Инжиниринг оборудования для обработки материалов давлением кузнечно-прессовые машины. Учебное пособие

Материал – углеродистая сталь с содержанием С 0,30–0,45% или низколегированной стали с содержанием Ni 1,5–2,0%. Поверхность колонн при изготовлении обязательно шлифуется до Rz = 0,05. Крепление колонн с поперечинами осуществляется с помощью буртов и гаек, гаек, гаек и конических втулок.

Цилиндры ГП подразделяются, как это показано на рис. 4.2, на:

–плунжерные (а), дифференциально-плунжерные (б) и поршневые (в);

–подвижные и неподвижные;

–с опорой на фланец и с опорой на дно.

Рис. 4.2. Типы цилиндров ГП: а – плунжерные; б – дифференциально-плунжерные; в – поршневые

По количеству рабочих цилиндров различают прессы одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые. Так, например, горячештамповочный пресс с усилием 750 МН имеет 8 рабочих цилиндров. По типу применения цилиндров различают поршневой, плунжерный и дифференциально-плунжерный типы цилиндров.

Для гидропрессов силой до 2,5 МН, работающих на минеральном масле, обычно применяют рабочие поршневые цилиндры, а для более крупных прессов (в основном работающих на водной эмульсии) используют плунжерные ци-

61

линдры с опорой на фланец и на дно и дифференциальноплунжерные цилиндры (в основном в качестве возвратных). Плунжерные гидроцилиндры – это аппараты одностороннего действия: они передают силу давления жидкости только в одном направлении. Гидроцилиндры поршневого типа – аппараты двухстороннего действия.

Выбор типа гидроцилиндра зависит от рабочей жидкости. Работа на водомасляной эмульсии сопровождается корродированием поверхностей и повышенными (по сравнению с работой на масле) трением и износом. Поэтому при работе на водомасляной эмульсии рекомендуется использовать плунжерные и дифференциально-плунжерные цилиндры. При работе на минеральном масле можно использовать цилиндры любого типа.

Поршневые цилиндры. Поршневые гидравлические цилиндры – это серийно изготавливаемые комплектующие изделия. Их используют для работы при давлении масла р = = 32 МПа в прессах с номинальной силой 0,63–2,5 МН.

Конструктивная схема представлена на рис. 4.3, а. Цилиндр 1 изготовлен из поковки. Крышка 17 закреплена в цилиндре гайкой 18. Направление штока 2 обеспечивается бронзовой втулкой 5. Она зафиксирована в цилиндре разрезным кольцом 14 и фланцевой втулкой 8. Кольцо 14 удерживается в кольцевой канавке цилиндра коническим кольцом 13. Герметизацию полостей цилиндра обеспечивают уплотнения 3, 10, 11, 15, 16. Кольцо 9 служит для очистки штока от загрязнений (грязесъемное кольцо). Для крепления цилиндра в станине пресса используют полукольца 6, фланец 7 и гайку 4.

Цилиндр, поршень и шток изготовляют из стали 45 или 45Х. Поршень и шток подвергают термической обработке до твердости 28–32 HRC. Втулку 5 выполняют из бронзы или из биметаллических материалов: сталь с бронзой; сталь с полиамидным антифрикционным покрытием рабочей поверхности.

62

Рис. 4.3. Конструкции цилиндров: а – поршневого типа: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3, 10, 11, 15,

16 – уплотнительные кольца (манжеты); 4 – гайка; 5, 8 – втулка; 6 – разъемное стопорное кольцо; 7 – фланец; 9 – грязесъемное кольцо; 12 – шток; 13 – распорное стопорное кольцо;14 – разъемное

стопорное кольцо; 17 – крышка; 18 – гайка;

б– плунжерного типа с опорой на фланец:

1 – цилиндр; 2 – плунжер; 3 – направляющая втулка; 4 – уплотнительное устройство; 5, 7 – фланец; 6 – нажимное кольцо; 8 – тормозной плунжер

На рабочую поверхность поршня также наносят антифрикционные покрытия. Рабочие поверхности крышки 17 и штока 12 обрабатывают до шероховатости Ra < 0,16 мкм, а поверхности цилиндра – до шероховатости Ra < 0,32 мкм.

63

Плунжерные цилиндры. На рис. 4.3, б показана распространенная конструкция литого гидроцилиндра плунжерного типа с опорой на фланец, дно которого выполнено за одно целое с цилиндром. В цилиндре 1 установлен плунжер 2, для направления которого предусмотрена втулка 3. Уплотнительное устройство 4 предназначено для герметизации полости цилиндра. Оно удерживается в цилиндре с помощью фланца 7 и нажимного кольца 6. Цилиндр фиксируется в станине с помощью фланца 5. Для уменьшения скорости плунжера при подходе его к крайнему верхнему положению используется тормозной плунжер 8. При входе его в отверстие А, предназначенное для подвода и отвода жидкости, гидравлическое сопротивление проходного сечения существенно возрастает. Поэтому давление жидкости, а значит, и сила сопротивления движению плунжера увеличиваются, что обеспечивает безударную остановку.

