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

не меньшую 0,030 см. Вследствие того, что направляющие зубья выполняют под углом 60°, зазор вдоль фронта получается равным λ = λ′/ sin30 = 2λ′, отсюда λ ≥ 0,06 см.

Напряжение от изгиба в нижнем сечении штока

где I = 0,1dш4 – момент инерции сечения штока, м4; λ – зазор в направляющих, м; dш – диаметр штока, м; l – высота бабы, м; lш – длина тока, м.

Детали молота подвергаются интенсивным ударным нагрузкам. Расчет на максимальную нагрузку (и максимальные напряжения) необходим для разработки прочной конструкции деталей молота.

Максимально возможное усилие, развиваемое при ударе штампа о штамп без учета местных упруго-пластических деформаций:

где ρ – плотность материала штока, МН/м3; c – скорость упругой волны, м/с; fш – площадь сечения штока, м2; V – скорость удара, м/с.

Оптимальный диаметр штока выбирается из условий минимальных продольных напряжений и напряжений изгиба в нем, а также из условий устойчивости (d ≥ 0,04lш) и максимальной передачи энергии массой штока:

где Vn – объем поршня, м3; lш – длина свободной части штока без верхнего и нижнего конусов, м; lк – длина нижнего конуса штока, м.

Действительные усилия при ударе обычно меньше величины, определяемой по формуле (1.3), и это учитывается введением коэффициента восстановления k < 1 и других ко-

31

эффициентов, отражающих условия нагружения той или иной детали. Подставляя выражение для плотности мате-

риала штока ρ = m = m hδ (Vδ , Sδ , hδ – объем, площадь сече-

Vδ Sδ π

ния и высота бабы) и введя k = 1 и фазовый коэффициент 10

в формулу (1.3), получим выражение для определения максимальной нагрузки:

Расчет на рабочую циклическую нагрузку, возникающую при ударе, необходим для обеспечения долговечности конструкции молота. Низшую частоту (в Гц) свободных продольных колебаний (изменения напряжений) можно при-

рима с максимальным значением напряжений. Напряженное состояние в штоке при ударе подвижных частей можно анализировать двумя методами – волновым и энергетическим – на основе задачи волновой механики об ударе стержня о жесткую преграду со скоростью Vи на основе равенства кинетической энергии и работы упругой деформации штока.

Согласно волновому методу при рассмотрении колебаний

снизкой частотой наибольшее напряжение следует ожидать

вместе заделки штока в бабу к концу первой четверти периода свободных колебаний. В условиях упруго-пластического соударения бабы молота с шаботом, когда между ними имеется поковка, а не жесткая преграда, на упругую деформацию штока затрачивается только часть энергии, и напряжения уменьшаются, что можно учесть введением в формулу для определения σmax коэффициента восстановления k. Тогда

32

где k = 0,65…0,7 для ударов в окончательном ручье; ω0 – наименьшая угловая частота свободных колебаний системы

Допускаемые напряжения соответствуют пределу выносливости при сжатии – растяжении с симметричным циклом:

Допускаемая скорость соударения при условии σmax ≤ [σ]:

Максимальное напряжение сжатия в штоке без учета жесткости удара определяют по формуле Е.П. Унксова с по-

33

первый член которой, полученный решением уравнения продольных колебаний стержня, аналогичен первому члену уравнения (1.9), а второй учитывает влияние инерционных сил поршня. Расчеты по формулам (1.10) и (1.13) дают близкие результаты, подтверждаемые экспериментами.

Напряжения изгиба в штоке определяют из уравнения баланса кинематической энергии поворота подвижных частей при эксцентричном ударе и потенциальной энергии упругой деформации штока, станины и направляющих выступов бабы:

где ??? – угол поворота бабы, зависящий от hд, зазора λ, эксцентриситета е, контактных упругих деформаций:

hδ

Напряжения изгиба в штоке возрастают с увеличением зазора в направляющих и эксцентриситета приложения нагрузки. Для штамповочных молотов с m = 630–3150 кг рекомендуется зазор на сторону в пределах 0,07–0,1 мм, для более крупных молотов – 0,40–0,50. Для всех ковочных молотов рекомендуются зазоры 0,25–0,375 мм на сторону. Наибольший допустимый эксцентриситет не должен превышать половины ширины бабы.

Контактное давление на поверхности конуса можно определить приближенно по формуле

где fш– площадь сечения штока, м2; fk, hш – площадь и высота усеченной поверхности конусной части штока; q – допускаемое контактное давление для материала втулки.

34

Вопросы для контроля и самопроверки

1.Каковы методики расчета штоков и принятые допущения?

