных типов кривошипных прессов небольших усилий используется ленточный тормоз, в прессах средних и больших усилий — дисковый. Сила тяжести подвижных частей кривошипно-ползунного механизма сбалансирована пневматическими уравновешивателями .

Для кривошипных горячештамповочных прессов характерно наличие верхних и нижних выталкивателей. В прессах усилием Р н до 16 МН применяют выталкиватели с различным механическим приводом от главного кривошипного механизма .

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 от кулачка, установленного на консоли эксцентрикового вала. 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 .

Существенные колебания усилия и затрат энергии при пластическом деформировании приводят к заклиниванию пресса. Заклинивание получается в результате исчерпания энергетического запаса маховика и остановки ползуна в зоне углов заклинивания. Усилие при заклинивании часто превышает номинальное в 2–3 раза. Выводят пресс из заклинивания при помощи клинового стола или при помощи специальных приспособлений, предусмотренных конструкцией пресса .

10.3. Горизонтально-ковочные машины

Горизонтально-ковочные машины (ГКМ) предназначены главным образом для работы от прутка. На этих прессах изготавливаются различные заготовки в основном из прутка путем высадки, глубокой или сквозной прошивки, гибки, отрезки и других процессов. Это поковки типа стержень с головкой, высаживаемой в торец, поковки в одной или двух взаимно перпендикулярных плоскостях и др. Рабочий инструмент, применяемый на горизонтально-ковочных машинах, состоит из разъемных матриц и пуансона .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Все горизонтально-ковочные машины подразделяются на две основные группы: с вертикальной и горизонтальной плоскостью разъема зажимных матриц .

Машина обычно имеет горизонтально расположенный кривошипно-шатунный механизм, приводящий в действие главный (высадочный) ползун, в котором закреплен пуансонодержатель с пуансонами .

Одна половина матрицы закреплена неподвижно в специальном гнезде станины, другая, подвижная, закреплена на поперечном ползуне .

Поперечный ползун передвигается с помощью механизма зажима матриц. При включении машины на рабочий ход начинает двигаться как главный, так и поперечный ползун. Поперечный ползун быстрее завершает свой ход и смыкает матрицы. Только после смыкания матриц и зажима ими прутка может осуществиться собственно рабочий ход .

В пространстве между центральным ползуном и матрицами имеется передний упор, который предварительно устанавливается, чтобы отмерить необходимую длину выступающей части прутка, подлежащей высадке. К концу хода поперечного (зажимного) ползуна, когда пруток окажется зажатым в ручье между матрицами, упор автоматически отводится в сторону и не препятствует движению высадочного пуансона, закрепленного в центральном ползуне .

Система зажимного механизма должна обеспечить зажатие прутка до начала его деформации пуансоном, удержание прутка в таком положении во время всего процесса деформации и в течение некоторого времени, соответствующего небольшому участку в начале обратного хода центрального пуансона .

Напряжение зажима матриц зависит от системы зажимного механизма, степени жесткости его звеньев и жесткости станины в поперечном направлении. В машинах с вертикальным разъемом матриц применяют различные кинематические схемы зажима. Лучшим считается привод зажимного механизма от двух кулачков прямого и обратного ходов. По этому принципу работают современные машины средних и больших размеров .

Сила зажима Р заж должна быть такой, чтобы предупредить выталкивание прутка из матрицы при высадке, Pзаж = ( 0,30...0,35) Pвыс .

Для предохранения поломок машины от перегрузки по зажимному ползуну в системе зажима имеется специальное предохранительное устройство .

10. Описание отдельных типов кривошипных прессов Горизонтально-ковочные машины с вертикальным разъемом матриц представляют собой горизонтальные двухстоечные однокривошипные прессы с открытым приводом. Обычно слева от главного исполнительного механизма расположен привод механизма зажима и собственно зажимной ползун, который передвигается вдоль фронта станины .

Основные параметры и размеры горизонтально-ковочных машин с одной подвижной матрицей регламентированы ГОСТ 7023. Они представляют усилие Pн = 1...31,5 МН при ходе высадочного ползуна S max.выс = 180...700 мм и числе ходов n = 95...21 в минуту .

Станины малых и средних машин изготовляют цельнолитыми, а крупных машин — разъемными из двух отливок (передней и задней с вертикальным разъемом). Обе половины разъемной станины стягивают верхними и нижними продольными болтами или планками. Для увеличения жесткости у средних машин с цельной станиной есть горизонтальные стяжки. С фронтальной стороны станины сделан вертикальный вырез, обеспечивающий доступ к инструменту .

Конструкция деталей главного исполнительного механизма определяется, как и у кривошипных горячештамповочных прессов, повышенными требованиями к жесткости и точности движения и представляет короткий шатун с постоянной длиной, хоботообразный ползун с двойным направлением и массивный одноколенчатый (реже эксцентриковый) вал .

Привод машин осуществляется от электродвигателя через одноступенчатую передачу у быстроходных машин или двухступенчатую передачу у средних и крупных машин .

Современные ГКМ всех размеров оборудуют пневматическими дисковыми или ленточными тормозами, установленными на приемном валу. В мощных машинах муфту и тормоз располагают на главном валу .

В горизонтально-ковочных машинах с горизонтальной плоскостью разъема зажимных матриц (рис. 24) главный исполнительный механизм — кривошипно-ползунный с высадочным ползуном, передвигающимся в горизонтальной плоскости. Зажимной ползун совершает возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости .

Кинематическая цепь зажимного механизма подобна цепи кулачкового ползунно-коленного механизма у обычных машин с вертикальной плоскостью разъема зажимных матриц .

Заготовка перемещается из ручья в ручей в горизонтальной плоскости, что облегчает условия труда и позволяет применить широкую механизацию и автоматизацию технологических процессов .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Преимуществом горизонтально-ковочных машин является то, 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 .

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. Остальные манипуляции с прутком (заготовкой) производятся вручную .

Рис. 24.

Кинематическая схема ГКМ с вертикальной плоскостью разъема зажимных матриц [2]:

1 — электродвигатель; 2 — клиноременная 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

–  –  –

10.4. Листоштамповочные кривошипные прессы Машины данного типа предназначены для получения изделий из листового металла методами штамповки. Большинство прессов приспособлено для выполнения определенной операции. Поэтому существует большое количество типов прессов, описать которые в одном учебном пособии невозможно. Рассмотрим лишь основные типы листоштамповочных кривошипных прессов .

По технологическому назначению листоштамповочные кривошипные прессы разделяют на прессы простого действия, предназначенные в основном для вырубных работ, и прессы двойного и тройного действия для вытяжных работ .

Кривошипные прессы простого действия имеют один ползун. Эти прессы в основном предназначены для вырубных и просечных операций, а также для неглубокой вытяжки при использовании пневматических и гидропневматических подушек. По расположению опор коренного вала прессы простого действия разделяются на одностоечные и двухстоечные прессы. У одностоечных прессов кривошип расположен консольно, поэтому опоры коренного вала расположены по одну сторону шатуна. У двухстоечных прессов опоры коренного вала расположены по обе стороны шатуна .

