Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел IV. МОЛОТЫ

закаливают по режиму, соответствующему данной марке стали, с охлаждением в масле до 400...450 °С. Затем шток охлаждают до 150 °С в утепленной яме. В ре­ зультате его твердость составляет 40,5 ...45,5 HRCg.

Коробление при термообработке не допускается, поэтому нагрев рекоменду­ ют производить в шахтных печах. Применяют индукционный нагрев штоков.

Определенное влияние на стойкость штока оказывает качество обработки его поверхности: чем меньше параметр шероховатости, тем больше устранено концентраторов в виде микротрегцин, надрезов и т. д. Поэтому поверхность штока после чистового точения шлифуют до Rz = 0,63...0,32 мкм. Для повыше­ ния стойкости применяют также упрочняющую обкатку роликом, прижатым к штоку силой 30...40 кН.

После того как шток изготовлен, его консервируют, густо смазывая, и пере­ дают на хранение. При этом царапины, забоины и тем более ржавчина совер­ шенно недопустимы.

Современное исследование напряженного состояния в штоке при ударе па­ дающих частей основано на типовой задаче волновой механики об ударе стерж­ ня с начальной скоростью VQ О жесткую преграду. Наличие поршня при этом учитывается как дополнительное ударное воздействие его массы т^ на стержень. Результаты такого решения удовлетворительно подтверждают данные экспери­ ментальных исследований, согласно которым условие прочности штока можно записать в виде

^ ЕК^ 4(l-coscoi:J

где X^=1/CQ - время прохождения ударной волны по штоку; / - длина штока; CQ =->JЕ/Р - скорость ударной волны (для стального штока с^ = 5П2 м/с). Коэффи­ циент отскока А:^ введен здесь для того, чтобы учесть жесткость удара, поскольку в реальных условиях определенная часть эффективной энергии расходуется на упругопластическую деформацию поковки, инструмента, подштамповой плиты и т. п.,

итем самым приблизить расчетные значения напряжений к экспериментальным.

Вкачестве допускаемого напряжения необходимо принимать предел вынос­ ливости при сжатии-растяжении с симметричным циклом нагружения:

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

Если удар наносится с эксцентриситетом, то из-за поворота бабы во фрон­ тальной плоскости вследствие зазоров в направляющих происходит импульсный изгиб штока и в нем возникают поперечные напряжения. Для их снижения нет

380

Глава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

необходимости в каких-либо конструктивных изменениях молота, достаточно лишь строго выдержать зазоры между бабой и направляющими. В пределах тре­ бований на нормы точности для штамповочных молотов эти зазоры должны быть следующими: 0,20...0,35 мм на сторону для мелких и средних молотов и 0,40...0,50 мм - для крупных. Для ковочных молотов допускают зазоры 0,25...0,375 мм на сторону независимо от размеров молота.

Для повышения прочности штоков полезны технологические мероприятия, устраняющие обработку металла в эксцентрично расположенных заготовитель­ ных и черновых ручьях в результате применения периодического проката или вальцованных заготовок.

16.7. Механизмы парораспределения и управления

Механизм, предназначенный для регулирования параметров энергоносителя и, следовательно, циклов движения и скорости падающих частей, называют па­ рораспределительным.

Регулирование является количественным, если соотношения между силами изменяются за счет объема энергоносителя, поступающего в рабочий цилиндр. Если же изменяется качество энергоносителя, т. е. давление, то регулирование называют качественным. Количественное регулирование можно осуществить, изменяя время открытия проходных сечений для впуска энергоносителя с на­ чальными параметрами (свежего) в рабочий цилиндр или выпуска отработавше­ го. Качественное регулирование достигают дросселированием энергоносителя при протекании его через специальные переменные сечения с изменяющимся сопротивлением.

Рабочие органы парораспределительного механизма могут быть выполнены

ввиде:

1)клапанных устройств, в которых подъем клапанов от седла открывает,

апосадка на место прекращает подачу энергоносителя;

2)золотниковых устройств, в которых полки цилиндрического золотника в хо­ де возвратно-поступательного движения перекрывают отверстия (окна) втулки, прекращая впуск свежего энергоносителя или начиная выпуск отработавшего;

3)крановых устройств, в которых проходные окна открываются или закры­ ваются при повороте внутренней втулки относительно наружной.

Цилиндрические золотники - наиболее распространенная конструкция уст­ ройства количественного регулирования. Поворотные устройства, позволяющие тонко изменять проходные сечения, применяют для качественного регу­ лирования и обычно называют дросселями.