2.В чем разница расчета штоков ковочных и штамповочных молотов?

3.Каково влияние зазоров в направляющих молотов на напряжения, возникающие в штоках?

4.Чем определяется величина эксцентриситета нагружения и каково ее влияние на напряжения, возникающие

вштоке?

5.В чем состоит принцип определения оптимального диаметра штока?

6.Чем определяется величина контактного давления на поверхности конуса заделки штока в бабе?

1.3.2. Расчет виброизоляции штамповочных молотов. Конструкции и элементы виброизоляции

Виброизоляцию с применением инерционных блоков выполняют опорной и подвесной.

Подвесная конструкция (рис. 1.11), несмотря на большую стоимость изготовления и большие габаритные размеры в плане (по сравнению с опорной), нашла применение в кузнечных цехах благодаря удобству обслуживания упругих элементов.

Наибольшее распространение как для легких, так

идля тяжелых молотов получила спорная конструкция, которая выполняется с упругими элементами, расположенными по периметру или вдоль дна инерционного блока (рис. 1.12, а, б).

Если упругие элементы установлены по диаметру дна инерционного блока, то для их осмотра предусматривается проход не менее 50 см между внутренней стойкой короба

иинерционным блоком для легких и средних молотов (с массой падающих частей до 10 т) и не менее 80 см для тяжелых

35

молотов. Конструкции, у которых упругие элементы расположены рядами вдоль дна инерционного блока, применяют только тогда, когда трудно разместить их по периметру дна. В этом случае обеспечивается зазор между дном короба и инерционным блоком не менее 80 см для молотов с массой падающих частей до 10 т и не менее 100 см для более тяжелых молотов.

3

4

1

2

Рис. 1.11. Конструкция подвесного виброизолированного фундамента: 1 – инерционный блок; 2 – анкерные консоли; 3 – соединительные тяги; 4 – короб

Сооружение выброизолированных фундаментов начинается с короба. Одно из основных требований – это тщательная гидроизоляция короба. При бетонировании короба основное внимание обращается на изготовление тумбочек под упругие элементы. Верхняя поверхность тумбочек должна быть горизонтальна (отклонение допускается ±3 мм на длине 1000 мм).

36

Рис. 1.12. Конструкция опорного виброизолированного фундамента: а – с расположением упругих элементов по периметру инерционного блока; б – с расположением элементов виброизоляции вдоль дна инерционного блока; 1 – инерционный блок; 2 – настил; 3 – короб;  

4 – виброизоляторы; 5 – виброгасители

Масса инерционного блока в 30 раз превышает массу молота, поэтому его бетонирование производится непосредственно в коробе. Упругие элементы устанавливают в строгом соответствии с чертежами до изготовления инерционного блока. Пружинные выброизоляторы перед установкой сжимают на величину статической осадки под прессом и затягивают болтами. Металлическое днище блока должно обладать достаточной жесткостью.

Размеры инерционного блока и его расположение относительно упругих элементов выполняют, обеспечивая совпадение координат центра тяжести инерционного блока с молотом и центра жесткости упругих элементов. При при-

37

менении комбинированных упругих элементов это условие должно выполняться раздельно для каждого типа элемента.

Габаритные размеры инерционного блока зависят от его расчетной массы и необходимой глубины заложения фундамента. Минимальная толщина подшаботной части инерционного блока определяется из условия прочности в зависимости от марки бетона и МПЧ. Для молотов с массой падающих частей (МПЧ) до 3 т рекомендуется бетон марки не ниже 200, а для молотов с МПЧ свыше 3 т – бетон не ниже марки 300. Минимальные толщины приведены в табл. 1.4.

1

2

3

Рис. 1.13. Пружинный выброизолятор для фундаментов опорной конструкции: 1 – пружинные элементы;  

2 – корпус; 3 – стяжные болты

38

В качестве упругих элементов для виброизоляции молотов чаще всего используют цилиндрические пружины и резину. Комплект цилиндрических пружин выполняет роль виброизоляторов. В табл. 1.4 и 1.5 приведены характеристики пружин, применяемых для виброизоляции штамповочных молотов. Каждый виброизолятор состоит из нескольких пружин, заключенных в стальном корпусе: на рис. 1.13 показан виброизолятор из двух спаренных пружин, рассчитанный на предельную нагрузку 124 кН. Виброизолятор компонуют таким образом, чтобы внутренние пружины имели завивку с углом наклона, противоположным внешним пружинам.

1

2

3

Рис. 1.14. Виброгаситель для фундаментов опорной конструкции: 1 – резиновые элементы;  

2 – основание; 3 – болты монтажные

40