По конструктивному оформлению станины прессы выполняют открытого и закрытого типа. Прессы первого типа имеют открытый с трех сторон доступ к рабочему пространству: с фронта и с боков. Прессы закрытого типа имеют свободный доступ к рабочему пространству только с двух сторон: с фронта и с тыла пресса. Прессы открытого типа строят как по одностоечной схеме, так по двухстоечной. Параметры и основные размеры кривошипных одностоечных и двухстоечных прессов открытого типа усилием Pн = 25 кН...2,5 МН регламентированы ГОСТ 9408 .

Прессы открытого типа могут иметь наклоняемую и наклоненную, а также ненаклоняемую конструкцию станины. Наклон можно изменять до 25–45 0, поворачивая станину вокруг шарнира и закрепляя ее в требуемом положении болтами, головки которых заводят в Т-образные пазы станины. Наклоненная станина имеет постоянный, неизменный наклон. Номинальное усилие у наклоняемых и наклонных прессов при a н = 160…155 из-за малой жесткости стола ограничивается 2 МН .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Привод у прессов простого действия выполняют или одноступенчатым — от электродвигателя непосредственно на коренной вал, или многоступенчатым — от электродвигателя на приемный вал, а с него на коренной или от электродвигателя на приемный, через промежуточный вал на коренной .

Наряду с однокривошипными, имеются и многокривошипные (многошатунные) прессы с одним многоколенчатым валом или с несколькими одно- или двухколенчатыми коренными валами .

Из-за большой упругой деформации станины однокривошипные двустоечные прессы открытого типа ненаклоняемые строят с номинальным усилием Pн (при a н =150…165), не превышающим 5 МН .

Прессы открытого типа двухстоечные бывают как однокривошипные, так и двухкривошипные. Двухкривошипные прессы до 6 МН применяются для штамповки в прогрессивных штампах с автоматической подачей ленты. Особенно удобны для этой цели двухкривошипные прессы открытого типа наклоняемые (усилием 785 кН — 1,8 МН шестерне-эксцентрикового типа) .

Закрытая высота (расстояние от лицевой поверхности ползуна при крайнем его нижнем положении до стола пресса) регулируется изменением длины шатуна. У крупных прессов длину шатуна регулируют от отдельного электродвигателя, устанавливаемого на ползуне, червячной передачи для вращения винта и втулки .

Кривошипные двухстоечные прессы закрытого типа — наиболее обширная группа прессов, состоящая из одно-, двух- и четырехкривошипных прессов. Для прессов этой группы характерно наличие закрытой станины рамного типа. Повышенная жесткость этих прессов и симметричная упругая деформация станины закрытого типа способствуют изготовлению точных штамповок и повышают стойкость инструмента. Кривошипные двухстоечные прессы закрытого типа изготовляются в двух модификациях: быстроходные прессы с повышенным числом ходов и нормальным ходом, тихоходные прессы с нормальным числом ходов и увеличенным ходом. Конструкция станины прессов всех типоразмеров предполагает возможность использования прижимных подушек .

Основные параметры и размеры кривошипных закрытых прессов 1,6–25 МН регламентированы ГОСТ 10026 .

Двухкривошипные прессы предназначены для штамповки крупных деталей из листа. От однокривошипных они отличаются размераОписание отдельных типов кривошипных прессов ми штампового пространства. Основные параметры и размеры двухкривошипных закрытых прессов 1–31,5 МН регламентированы ГОСТ

7766. При производстве крупногабаритных деталей автомобилей, самолетов и т. п. в целях предотвращения перекоса применяют четырехточечную подвеску ползуна при помощи четырех шатунов, расположенных по углам ползуна. При такой конструкции пресса центр давления всегда лежит внутри четырехугольника, образованного точками подвеса. Четырехкривошипные прессы (ГОСТ 16267) имеют увеличенные размеры штампового пространства по закрытой высоте и в плане по сравнению с двухкривошипными прессами .

Кривошипные прессы двойного действия предназначены для выполнения глубокой вытяжки полых изделий из листа. Эти прессы имеют два ползуна: наружный — прижимной и внутренний — вытяжной .

Наружный ползун находится в направляющих станины и приводится в движение от коренного вала при помощи кривошипно-рычажной или кулачковой системы. Внутренний ползун, выполняющий вытяжку, находится в направляющих, которые расположены внутри наружного, прижимного, ползуна, и приводится в движение кривошипношатунным или кулачковым механизмом коренного вала .

Поскольку вытяжка может начинаться, лишь когда вытягиваемый лист прижат наружным ползуном, наружный ползун должен опережать в своем движении внутренний ползун и выстаивать в нижнем положении, пока происходит процесс вытяжки внутренним ползуном, продолжающим свое движение. При обратном ходе внутреннего и наружного ползунов обеспечивается съем детали с вытяжного пуансона .

Для компенсации положительных отклонений по толщине штампуемого металла и неточностей изготовления инструмента, прижим заготовки осуществляется через специальные амортизаторы .

Конструкция и внешняя архитектура прессов двойного действия подобна листоштамповочным кривошипным прессам простого действия. Прессы двойного действия включают две группы машин: кривошипные двухстоечные прессы открытого и закрытого типа .

К первой группе относятся трехкривошипные прессы и специальные прессы с кулачковым приводом наружного ползуна. Большинство современных кривошипных прессов двойного действия является двухстоечным закрытого типа. Они различаются размерами штампового пространства и соответственно этому количеством точек подвески ползуна (одно-, двух- и четырехкривошипные прессы). Основные

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

параметры и размеры однокривошипных закрытых прессов с номинальными усилиями на внутреннем ползуне Pн = 630 кН…6,3 МН, а на наружном — (0,62…0,64) Pн приведены в ГОСТ 7639 .

Основные параметры и размеры двух- и четырехкривошипных прессов регламентированы ГОСТ 8247 и ГОСТ 16268 соответственно .

Кривошипные прессы тройного действия делятся на вытяжные прессы тройного действия и прессы тройного действия для чистовой вырубки. Первый тип прессов предназначен для штамповки из листа крупногабаритных деталей сложной формы с полостями. Для изготовления таких деталей необходимо одновременно осуществлять прямую и обратную вытяжки. Второй тип предназначен для эффективного технологического процесса чистовой вырубки, при котором высококачественная поверхность среза обеспечивается созданием в зоне деформирования всестороннего неравномерного сжатия .

Прессы тройного действия, кроме двух ползунов — наружного (прижимного) и внутреннего (вытяжного), имеют нижний ползун с направляющими, расположенными в столе пресса. Нижний ползун предназначен для глубокой обратной вытяжки при штамповке крупных деталей .

В зависимости от типа привода нижнего ползуна прессы тройного действия подразделяются на прессы с общим приводом и независимым приводом. Современные прессы строят с независимым приводом нижнего ползуна, при этом применяют муфты включения электропневматического действия .

При включении муфты приводятся в движение верхние ползуны, взаимно перемещающиеся, как у прессов двойного действия. При выстаивании наружного (прижимного) ползуна, внутренний ползун производит вытяжку и конечным выключателем выключает муфту .

