Инжиниринг оборудования для обработки материалов давлением кузнечно-прессовые машины. Ч.2. Молоты. Учебное пособие

окон обеспечивает гашение кинетической энергии падающих частей на сжатие пара в верхней полости цилиндра. Это не только предотвращает удар в крышку цилиндра, но и (самое главное) позволяет падающим частям после достижения крайнего верхнего положения (к. в. п.) немедленно реверсировать свое движение под действием большой силы противодавления верхнего пара.

Сабля при ходе вниз поворачивается по часовой стрелке. Золотник опускается, переходя из позиции в в б, а затем в а, вновь копируя движение падающих частей. Из-за относительно низкого начального положения золотника нижние окна не полностью открываются на выпуск пара из-под поршня. Это тормозит падающие части, приводя к мгновенной остановке в промежуточном положении с недоходом до крайнего нижнего положения (к. н. п.) и немедленному реверсу движения.

При полуоткрытом дросселе и ненажатой педали реверсивное движение падающих частей выполняется сколь угодно долго и составляет цикл холостых качаний. Соотношение между величинами ходов золотника h и падающих частей H в любой период этого цикла подчинено линейной закономерности:

h = kэ H,

где kэ – коэффициент кратности; для молотов с массой падающих частей (м. п. ч.) 630–3150 кг kэ = 0,025–0,040, а для молотов с м. п. ч. 5000–16 000 кг kэ = 0,050–0,066.

Если теперь при подходе падающих частей к к. в. п. до конца нажать педаль, то, во-первых, опустится контроллер и тяга к рычагу скалки дросселя дополнительно повернет внутреннюю втулку, полностью открывая окна (рис. 1.7, в); во-вторых, левое плечо балансира поднимается, передвигая золотник на величину hп в самое высокое положение (рис. 1.7, г), при этом сабля, двигаясь вверх, проскользнет по скосу, но сохранит с ним контакт.

В течение всего хода вниз педаль выдерживается нажатой, поэтому ось вращения сабли неподвижна в своем

21

верхнем положении. Однако сабля при падении бабы может поворачиваться вокруг этой оси. Движение сабли обеспечивается силой тяжести, опускающей золотник пропорционально ходу падающих частей. При подходе падающих частей к к. н. п., т.е. перед ударом, золотник занимает позицию (рис. 1.7, д), оставляя верхние окна чуть приоткрытыми на впуск свежего пара, а нижние – на выпуск.

Рис. 1.7. Перемещения золотника при управлении молотом: а – подъем; б – останов; в – режим качания;   г – удар; д – останов

В течение всего хода вниз верхние окна открыты на впуск, в результате чего в верхнюю полость цилиндра постоянно вводится свежий пар, энергия которого непрерывно ускоряет движение падающих частей. Нижние окна открыты на выпуск, что создает минимально возможное сопротивление со стороны отработавшего пара в нижней полости. В результате к моменту достижения к. н. п. падающие части приобретают максимальную скорость и производят полный удар с максимальной энергией.

22

Тотчас после удара штамповщик отпускает педаль. Под действием отжимной пружины балансир опускает золотник в положение (рис. 1.7, а), а дроссель занимает позицию (рис. 1.7, б). Парораспределительный механизм оказывается в исходном положении, и падающие части начинают первый холостой ход вверх. Если при подходе к к. в. п. штамповщик вновь нажмет педаль, падающие части пойдут вниз и произведут удар без разделения циклом качаний. Если же рабочему надо осуществить вспомогательные операции, например взять новую заготовку, то при свободной педали падающие части начнут качаться, и очередной удар последует только после нажатия ее.

Глубина нажатия на педаль несколько возрастает при увеличении номинала молота: в моделях молотов ВЗКПО им. Калинина с массой падающих частей 630–3150 кг она изменяется от 55 до 80 мм. Подъем золотника от педали не превышает 70–75% его полного хода от сабли:

hn = (0,70...0,75)hm.

Если педаль нажата частично, то подъем золотника происходит не до высшего положения (см. рис. 1.7, г), а ниже. Поэтому при автоматическом опускании золотника от хода падающих частей возможна не только отсечка верхних и нижних окон, но и открытие нижних окон на впуск, а верхних – на выпуск. В результате поступление пара в верхнюю полость цилиндра на разгон падающих частей сократится, а сопротивление пара в нижней полости увеличится, поэтому конечная скорость в к. н. п. уменьшится и произойдет неполный удар с энергией тем меньше максимальной, чем меньше нажата педаль.