Литые цилиндры плунжерного типа выполняют из стали 35Л или 45Л. Плунжеры изготовляют из углеродистых конструкционных сталей марок 45 или 60, реже – из хромоникелевых или хромомолибденовых сталей. Для повышения износостойкости плунжеры подвергают поверхностной закалке. Втулки выполняют из бронзы марок БрАЖМц 10-3-1,5; БрОЦС5-5-3.

Сопряжение «плунжер – втулка» должно быть выполнено по посадке Н8/17 или H7/f7. Шероховатость поверхностей плунжера и втулки должна быть не ниже восьмого класса (среднеарифметическое отклонение профиля Ra = = 0,32–0,63 мкм).

Для работы с высоким давлением рабочей жидкости (свыше 100 МПа) применяют двухслойные гидроцилиндры предварительно напряженной конструкции (рис. 4.4, г). Существенного уменьшения наружного диаметра достигают рациональным распределением напряжений по толщине слоев. Более равномерного распределения напряжений по толщине стенки цилиндра достигают применением для одного из слоев материала с повышенным пределом теку-

64

чести. Увеличенная усталостная прочность конструкции благодаря уменьшению амплитуды изменения напряжений позволяет создавать компактные цилиндры, рассчитанные на давление выше 100 МПа.

Рис. 4.4. Конструкции плунжерных цилиндров: а – литой с опорой на фланец; б – кованый с опорой

на дно; в – составной; г – двухслойный; д – скрепленный обмоткой стальной лентой (проволокой)

Наружный слой соединяют с внутренним по посадке с натягом, благодаря чему наиболее напряженная зона цилиндра при сборке нагружается сжимающими напряжениями. Они уменьшают растягивающие напряжения при нагружении цилиндра внутренним давлением.

Для прессов с уменьшенным ходом рабочего плунжера цилиндр может принять форму, изображенную на рис. 4.4, а. Изготовление такого цилиндра (ковка, механическая обработка) облегчается. При малом ходе рабочего плунжера применяют цельный цилиндр с опорой на дно (см. рис. 4.4, б), который можно выполнить подвижным и не-

65

подвижным. В такой конструкции исключено возникновение дополнительных напряжений, обусловленных наличием фланца, а также проще создать опору, не вызывающую значительной неравномерности напряжений по окружности цилиндра. Это позволяет уменьшить запас прочности цилиндра. Дальнейшим совершенствованием конструкции является изготовление цилиндров с отъемным дном – составного и двухслойного (см. рис. 4.4, в, г). В такой конструкции возникают практически только радиальные и тангенциальные напряжения. Доступ к внутренней поверхности цилиндра с обоих торцов облегчает его механическую обработку.

Уплотнение подвижного соединения может быть расположено на плунжере (см. рис. 4.4, г), тогда цилиндр не будет ослаблен расточкой под уплотнительный узел, и высокое давление будет действовать не на весь цилиндр, а лишь на участок, соответствующий ходу плунжера. Часто применяют манжетные уплотнения из пластмасс с малым коэффициентом трения, обладающие по сравнению с резиной повышенным сопротивлением выдавливанию в зазор. При давлении рабочей жидкости 100 МПа и более для предупреждения выдавливания манжеты в зазор применяют специальные бронзовые обтюраторы.

Обеспечение более равномерного нагружения слоев материала цилиндра при одновременном использовании материала с высоким пределом прочности достигают применением цилиндров, скрепленных проволокой или лентой из высокопрочной стали (см. рис. 4.4, д). Например, цилиндр такой конструкции фирмы ASEA (Швеция) для пресса силой 140 кН при давлении 400 МПа имеет внутренний диаметр 690 мм, а наружный – 1260 мм. Подобные конструкции были разработаны во ВНИИМетмаш.

Конструкции рабочих плунжеров. Плунжеры предназначены для передачи возвратно-поступательного движения поперечине относительно цилиндра и передачи силы от цилиндра на поперечину. При диаметрах более 200 мм для прессов

66

с номинальной силой Рн > 5 МН плунжеры изготавливают полыми. Схемы соединения плунжера с поперечиной представлены на рис. 4.5.

D + 10

Рис. 4.5. Способы крепления плунжеров рабочих цилиндров с подвижной поперечиной: а, б – жесткое соединение; в, г – шарнирное соединение

Крепление плунжеров рабочих цилиндров с подвижной поперечиной осуществляют несколькими способами.