Вследствие этого внутренний и наружный ползуны останавливаются в своем крайнем нижнем положении. В заранее установленный момент хода внутреннего ползуна устройство, сблокированное с его ходом, включает муфту нижнего ползуна, который производит вытяжку в обратном направлении .

Современные прессы тройного действия имеют закрытые верхний и нижний приводы ползунов, у которых все вращающиеся части находятся в масляной ванне. В отличие от прессов двойного действия, внутренний и наружный ползуны прессов тройного действия приводятся в действие кривошипно-рычажной системой, коренОписание отдельных типов кривошипных прессов ные валы у которых расположены перпендикулярно фронту пресса. Регулировка положения внутреннего и наружного ползунов независимая, при помощи регулировочных винтов. Положение нижнего ползуна не регулируют. Его приводят в движение четырьмя шатунами двухколенчатых валов. Пневматические муфты сцепления устанавливают на приемных валах как у верхнего, так и у нижнего привода .

Усилия, допускаемые на ползунах тройного действия, находятся примерно в следующих соотношениях: на внутреннем ползуне номинальное усилие пресса Pн ; на наружном ползуне — (0,5…0,75) Pн ;

на нижнем — (0,5…0,65) Pн .

Прессы тройного действия для чистовой вырубки относятся к прессам закрытого типа с нижним приводом. Ползун при рабочем ходе движется снизу вверх в роликовых направляющих станины. Всестороннее неравномерное сжатие обеспечивается вдавливанием в заготовку ребра (клина) прижимного кольца эквидистантно линии среза на близком от нее расстоянии и созданием подпора контрпуансоном, расположенным на уровне режущей кромки матрицы .

Для гарантии постоянства силы на прижимном ребре привод прижима в прессе для чистовой вырубки выполняют гидравлически. Постоянство давления в приводе поддерживается путем вытеснения жидкости из полости цилиндра в аккумулятор. Такой же привод применяют и для перемещения контрпуансона .

Гидравлический привод обеспечивает широкий диапазон регулирования силы прижима и сопротивления со стороны контрпуансона .

Для успешного осуществления чистовой вырубки необходимо строго выдерживать скоростные условия деформирования .

Главный привод пресса осуществляется от электродвигателя, допускающего бесступенчатую регулировку частоты вращения ведущего кривошипа и, следовательно, числа ходов ползуна .

В качестве главного размерного параметра для кривошипных прессов тройного действия при чистовой вырубке принимают суммарное номинальное усилие Pн на ползуне, которое определяется в соответствии с условием Pн і Pвыр + Pпр + Pкп, где Pвыр — сила, необходимая для вырубки; Pпр — сила прижима; Pкп — сила, действующая со стороны контрпуансона .

1. История развития технологического оборудования для обработки металлов давлением .

2. Классификация кузнечно-штамповочных машин .

3. Принцип действия и классификация кривошипных машин .

4. Маркировка кузнечно-штамповочного оборудования .

5. Элементы кривошипного пресса и их назначение .

6. Основные параметры кривошипного пресса .

7. Кинематика кривошипно-ползунного механизма .

8. Силовой расчет реального кривошипно-ползунного механизма .

9. Заклинивание кривошипно-ползунного механизма .

10. Ползуны кривошипных машин. Конструкция. Материалы. Перекос ползуна .

11. Расчет ползуна однокривошипного пресса .

12. Уравновешиватели ползунов, их расчет .

13. Шатуны. Конструкция и материалы .

14. Расчет шатунов на прочность .

15. Расчет регулировочных винтов шатунов .

16. Расчет шатунов на устойчивость .

17. Расчет давлений в цапфах и головках шатунов .

18. Расчет болтов и пальцев шатунов .

19. Регулировка хода ползуна и величины штамповочного пространства .

20. Главные валы кривошипных машин. Конструкция и материалы .

21. Порядок проектирования главных валов .

22. Методика расчета допускаемых усилий по прочности главных валов .

23. Муфты включения прессов. Классификация, конструкция .

24. Расчет фрикционных муфт включения на передаваемый момент .

25. Расчет фрикционных муфт на работоспособность по показателю износа .

26. Тормоза. Конструкция, применение .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

27. Расчет тормозов .

28. Структура главного привода кривошипных машин. Разрушение зубьев .

29. Проверка зубчатых передач кривошипных прессов .

30. Построение графика усилий на ползуне .

31. Приводные валы и их расчет .

32. Средства защиты машин от перегрузок. Классификация и конструкция .

32. Расчет предохранителей .

33. Станины прессов. Их конструкция и материалы .

34. Расчет станин открытых кривошипных прессов .

35. Расчет разъемных станин .

36. Подушки. Конструкция и расчет .

37. Энергетика кривошипных машин. Общий расход энергии за цикл .

38. Расход энергии за время рабочего хода кривошипных машин .

Типовые расчетные графики рабочих нагрузок .

39. Выбор мощности электродвигателя и момента инерции маховика кривошипных машин .

40. Кривошипные ножницы. Основные типы, конструкция кривошипных ножниц с наклонным ножом .

41. Горизонтально-ковочные машины .

–  –  –

Библиографический список

1. Свистунов В. Е. Кузнечно-штамповочное оборудование. Кривошипные прессы / В. Е. Свистунов. Москва : МГИУ, 2008. 698 с .

2. Живов Л. И. Кузнечно-штамповочное оборудование. Прессы / Л. И. Живов, А. Г. Овчинников. Киев : Вища школа, 1981. 376 с .

3. Кузнечно-штамповочное оборудование / под ред. А. Н. Банкетова, Е. Н. Ланского. Москва : Машиностроение, 1982. 576 с .

4. Кривошипные кузнечно-прессовые машины / под ред. В. И. Власова. Москва : Машиностроение, 1982. 424 с .

5. Ланской Е. Н. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов / Е. Н. Ланской, А. Р. Банкетов. Москва : Машиностроение, 1966. 380 с .

6. Ровинский Г. Н. Листоштамповочные механические прессы / Г. Н. Ровинский, С. Л. Злотников. Москва : Машиностроение, 1968, 376 с .

7. Игнатов А. А. Кривошипные горячештамповочные прессы / А. А. Игнатов, Г. А. Игнатова. Москва : Машиностроение, 1974. 352 с .

8. Несвит С. М. Горизонтально-ковочные машин и их автоматизация / С. М. Несвит, О. И. Нюнько. Москва : Машиностроение, 1964 .

324 с .

9. Навроцкий Г. А. Кузнечно-штамповочные автоматы / Г. А. Навроцкий. Москва : Машиностроение, 1965. 424 с .

10. Рей Р. И. Кузнечно-штамповочное оборудование. Прессы кривошипные / Р. И. Рей, С. С. Монятовский. Луганск : Изд-во ВНУ, 2000. 216 с .

11. Игнатов А. А. Муфты, тормоза и механизмы управления кривошипных кузнечно-прессовых машин / А. А. Игнатов, В. И. Власов .

Москва : Машиностроение, 1963. 447 с .

12. Электрооборудование кузнечно-прессовых машин / В. Е. Стоколов [и др.]. Москва : Машиностроение, 1981. 304 с .