Механизм управления штамповочного молота позволяет работать и сериями очень легких автоматических последовательных ударов при чуть нажатой педали. По сути это преобразованный цикл качаний, когда из-за приподнятого золотника в верхнюю полость поступает столько свежего пара, что его энергии достаточно для совершения полного хода

23

с нанесением удара. Однако противодавление нижнего пара оказывается большим, так как золотник от сабли опускается слишком низко, и падающие части без задержки в к. н. п. после легкого удара немедленно начинают подъем при нажатой педали.

Профиль сабли строится графическим способом с учетом обеспечения прямой пропорциональности хода золотника h ходу падающих частей Н и минимального износа трущихся поверхностей сабли и бабы.

Ковочный молот. У ковочных молотов наблюдается большое разнообразие схем парораспределения и управления. Рассмотрим управление унифицированным парораспределительным механизмом молота М1343 с массой падающих частей 2000 кг выпуска ВЗКПО им. Калинина.

Механизм управления (рис. 1.8) обеспечивает возможность нанесения управляемых единичных ударов, держание падающих частей на весу, а также прижим поковки и состоит из рукоятки 9 дросселя с тягой 6 к рычагу 3; рукоятки 8 золотника; балансира 5 с осью качания в станине молота; сабли 7 с осью качания в балансире. Правое плечо сабли шарнирно соединено тягой 4 через двуплечный рычаг 1 и серьгу 2 со скалкой золотника.

Перед началом работы рукоятка 9 находится внизу, и поэтому дроссельные окна перекрыты. Для доступа пара в золотниковую коробку эту рукоятку поднимают. Золотник в исходном положении (падающие части внизу) также опущен, наполовину приоткрывая нижние окна на впуск свежего пара (рис. 1.9, а). Поэтому падающие части тотчас после подъема рукоятки 9 начинают ход вверх. Теперь при помощи сабли в действие вводится кинематическая связь бабы с золотником. Поворот сабли против часовой стрелки автоматически поднимает золотник на величину hm, отсекая полости цилиндра (рис. 1.9, б). В результате дальнейший подъем падающих частей происходит только за счет энергии расширения отсеченного объема пара. Как только будет достигнуто равновесие подъемной силы нижнего пара и сил

24

сопротивления (силы тяжести, силы трения, верхнего противодавления), падающие части остановятся и осуществится цикл держания их на весу в к. в. п.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Рис. 1.8. Механизм управления ковочным молотом:   1 – рычаг; 2 – серьга; 3 – рычаг; 4 – тяга;  

5 – балансир; 6 – тяга; 7 – сабля; 8 – рукоятка золотника; 9 – рукоятка дросселя

Для нанесения удара резко опускают рукоятку 8 (см. рис. 1.8). Золотник дополнительно поднимается на hп, открывая верхние окна на впуск, а нижние – на выпуск (рис. 1.9, в). Падающие части под действием давления свежего пара, поступающего в верхнюю полость цилиндра, и силы тяжести устремляются вниз. При этом рукоятка остается неподвижной, но золотник, благодаря сабле, автоматически опускается на hm, сначала уменьшая проходные сечения верхних окон

25

на впуск и, соответственно, нижних окон на выпуск, а затем и перекрывая их (рис. 1.9, г). Для возвращения золотника после удара в исходное положение смещают рукоятку 8 вверх лишь настолько, чтобы золотник опустился на hп в начальную позицию (рис. 1.9, а). После этого падающие части вновь начинают подъем до к. в. п.

С.П. С.П.

Рис. 1.9. Перемещения золотника при управлении ковочным молотом: а – подъем; б – останов; в – удар;   г – останов

Итак, автоматическая часть механизма управления ковочного молота, несмотря на внешнее сходство, выполняет совершенно иные функции, нежели у штамповочного. Здесь сабля предназначена для того, чтобы, во-первых, обеспечить автоматическую отсечку нижнего пара при ходе вверх для предотвращения сильного удара в крышку и удержать падающие части на весу, а, во-вторых, облег-

26

чить труд машиниста, уменьшая почти вдвое амплитуду качания рукоятки золотника.

Для нанесения полного удара рукоятку 8 нажимают полностью, и золотник совершает ход вверх hп. При неполном ударе ход рукоятки уменьшают. Подъем золотника уменьшается, а от сабли при ходе падающих частей вниз верхние

инижние окна полностью перекрываются опускающимся золотником.

Цикл прижима осуществляется так. Когда падающие части находятся в к. в. п., машинист немного опускает рукоятку золотника, приоткрывая нижние окна, и тут же закрывает их, поднимая рукоятку. Порция нижнего пара уходит на выхлоп, и баба слегка опускается. Совершая такие качания рукояткой, машинист плавно опускает падающие части на поковку, а затем резким движением рукоятки вниз впускает верхний пар.