1.Соединение (см. рис. 4.5, а, б) целесообразно в прессах

содним плунжером или в трехплунжерных прессах для крепления центрального плунжера. При наличии нескольких

67

плунжеров жесткое крепление потребовало бы высокой степени точности размеров, определяющих расположение гнезд для крепления плунжеров в подвижной поперечине и рабочих цилиндров в верхней поперечине. Малейшая неточность вызывает перекосы при монтаже, что приводит к преждевременному и неравномерному износу уплотнений, особенно при эксцентричном приложении деформирующей силы. Поэтому в многоцилиндровых прессах не рекомендуют жесткое крепление плунжеров рабочих цилиндров. При перекосах поперечины нагрузка передается на направляющую втулку цилиндра, что приводит к образованию задиров. Рекомендуемые материалы: хромоникелевые, хромомолибденовые легированные стали.

2.Шарнирное соединение (см. рис. 4.5, в, г) удобно при монтаже и позволяет увеличить срок службы уплотнений по сравнению с жестким креплением. Поэтому его применяют в прессах для ковки. Однако в шарнирной пяте возникает значительный момент трения при перекосах поперечины, что вызывает также неравномерный износ уплотнений и направляющей втулки плунжера. Необходимое направление обеспечивают втулки. В трехцилиндровых гидравлических прессах используют боковые плунжеры с шарнирным соединением. Рекомендуемые материалы: кованые углеродистые стали 45 и 60 с закалкой.

3.Соединение плунжеров боковых рабочих цилиндров

сподвижной поперечиной в крупных гидравлических прессах осуществляется посредством промежуточных стержней, называемых пестами. Это увеличивает сроки службы направляющих втулок плунжеров и уплотнений. Недостатки этой конструкции: сложна, габаритна, поэтому ее нецелесообразно применять в гидравлических прессах с малыми номинальными усилиями.

ГП классифицируют на основе общих характерных признаков: по роду гидропривода; технологическому назначению; конструктивному исполнению; температуре и среде обработки.

68

По роду гидропривода. ГП разделяют на прессы с насосным приводом (с аккумулятором и без него) и с мультипликатором (механическим или паровоздушным) приводом. При этом различают групповой (на несколько прессов) и индивидуальный приводы.

По технологическому назначению. ГП отличают по конструкции основных узлов, их расположению и количеству, величине основных параметров. ГП подразделяют на прессы для обработки металлов и для обработки неметаллических материалов.

ГП для обработки металлов делят на:

–универсальные;

–пресс-ножницы;

–ковочные;

–прошивные;

–протяжные (протяжка труб через матрицы);

–штамповочные;

–трубопрофильные (горячее прессование);

–прутковопрофильные (горячее прессование);

–для штамповки выдавливанием (горячая и холодная штамповка);

–гибочные;

–правильные;

–листоштамповочные;

–вырубные;

–специализированные (гидростатическое прессование, обработка в состоянии сверхпластичности);

–для пакетирования (стружка, порошки, отходы).

ГП для обработки неметаллов делят на:

–для неметаллических порошков;

–для пластмасс;

–для спресовки плит и листов;

–для пакетирования и брикетирования;

–электродные и анодные;

–термопластавтоматы;

69

– специальные (для получения искусственных драгоценных камней).

По конструктивному исполнению ГП делят на:

–вертикальные и горизонтальные;

–с верхним и нижним приводом;

–прессы простого, двойного, тройного действия;

–прессы-автоматы (ГОСТ 10739–84).

По конструкции станины различают ГП с колонной и рамной станиной (открытого и закрытого типа), скрепленные (лентой, проволокой).

По количеству рабочих цилиндров ГП делят на одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые (многоплунжерные). Количество рабочих цилиндров определяется на этапе конструирования в зависимости от мощности ГП и его назначения.

4.2.Гидропривод

Взависимости от назначения гидропривод подразделяют на индивидуальный и групповой. Для прессов и других машин применяют как индивидуальный, предназначенный для одной машины, так и групповой – для нескольких машин.

Вкачестве группового привода гидропрессов и других машин обычно используют насосно-аккумуляторные станции (НАС).

Всовременных НАС используют кривошипно-плунжерные насосы и гидропневматические беспоршневые аккумуляторы.

Стандартное условное давление рабочей жидкости НАС составляет 20–32 МПa. Аккумулятор запасает жидкость, подаваемую насосами под давлением, во время пауз в работе прессов и в периоды пониженного расхода жидкости, а подает ее в моменты, когда потребление жидкости превышает подачу насосов. Рабочими жидкостями приводов служат

минеральное масло «Индустриальное» вязкостью 20–50 сСт (сантистоксы; 1сСт = 1 мм2/с) при 50 С (для насосного при-

вода) и водная эмульсия, представляющая собой 2–3%-ную

70