13. Залесский В. И. Оборудование кузнечно-прессовых цехов: учебник для вузов/В. И. Залесский. Москва: Высшая школа, 1974. 599 с .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

14. Живов Л. И. Кузнечно-штамповочное оборудование : учебник для вузов / Л. И. Живов, А. Г. Овчинников, Е. Н. Складчиков ; под ред .

Л. И. Живова. Москва : Изд-во МГТУ им Н. Э. Баумана, 2006. 560 с .

15. Кузнечно-щтамповочное оборудование : учеб. для машиностроительных вузов / А. Н. Банкетов [и др.] ; под ред. А. Н. Банкетова, Е. Н. Ланского. 2-е изд., перераб. и доп. Москва : Машиностроение, 1982. 576 с .

16. Бочаров Ю. А. Кузнечно-штамповочное оборудование : учебник для студ. вузов. Москва : Академия, 2008. 480 с .

17. Машиностроение. Энциклопедия. В 40 т. Т. IV-4. Машины и оборудование кузнечно-щтамповочного и литейного производства / под ред. Ю. А. Бочарова, И. В. Матвеенко. Москва : Машиностроение, 2005. 926 с .

18. Мохов А. И. Оборудование кузнечно-штамповочных цехов .

В 2 ч. Ч. 1. Прессы : учеб. для вузов / А. И. Мохов, А. Г. Кобелев, В. П. Троицкий. Волгоград : Изд-во ВолгГТУ, 2000. 410 с .

–  –  –

Пример выполнения курсового проекта Группы направление Металлургия (обработка металлов давлением) Фамилия______________Имя__________Отчество___________________

Руководитель курсового проектирования_____________________________

Срок проектирования _____________________________________________

1.Тема курсового проекта:__________________________________________

______________________________________________________________

2.Содержание проекта (какие графические работы и расчеты должны быть выполнены):_____________________________________________________

______________________________________________________________

______________________________________________________________

_______________________________________________________________

3. Графическая часть:_____________________________________________

4. Рекомендуемая литература:

1. Кузнечно-штамповочное оборудование: учеб. для вузов / А. Н. Банкетов [и др.]. 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Машиностроение, 1982. 576 с. (1970. 602 c.) .

2. Живов Л. И. Кузнечно-штамповочное оборудование. Прессы : учеб .

для вузов / Л. И. Живов, А. Г. Овчинников. Киев : Высшая школа, 1981 .

376 с. (1966. 455 с.) .

3. Игнатов А. А. Кривошипные горячештамповочные прессы / А. А. Игнатов, Г. А. Игнатова. 2-е изд., перераб. и доп. Москва : Машиностроение, 1980. 235 с .

4. Ланской Е. Н. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов/Е. Н. Ланской, А. Н. Банкетов. Москва: Машиностроение, 1966. 264 с .

5. Щеглов В. Ф. Кузнечно-прессовые машины / В. Ф. Щеглов, Л. Ю. Максимов, В. П. Линц. Москва : Машиностроение, 1979. 304 с .

6. Фейгин М. М. Кривошипные машины: учеб. пособие / М. М. Фейгин .

Омск : Омский политехнический институт, 1974. 343 с .

Руководитель Студент

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

РЕФЕРАТ

В состав курсового проекта входят:

пояснительная записка ___ с., ___ рис., ___ табл. ___ источников, ____ прил.;

графические (демонстрационные) материалы ___ листов формата А1, спецификации на ___ с .

ШТАМПОВКА, КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ, КРИВОШИПНОПОЛЗУННЫЙ МЕХАНИЗМ, ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ ВАЛ, СТАНИНА, ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ

В расчетно-пояснительной записке к курсовому проекту приведена техническая характеристика и кинематическая схема однокривошипного простого действия открытого пресса марки К2019, который представляет собой быстроходный пресс усилием 80 кН с пневматическим сдувателем .

Пресс предназначен для вырубки, пробивки, гибки, неглубокой вытяжки и других холодноштамповочных операций с удалением готовых изделий или отходов на провал или в просвет между стойками пресса .

Объяснено устройство и принцип действия этого пресса, приведены расчеты кинематических параметров пресса и результаты статического расчета сил, действующих на кривошипно-ползунный механизм .

Выполнен прочностной расчет основных узлов конструкции пресса .

Определены энергетические затраты и мощность электродвигателя .

В графической части проекта представлен чертеж общего вида пресса .

–  –  –

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕССЕ К2019. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕССА

1.1. Назначение пресса и его особенности

1.2. Основные технические данные пресса

1.3. Технологические сведения

1.4. Устройство пресса и его составных частей

2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРЕССА

3. РАСЧЕТ СИЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕССА

3.1. Определение крутящего момента

3.2. Определение силы деформирования

4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ

ПРЕССА

4.1. Расчет главного эксцентрикового вала

4.2. Расчет узла ползун-шатун

4.2.1. Расчет ползуна

4.2.2. Расчет шатуна

4.3. Расчет станины

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

ВВЕДЕНИЕ Настоящий курсовой проект является завершающим этапом изучения дисциплины «Оборудование цехов обработки металлов давлением». Основной целью выполнения курсового проекта является практическое применение теоретических основ дисциплины и получение навыков выполнения проверочных расчетов главных узлов кривошипного пресса .

В современной металлургии и машиностроении важная роль принадлежит заготовительному производству. Заготовительное производство широко представлено в виде литейного и кузнечно-штамповочного производств. Кузнечно-штамповочное производство позволяет получать хотя и более дорогую продукцию, чем литье, но зато эта продукция обладает гораздо более высокими механическими свойствами и при больших объемах выпуска (при крупносерийном и массовом производстве) более низкой себестоимостью .

Для получения изделий в кузнечно-штамповочном производстве применяют кузнечно-прессовые машины, которые отличаются различным назначением (видом производимой операции), системами привода рабочего органа и законами изменения его скорости. С начала XX века широкое распространение получили кривошипные машины (кривошипные прессы) .

Кривошипные прессы предназначены, как правило, для штамповки поковок при массовых и крупносерийных производствах, должны обеспечить изготовление поковок с меньшим расходом металла (по сравнению с паровоздушными штамповочными молотами) и минимальными припусками на последующую механическую обработку .

Они имеет рабочий орган в виде кривошипно-ползунного механизма. Движение вращательного привода преобразуется в поступательное движение ползуна, благодаря чему функционирует пресс .

Рабочим инструментом кривошипных прессов является штамп .

Он имеет две части: подвижную (прикрепляется к ползуну) и неподвижную (монтируемую на столе). Усилие пресса создается благодаря крутящему моменту, передаваемому от электропривода. Обычно линия привода состоит из асинхронного электродвигателя, зубчатой и клиноременной передач, фрикционной муфты и тормоза. В связи Приложение с неравномерностью потребления энергии прессом за цикл штамповки и большими пиковыми нагрузками, для снижения загрузки электродвигателя, применяют маховик. Узел управления прессом состоит из электрических, механических, пневматических механизмов, с помощью которых обеспечивается своевременное срабатывание муфты или тормоза, а также соответствующее блокирование .

Кривошипный пресс для разных операций листовой и объемной штамповки является устройством общего назначения. Прессы общего назначения могут быть однокривошипными и двухкривошипными (закрытого или открытого действия). У открытого пресса имеется свободный доступ в штамповое пространство с трех сторон.