Экономичность работы ковочного молота достигается качественным регулированием энергоносителя. В зависимости от условий эксплуатации машинист на основе своего опыта устанавливает несколько положений дросселя, соответствующих наименьшему расходу пара. Для фиксации этих положений на рукоятке дросселя есть защелка, при помощи которой рукоятка закрепляется на зубчатом секторе станины.

1.2.2.Система смазки молотов

Всовременных молотах применяется комбинированный способ смазки минеральными маслами или консистентными смазками. Выбор системы смазки и смазочного материала зависит от условий работы сопрягаемых деталей или узлов.

От приводной маслостанции, состоящей из плунжерного насоса с электродвигателем и установленной на специальной стойке рядом с молотом, непрерывно подается цилиндровое масло марок 11 или 24 для смазки цилиндра, золотника

идросселя.

27

Направляющие и скос под саблю смазывают вручную смесью из 70% цилиндрового масла, 10% цинковых белил и 20% коллоидного графита.

Контактные плоскости, например стоек с шаботом, шприцуют солидолом УС-3. Все подшипники качения смазывают консталином УТ-1, а скольжения – цилиндровыми маслами.

1.3.Расчет на прочность основных узлов

1.3.1.Расчет штока молота на прочность

При расчетах принимают определенные допущения, упрощающие условия задачи.

Применяемый метод разработан В.Г. Березкиным и принимает во внимание напряжения в свободной части штока без учета напряжения в его конусной части, запрессованной в бабе. Максимальное напряжение, возникающее в нижнем сечении штока, определяется соотношениями:

σmax = σΣ + σизг;

n = σм /σmax; n ≥ nз.

Оно должно быть меньше допускаемого для данного материала штока напряжения (σм) c коэффициентом запаса nз =  = 1,2–2 и зависит от циклической нагрузки конкретного молота.

Суммарное напряжение в нижнем сечении штока по месту сочленения его с бабой определяется формулой 1.1. Кроме напряжения, указанного в формуле 1.1, в штоке возникает изгибающее напряжение σизг, определяемое по формуле 1.2, происходящее в следствие эксцентриситета ковки и зазоров в направляющих бабы. При определении напряжений от изгиба принимают, что шток в верхней части жестко заделан (рис. 1.10), а в нижней части вместе с бабой поворачивается на угол 2ϕи смещается в сторону на величину λ.

28

2

2

0

Рис. 1.10. Схема изгиба штока

Суммарное напряжение в нижнем сечении штока по месту с бабой

где V0 – скорость бабы к моменту удара, м/с (обычно у ковочных молотов около 7 м/с, а у штамповочных доходит до 9 м/с); Е – модуль упругости материала штока, МН/м2;

Gn – вес поршня, МН;

Gш – вес свободной части штока, МН;

29

M – масса шабота, кг; m – общая масса падающих частей, кг (определяется как частное от деления веса на ускорение земного притяжения);

k – коэффициент восстановления (для ковочных молотов k = 0,3, а при ковке жаропрочных сплавов k = 0,45; для штамповочных молотов k = 0,4, а при штамповке жаропрочных сплавов k = 0,5; в установках для холодной нагартовки k = 0,56);

м/с (E – модуль упругости материала штока, МН/м2; q – 9,8 м/с2; r – удельный вес материала штока, МН/м3).

По второй методике учитывают, что детали молота подвергаются интенсивным ударным нагрузкам. Расчет на максимальную нагрузку и максимальные напряжения необходим для разработки прочной конструкции деталей молота [2].

Таким образом, долговечная и надежная работа штока определяется предельно допустимой скоростью падающих частей перед ударом. Деформирование поковки с большой скоростью приведет к быстрой поломке штока.

Если удар наносится с эксцентриситетом, то из-за поворота бабы во фронтальной плоскости вследствие зазоров в направляющих происходит импульсный изгиб штока, и в нем возникают поперечные напряжения. Для их снижения нет необходимости в каких-либо конструктивных изменениях молота, достаточно лишь строго выдержать зазоры между бабой и направляющими. В пределах требований на нормы точности для штамповочных молотов эти зазоры равны 0,20–0,35 мм на сторону (для мелких и средних молотов) и 0,40–0,50 (для крупных). Для всех ковочных молотов допускаются зазоры 0,25–0,375 мм на сторону.

Зазор необходим для устранения заклинивания бабы в направляющих из-за ее включения в процессе работы молота, вызванного разогревом на 100–150 °С. В направляющих бабы зазор обычно составляет величину λ′ на сторону,

30