Кривошипные прессы для листовой штамповки могут быть:

• простого действия, предназначенные отдельно для операций вырубки, гибки и неглубокой вытяжки, имеющие один ползун;

• двойного (или тройного) действия, имеющие два (или три) ползуна, служащие для вырубки и прижима заготовки, а внутренний ползун — для вытяжки .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕССЕ К2019. ТЕХНИЧЕСКАЯ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕССА

–  –  –

Пресс предназначен для вырубки, пробивки, гибки, неглубокой вытяжки и других холодноштамповочных операций с удалением готовых изделий или отходов в просвет между стойками пресса .

–  –  –

Кривошипный пресс этой модели обеспечивает высокую производительность, отличается высокой и надежной точностью размеров и качеством получаемых изделий, прост в использовании и наладке .

Ввиду своей универсальности и надежности в работе кривошипный пресс К-2019 применяется во всех отраслях современной промышленности как в единичном, так и серийном производстве. Это оборудование может использоваться как самостоятельная технологическая единица оборудования, а также встраиваться в комплексы оборудования (в частности, автоматизированные) .

Пресс К2019, оборудованный средствами автоматизации и механизации, может использоваться в автоматических поточных линиях .

Конструктивными особенностями этого пресса являются:

• сварная станина;

• увеличенные размеры окна стола станины для проваливания штампуемых деталей;

• двухступенчатый привод (клиноременная и зубчатая передачи) .

Валы расположены перпендикулярно фронту пресса. Зубчатые колеса помещены в специальном отсеке станины;

• муфта и тормоз с фрикционными дисками с металлокерамическим покрытием, работающими в масляной ванне, имеющие высокую долговечность;

• управление муфтой и тормозом электропневматическое двуручное от кнопок, расположенных на стационарном или переносном пульте, а также от педали;

• ползун, имеющий 8 удлиненных направляющих поверхностей и увеличенные в плане размеры, позволяющие устанавливать крупногабаритные штампы; два пневматических цилиндра, уравновешивающих вес ползуна со штампом;

• гидравлический предохранитель от перегруза, вмонтированный в ползун;

• выталкиватель в ползуне механический;

• система смазки жидкая циркуляционная .

–  –  –

Основные параметры и размеры пресса соответствуют требованиям ГОСТ 9408–83 и указаны в табл. П1.1–П1.3 .

Технологические возможности пресса позволяют производить штамповочные операции с номинальным усилием 80 кН при толщине металла до 0,8 мм на автоматических ходах и до 1,6 мм на одиночных ходах .

В случае выполнения операций, при значении толщины металла более рекомендуемого (с номинальным усилием), двигатель будет перегружен при работе, что может быть причиной его преждевременного выхода из строя .

–  –  –

Общий вид пресса с обозначением составных частей изображен на рис. П1.4 .

Рис. П1.4. Общий вид пресса [II]:

1 — ползун; 2 — электрооборудование; 3 — командоаппарат; 4 — вал эксцентриковый;

5 — ограждение командоаппарата; 6 — установка муфты — тормоза; 7 — ограждение привода; 8 — сдуватель пневматический; 9 — воздухопровод; 10 — пост управления кнопочный; 11 — ограждение рабочей зоны; 12 — станина; 13 — маховик; 14 — привод;

15 — система смазки В верхней части станины расположены подшипники качения, служащие опорой для эксцентрикового вала. Сверху, на скосе станины, имеется стол для подмоторной плиты, на которой устанавливается электродвигатель. Спереди, на специально обработанных местах стаОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ нины, крепятся призматические регулируемые направляющие для ползуна. Регулировка направляющих осуществляется винтами с помощью резьбового соединения .

Передняя часть станины закрыта дверкой .

Ниже приводится краткое описание элементов, входящих в состав пресса .

1.4.1. Станина. Станина пресса (рис. П1.5) литая чугунная, коробчатой формы, воспринимает полное усилие, возникающие при штамповке. Станина крепится на двух стойках 7 посредством четырех пальцев .

Рис. П1.5. Вид станины пресса [II]:

1 — корпус пресса; 2 — станина; 3 — блок привода; 4 — упор; 5 — подштамповая плита;

6 — наклонный склиз; 7 — стойки На рабочей плоскости стола закреплена подштамповая плита 5 .

В столе и плите предусмотрены отверстия .

К нижней части станины крепится наклонный склиз 6 для удаления отштампованных деталей или отходов .

При работе на прессе с верхним выталкивателем используется регулируемый упор 4 .

Органы управления прессом показаны на рис. П1.6 .

1.4.2. Привод. Привод пресса осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу, маховик с вмонтированными в него пальцами, муфту-тормоз к эксцентриковому валу .

Приложение Натяжение ремней осуществляется при помощи винта, изменяющего наклон качающей подмоторной плиты .

Элементы кинематической схемы пресса показаны на рис. П1.7 .

–  –  –

1 — педаль; 2 — вводной выключатель; 3 — переключатели режимов работы; 4 — счетчик;

5 — световая сигнализация; 6 — выключатель местного освещения; 7 — кнопка «Стоп непрерывных ходов»; 8 — кнопка «Общий стоп»; 9 — кнопка «Пуск электродвигателя»; 10 — кнопка «Ход ползуна» (двуручное включение) 1.4.3. Вал эксцентриковый. Узел вала (рис. П1.8) состоит из собственно эксцентрикового вала 1, эксцентриковой втулки 2 .

Регулировка величины хода ползуна осуществляется путем вращения эксцентриковой втулки 2, которая соединена с валом 1 через зубчатое зацепление и выводится из зацепления вращением гайки 3 .

После установки необходимой величины хода ползуна эксцентриковая втулка вводится в зацепление с эксцентриковым валом путем вращения гайки 3, которая стопорится винтом 6 .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Необходимая величина хода ползуна устанавливается по шкале 4 с помощью указателя 5 .

Угловое положение эксцентрикового вала относительно верхней мертвой точки (ВМТ) остается неизменным лишь при установке или наибольшей, или наименьшей величины хода ползуна. При установке любой промежуточной величины хода ползуна происходит угловое отклонение эксцентрикового вала, которое может быть у пресса усилием 80 кН до 55° (при ходе 14–17 мм), и, как следствие этого, недоход ползуна до ВМТ, что исключает возможность работы пресса с верхним выталкивателем. В целях устранения вышеупомянутого явления в прессах применена корректировка углового положения эксцентрикового вала, которая осуществляется с помощью алюминиевых дисков командоаппарата .

Рис. П1.7. Элементы кинематической схемы пресса К2019:

1 — электродвигатель; 2 — шив привода; 3 — маховик привода; 4 — муфта-тормоз;

5 — вал эксцентриковый; 6 — гайка; 7– втулка эксцентриковая; 8 — шатун; 9 — винт регулировочный; 10 — ползун; 11 — упор выталкивателя; 12 — планка выталкивателя;

13 — головка воздухоподводящая

–  –  –

1.4.4. Установка муфты-тормоза. Установка муфты-тормоза (рис. П1.9) состоит из маховика I и муфты-тормоза II, которые закреплены на эксцентриковом валу пресса, воздухоподводящей головки III, которая закреплена на муфте-тормозе и кронштейне IV, соединенном пальцами с муфтой-тормозом и закрепленном на станине пресса .

Рис. П1.9. Схема установки муфты-тормоза:

I — маховик; II — муфта-тормоз; III — воздухоподводящая головка; IV — кронштейн;

1 — ведущие диски; 2 — ведомая ступица; 3 — поршень; 4 — цилиндр; 5 — винты;

6 — опорные гайки; 7 — промежуточная втулка; 8 — тормозной диск; 9 — пальцы;

10 — пальцы; 11 — нажимные диски; 12 — пружина

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Опорами маховика являются радиальные шарикоподшипники, посаженные на втулку, установленную на эксцентриковый вал .

Унифицированная воздухоподводящая головка состоит из корпуса, штуцера и расположенных между ними резиновых уплотнений и радиальных шарикоподшипников .

Муфта-тормоз жестко сблокированная, многодисковая, фрикционная, с пневматическим включением состоит из следующих частей:

• ведущей — из ведущих дисков 1 муфты с фрикционными накладками;

• ведомой — ступицы 2 с неподвижно присоединенным поршнем 3, цилиндра 4, перемещающегося вдоль оси, промежуточных дисков 5 опорных гаек 6, установленных по резьбе ступицы 2 и поршня 3 нажимного диска 11, установленного жестко на цилиндре 4;

• тормозной — тормозного диска 8 с фрикционными накладками .

По мере износа фрикционных накладок дисков увеличивается зазор а, что вызывает повышенный стук при включении муфты, и увеличивается расход воздуха. В нормально отрегулированной муфте зазор а равен 1,0–1,75 мм, а зазор е равен 4,0–0,75 мм. Если значение зазора а достигает величины 3,5 мм, муфту-тормоз необходимо регулировать. Для регулировки этого зазора служат разрезные гайки, которые зафиксированы от отвинчивания винтами 5 .

Работа муфты-тормоза происходит следующим образом: сжатый воздух через воздухоподводящую головку III, поршень 3, ступицу 2 поступает в пневмокамеру В и перемещает цилиндр 4 вдоль оси эксцентрикового вала в сторону муфты. При этом зажимаются ведущие диски муфты, связанные с постоянно вращающимся маховиком через пальцы 9, обеспечивая передачу крутящего момента через ступицу на эксцентриковый вал .

В момент торможения эксцентрикового вала, сжатый воздух из пневмокамеры выпускается в атмосферу через воздухоподводящую головку, при этом цилиндр 4 под воздействием пружин возвращается в сторону тормоза и зажимает тормозной диск 8, сидящий на пальцах 9, закрепленных в кронштейне IV, который жестко связан со станиной .

1.4.5. Ползун. Ползун (рис. П1.10) является рабочим органом пресса, к которому крепится верхняя часть штампа .

Ползун 3 пресса имеет коробчатую форму с призматическими двусторонними направляющими. Ползун крепится к эксцентриковому валу посредством регулировочного винта 9 и разъемного шатуна 10 в корпусе, в крышке которого установлены бронзовые вкладыши Приложение 11 и 12 подшипника скольжения, схватывающие эксцентриковую втулку. Зазор между бронзовыми втулками шатуна и эксцентриковой втулкой не более 0,1 мм. Суммарный зазор между направляющими ползуна и станины должен быть в пределах 0,04–0,08 мм .

–  –  –

Шаровая головка регулировочного винта 9, нижняя опора 5 и плавающий вкладыш 6 размещены в стакане 4. После регулировки зазора в шаровом соединении гайка 7, ввернутая в стакан, стопорится шпонкой. Зазор в шаровом соединении не должен превышать 0,015 мм .

Опорой стакана шарового соединения является срезная предохранительная шайба 3, рассчитанная на разрушение при перегрузке пресса .

При срезании предохранительной шайбы необходимо винтом 15 расстопорить гайку 8, вывернуть ее на 1,5–2 оборота, приподнять шатун с регулировочным винтом и стаканом; вращая маховик пресса в режиме «Ручной проворот», заменить предохранительную шайбу; сняв крышку с окна передней части ползуна, затянуть гайку 8 и застопорить ее винтом 15 .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Регулировка штампового пространства производится путем вращения регулировочного винта за его шестигранник. Установленная величина штампового пространства фиксируется стопорными втулками 16 и 17, которые стягиваются винтом 1 .

Нижний предел регулировки штампового пространства ограничивается фиксатором 13 .

1.4.6. Командоаппарат. Командоаппарат (рис. П1.11) предназначен для коммутации тока в электрических цепях управления прессом и управления работой пневмосдувателя .

–  –  –

Командоаппарат устанавливается на левый конец эксцентрикового вала. На втулке 1 закреплены алюминиевые диски 2, 4, 6. Бесконтактные выключатели 3 и 5 установлены на кронштейне, закрепленном на станине .

–  –  –

После подстановки в расчетные формулы значений l, w и угла поворота главного вала в интервале 0–360 о с шагом 30° получены данные о величине параметров S, U и a в зависимости от угла поворота эксцентрика. Результаты расчетов, выполненных в электронной таблице MS EXCEL, приведены в табл. П2.1 .

Графики изменения перемещения, скорости и ускорения перемещения ползуна в зависимости от угла поворота кривошипа приведены на рис. П2.2 .

Как видно на рис. П2.2, характер изменения перемещения ползуна заключается в его возрастании от нуля до максимального значения 50 мм по достижении эксцентриком угла в 180°, после чего значение перемещения монотонно уменьшается .

Скорость эксцентрика достигает своего максимального значения при угле поворота кривошипа в 90°, далее скорость монотонно убывает до нулевого значения при угле порота эксцентрика 180°, после чего меняет знак и уменьшается, достигая максимального отрицательного значения при угле поворота в 270°. Затем скорость монотонно возрастает до нулевого значения .

Ускорение имеет наибольшее значение в начальный момент движения эксцентрикового вала и начинает монотонно убывать, достигая максимального отрицательного значения при угле = 180°, после чего снова монотонно возрастает .

Здесь mк — приведенное плечо крутящего момента идеальной маи шины; mкf — приведенное плечо трения крутящего момента реальной машины .

Параметр mк рассчитывают по формуле и

–  –  –

Как видно из рис. П3.1, максимальное значение крутящего момента на главном валу будет иметь место при угле поворота эксцентрика a = 90 0 и составит 2,39 МН·м. Это объясняется тем, что при a = 90 0 плечо силы имеет наибольшее значение (рис. П3.2) .

–  –  –

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Рис. П3.3. Зависимость Рд от угла поворота главного вала Из графика (рис. П3.3) видно, что, исходя из возрастания приведенного плеча эксцентрикового механизма и остающегося неизменным подаваемого на главный вал крутящего момента, сила деформирования монотонно убывает. Наибольшей силой деформирования является сила в 8 кН при угле поворота в 10°. В диапазоне углов поворота 0–40° сила деформирования убывает гораздо быстрее, чем на промежутке 40–90° .

–  –  –

Вал изготовлен из стали марки 45, для которой примем предел усталостной прочности s -1 = 280МПа [1] .

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Поскольку значение коэффициента усталостной прочности превышает принятое 1,3, условие прочности главного вала выполняется .

–  –  –

4.2.1. Расчет ползуна. На рис. П4.2 показана схема нагружения ползуна, который конструктивно относится к сплошным призматическим ползунам. Принимают [III], что под действием силы Pн = 80 кН нагрузка на ползун будет равномерно распределенной на 2/3 длины ползуна между направляющими станины B .

–  –  –

Для регулировочного винта из стали марки 45 принимаем, [sсм ] = [s из ] = 130 МПа, следовательно, условия прочности для резьбы шатуна выполняются .

Стяжные болты верхней головки шатуна рассчитываем на растяжение и проверяем на выносливость .

Силу растяжения болта определяем по формуле [II]

–  –  –

Станины пресса открытого типа подвергаются изгибу и внецентренному растяжению. Схема станины пресса и характер ее нагружения показаны на рис. П4.5 .

Координаты центров тяжести фигур опасного сечения относительно оси x1 будут (см. рис. П4.6):

• фигура 1 y1 = 210 мм;

• фигура 2 y2 = 40 + 180 = 220 мм;

• фигура 3 y3 = 0,333 Ч10 + 40 @ 43 мм .

В таком случае координата центра тяжести опасного сечения составит

–  –  –

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном курсовом проекте по кузнечно-штамповочному оборудованию был рассмотрен и изучен однокривошипный открытый пресс простого действия марки К2019, ненаклоняемый одностоечный со стационарным столом, который представляет собой быстроходный пресс усилием 80 кН с пневматическим сдувателем. Пресс предназначен для вырубки, пробивки, гибки, неглубокой вытяжки и других холодноштамповочных операций с удалением готовых изделий или отходов на провал или в просвет между стойками пресса .

Дано описания конструкций и назначение основных деталей, узлов и механизмов пресса. Приведены их технические характеристики .

Определены основные кинематические параметры этого кривошипного пресса: скорость, ускорение и путь ползуна. Выполнен расчет энергетических параметров пресса и характер из изменения в процессе работы .

Произведен прочностной расчет основных узлов и деталей пресса, таких как эксцентриковый вал, ползун и его направляющие, сборный шатун и станина. Путем рассчетов на прочность показано, что все основные элементы и узлы пресса будут работать с коэффициентами запаса прочности не ниже рекомендуемых значений .

Пояснительная записка и графическая часть проекта выполнены в соответствии с требованиями работы [IV] .

–  –  –

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

I. Кузнечно-штамповочное оборудование : учебник для машиностроительных вузов / А. Н. Банкетов [и др.] ; под ред. А. Н. Банкетова, Е. Н. Ланского. 2-е изд., перераб. и доп. Москва : Машиностроение, 1982. 576 с .

II. Ланской Е. Н. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов / Е. Н. Ланской, А. Н. Банкетов. Москва: Машиностроение, 1996. 376 с .

III. Власов А. Я. Кривошипные кузнечно-прессовые машины / А. Я. Власов, И. К. Барзыкин, Ю. Г. Букин-Батыров. Москва : Машиностроение, 1982. 424 с .

IV. Стандарт предприятия. Правила оформления курсовых и дипломных проектов УПИ 1–96. Екатеринбург : Изд-во УПИ, 1996. 153 с .

ВВЕДЕНИЕ

1. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ КРИВОШИПНЫХ МАШИН

ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ [15]

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И СТРУКТУРА КРИВОШИПНЫХ

МАШИН

2.1. Классификация кривошипных машин

2.2. Принцип действия и структура кривошипных машин......... 11

2.3. Исполнительные механизмы и их классификация............... 13

2.4. Главные параметры кривошипных машин

3. КИНЕМАТИКА И СТАТИКА КРИВОШИПНЫХ

МАШИН

3.1. Кинематика машины

3.2. Статика машины

4. ЖЕСТКОСТЬ КРИВОШИПНОГО ПРЕССАИ ТОЧНОСТЬ ШТАМПОВКИ

5. ЭНЕРГЕТИКА КРИВОШИПНЫХ МАШИН

5.1. Энергетическая диаграмма (циклограмма) пресса............... 29

5.2. Графики рабочих нагрузок

5.3. Затраты энергии и коэффициент полезного действия......... 37 5.3.1. Расход энергии при рабочем ходе

5.3.2. Потери энергии на включение муфты

5.3.3. Расход энергии при холостом ходе

Оглавление 5.3.4. Энергия упругой деформации пресса

5.3.5. Коэффициенты полезного действия кривошипного пресса

6. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И МОМЕНТ

ИНЕРЦИИ МАХОВИКА

7. ПРИБЛИЖЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ

ПАРАМЕТРОВ КРИВОШИПНЫХ МАШИН

8. ОСНОВНЫЕ ДЕТАЛИ КРИВОШИПНЫХ МАШИН .

РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ

8.1. Ползунно-шатунный узел

8.1.1. Ползуны

8.1.2. Уравновешиватели ползунов

8.1.3. Шатуны

8.1.4. Регулировка хода ползуна и величины штампового пространства

8.2. Главные валы

8.3. Станины

8.4. Подушки

9. ПРИВОД И ДЕТАЛИ ПРИВОДА

9.1. Зубчатые передачи

9.2. Выбор усилий на ползуне, допускаемых прочностью деталей пресса

9.3. Муфты включения и тормоза

9.3.1. Муфты

9.3.2. Тормоза

10. ОПИСАНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ТИПОВ КРИВОШИПНЫХ

ПРЕССОВ

10.1. Ножницы

ОБОРУДОВАНИЕ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ. КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

10.2. Горячештамповочные кривошипные прессы

10.3. Горизонтально-ковочные машины

10.4. Листоштамповочные кривошипные прессы

ТЕМЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ

Пример выполнения курсового проекта

–  –  –

Бурдуковский Владимир Григорьевич Инатович Юрий Владимирович

ОБОРУДОВАНИЕ

КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНЫХ ЦЕХОВ .

КРИВОШИПНЫЕ МАШИНЫ

Редактор И. В. Меркурьева Верстка Е. В. Ровнушкиной Подписано в печать 14.05.2018. Формат 70100 1/16 .

Бумага писчая. Цифровая печать. Усл. печ. л. 13,55 .

Уч.-изд. л. 8,3. Тираж 50 экз. Заказ 101 .

Издательство Уральского университета Редакционно-издательский отдел ИПЦ УрФУ 620049, Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 5 Тел.: 8 (343) 375-48-25, 375-46-85, 374-19-41 E-mail: rio@urfu.ru




Похожие работы:

«МГУ, Биофак, каф. Биофизики 2012 29.10.12 Эстафетные процессы и перистальтические явления в природе Г.Т. Гурия 1,2 О.А. Дудченко 2 1 . Гематологический научный центр МЗ РФ 2. Московский физико-технический институт Перист...»

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР СВИНЕЦ АТОМНО-АБСОРБЦИОННЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА ГОСТ 26880.1-86, ГОСТ 26880.2-86 (СТ СЭВ 5010-85—СТ СЭВ 5013-85) Издание официальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ Москаа получить сертификат РАЗРАБОТАНЫ Министерством цветной металлургии СССР ИСПОЛНИТЕЛИ. г. И. Иааиоа...»

«Секция 3: Современные технологии ликвидации ЧС и техническое обеспечение аварийно-спасательных работ НАДЗОРНЫЕ КАНИКУЛЫ ДЛЯ МАЛОГО БИЗНЕСА Т.В . Парфёнова, студент, научный руководитель: Родионов П.В. Юргинский технологический институт (филиал) Национального исследовательского Томского политехническо...»

«В диссертационный совет Д 212.001. 06 при ФГБОУ ВО "Адыгейский государственный университет" 385000, г. Майкоп, ул. Первомайская, 208 "УТВЕРЖДАЮ " Проректор по научной работе ФГБОУ ВО "Дон...»

«Преобразователи частоты MiniOPD EXP РУКОВОДСТВО ПО УСТАНОВКЕ Перевод с английского TDE Macno SPA – Cod. MAMOPD0000E0 rev.1.8 Приоритетным является оригинальный текст руководства 2 MiniOPD EXP Содержание...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НАУЧНЫЙ СОВЕТ РАН ПО ПРОБЛЕМАМ МАШИНОВЕДЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОВЕДЕНИЯ РАН (ИПМаш РАН) САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕР...»

«AdminTools Технологическое программное обеспечение для приборов и устройств АО Энергомера Руководство оператора AdminTools. Руководство оператора Аннотация Данный документ представляет собой руководство оператора (пол...»

«УДК 316.64 ББК 60.54 КАРЬЕРНЫЕ УСТАНОВКИ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ Мощевитина Т.Ю., студентка ФГАОУ ВО "Уральский Федеральный университет им . Первого президента России Б. Н. Ельцина", г. Екатеринбург, Россия moshevitina94@mail.ru CAREER INSTALLATIONS OF STUDENTS OF...»

«Рабочая программа по английскому языку основное общее образование 2-4 класcы Программу составили: Ажгалиева Ж.М., Балакирова М.Ф., Косарева О.В. Астрахань 2018 Содержание программы Пояснительная записка. 1. Общая характеристика...»

«Санкт-Петербургский Государственный Университет Направление математика и механика Прикладная математика и информатика Разин Михаил Александрович Разработка пакета программ "Финансовое моделирование": анализ инвестиций Бакалаврская работа Научный руководитель: к...»

«РПБ № 84035624.02.37104 стр. 3 Масла моторные для дизельных двигателей G-Profi MSF Действителен до 27.01.2020 г. из 15 по СТО 84035624-149-2014 1. Идентификация химической продукции и сведения о производителе или п...»

«Масло для промывки двигателей автомобилей РПБ № 84035624.19.47952 стр. 3 G-Energy Flushing Oil по СТО 84035624-038-2011 Действителен до 28.08.2022 г. из 16 1 Идентификация химической продукции и сведения о производителе и/или поставщике 1.1 Идентификация химической продукции 1.1.1 Техническое наименование Масло для пром...»

«Материально-техническое оснащение МБДОУ детского сада №3 "Теремок" соответствует требованиям государственного стандарта. В детском саду созданы необходимые условия для эмоционального благополучия, своевременного всестороннего развития каждого ребёнка, обеспе...»

«AMIT 1(46) 2019 ДЕМАТЕРИАЛИЗАЦИЯ ПРОСТРАНСТВА В АРХИТЕКТУРЕ СССР НА РУБЕЖЕ 1950-х – 1960-х ГОДОВ УДК 72.017:72.03(470)“195/196” ББК 85.113(2) Д.И. Михейкин Московский информационно-технологический университет – Московский архитектурно-строительный институт (МИТУ-МАСИ), Москва, Россия Аннотация Статья пос...»

«МЫ БЫЛИ СВИДЕТЕЛЯМИ И УЧАСТНИКАМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭПОХИ "БУРИ И НАТИСКА" ХХ ВЕКА Воспоминания и размышления к 50-летию ЛПДИ – Научно-исследовательской Лаборатории Передачи Дискретной Информации C.-Петербургского университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича Мне писать воспоминания об ЛПДИ совсем не...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Инженерная школа природных ресурсов Направление подготовки 18.04.02 Энер...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Инженерная школа природных ресурсов Направление подготовки 21.04.01 не...»

«Федеральная целевая программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы" Соглашение 14.583.21.0005 от 22.08.2014 Уникальный идентификат...»

«Руководство по эксплуатации Толщиномер покрытий NOVOTEST ТП-1 СОДЕРЖАНИЕ 1 Описание и работа прибора, а также его составных частей.5 1.1 Назначение прибора..5 1.2 Технические характеристики прибора.5 1...»

«Турникет-трипод тумбовый электромеханический PERCo-TTD-03.2 Руководство по эксплуатации РОСС. RU. МЕ 35. В00687 ТУ 3428-032-44306450-2004 СОДЕРЖАНИЕ: 1 . НАЗНАЧЕНИЕ 2. УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ 3. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 4. КОМПЛЕКТ ПОСТАВКИ 5. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ 5.1. О...»

«ДРЕВНЕУРАРТСКАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ МАСТЕРСКАЯ В ГОРОДЕ АРГИШТИХИНИЛИ Доктор история, наук А. А. М А Р Т И Р О С Я Н В ходе археологического обследования Арпиштихинили, одного...»

«ГОСТ 19251.7-93 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ ЦИНК МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЛЮМИНИЯ Издание официальное БЗ 8 -9 6 МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ Минск строительство дачного дома ГОСТ 19251.7-93 Предисловие 1 РАЗРАБОТАН Восточным научно...»

«ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФГБУ "ФКП РОСРЕЕСТРА" С КАДАСТРОВЫМИ ИНЖЕНЕРАМИ Литвинцев Константин Александрович директор ФГБУ "ФКП Росреестра" Москва, 2017 Способы взаимодействия КОНСУЛЬТАЦИИ НА ЛИЧНОМ ПРИЕМЕ СООБЩЕНИЯ НА САЙТЕ УЧРЕЖДЕНИЯ КОНСУЛЬТАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ РАБОЧИЕ ВСТРЕЧИ, СОВЕЩАНИЯ, КРУГЛЫЕ СТОЛЫ И Т. П. СООБЩЕНИЯ НА СТЕ...»

«15415_6443062 АРБИТРАЖНЫЙ СУД ГОРОДА МОСКВЫ 115191, г.Москва, ул. Большая Тульская, д. 17 http://www.msk.arbitr.ru именем Российской Федерации решение г. Москва Дело №А40-128845/2012 25 октября 2013 г. Резолютивная часть решения объявлена 01 октября 2013 г. Полный текст решения изготовлен 25 октября 2013 г.Арби...»

«GAME OVER Введение Как показывает практика, любой антивирус по дизайну уязвим, и реализовать очередной метод обхода в отношении него не является большой проблемой. Гораздо интереснее, по нашему мнению, узнать, как обстоят дела с защитой от уже известных методов атак. Большинство аналитическ...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.