Перемещение рабочих органов парораспределителей производит механизм

управления, образующий кинематическую цепь из качающихся рычагов и по­ ступательно движущихся тяг. Механизм управления приводит в движение непо­ средственно кузнец или машинист молота, воздействуя на конечное звено

381

Раздел IV. МОЛОТЫ

кинематической цепи (рукоять, педаль), либо ход бабы, воздействующий на осо­

называют золотниковой коробкой, и двухполочный золотник с его скалкой 5 для связи с механизмом управления. Втулка имеет три ряда окон. Верхний и нижний

382

Глава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

и педаль 14 в верхнем положении; контроллер 77, состоящий из наружного обо­ да с тягами 2 и 70 к рычагу 7 и балансиру 4 соответственно, а также внутреннего поворотного диска с ручкой, сцепленного тягой 9 с рычагом 8 скалки дросселя; балансир 4 (двуплечий рычаг), ось качания которого укреплена в стойке молота; сабля 3 (кривой двуплечий рычаг), качающаяся на оси левого плеча балансира, причем сабля контактирует с плоским скосом бабы, а ее правое плечо шарнирно соединено с тягой 5, идущей к внешнему плечу рычага 6, среднее плечо которо­ го через серьгу 7 связано со скалкой золотника. Такое устройство механизма управления позволяет, во-первых, изменять установочное положение дросселя, поворачивая его внутреннюю втулку, и золотника, поднимая или опуская его при помощи скалки, и, во-вторых, обеспечивать движение золотника, при кото­ ром падающие части автоматически совершают цикл холостых качаний или управляемых единичных ходов с нанесением полных или неполных ударов.

Для управления дросселем предназначен контроллер. При длительных пере­ рывах в работе ручку контроллера устанавливают горизонтально, в результате чего рычаг скалки поворачивается вверх на 15° и перекрывает окна (рис. 16.10, а). Для осуществления пуска ручку контроллера поворачивают вниз и рычаг скалки переводится тягой в горизонтальное положение. Окна дросселя приоткрываются примерно на половину своего полного проходного сечения (рис. 16.10, б).

Пока педаль молота не нажата, золотник занимает исходное положение (рис. 16.11, а): нижний ряд окон втулки полностью открыт на впуск свежего па­ ра (СП) в нижнюю полость рабочего цилиндра, а верхний соединен с выхлопной трубой, и из верхней полости происходит выпуск отработавшего пара (ОП). В результате начинается подъем падающих частей. Тотчас вступает в действие кинематическая цепь, связывающая бабу с золотником (см. рис. 16.9); скос бабы

Рис. 16.10. Расположение окон дросселя при различном положении рукоятки

383

Раздел IV. МОЛОТЫ

и

Рис. 16.11. Положения (а - д) золотника относительно окон втулки

нажимает на саблю, поворачивая ее против направления движения часовой стрелки вокруг оси левого плеча неподвижного балансира. Правое плечо сабли при этом поднимается, автоматически поднимается и золотник. Сначала он от­ секает окна (рис. 16.11, б), затем соединяет нижние окна с выхлопной трубой, а верхние приоткрывает на впуск свежего пара. В конце хода вверх, пройдя путь Аз^, золотник занимает положение, указанное на рис. 16.11, е.

Движение падающих частей и золотника вверх с предваряющим открытием верхних 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 дос­ тижения КВП немедленно изменить направление (реверсировать) своего дви­ жения под действием противодавления верхнего пара.

Сабля при ходе вниз поворачивается в направлении движения часовой стрелки. Золотник, копируя движение падающих частей, опускается и переходит в положения, представленные на рис. 16.11, а и б. В связи с относительно низ­ ким начальным положением золотника нижние окна не полностью открываются на выпуск пара из-под поршня. Это тормозит падающие части, приводя к мгно­ венной остановке в промежуточном положении, расположенном выше КНП, и не­ медленному реверсу движения.

При полуоткрытом дросселе и не нажатой педали реверсивное движение па­ дающих частей выполняется сколь угодно долго и составляет цикл холостых ка-

384

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

чаний. Соотношение между ходами h^ иН соответственно золотника и падающих частей в любой период этого цикла подчинено линейной закономерности

где к^ - коэффициент кратности, равный 0,025...0,04 - для молотов с МПЧ 630...3150 кг и 0,050...0,066 -для молотов с МПЧ 5000... 16000 кг.

Если теперь при подходе падающих частей к КВП до конца нажать педаль, то, во-первых, опустится контроллер и тяга к рычагу скалки дросселя дополни­ тельно повернет внутреннюю втулку, полностью открыв окна (рис. 16.10, в); вовторых, левое плечо балансира поднимется, передвинув золотник на величину йпед в самое высокое положение (рис. 16.11, г), при этом сабля, двигаясь вверх, проскользнет по скосу, но сохранит с ним контакт.

Втечение всего хода вниз педаль остается нажатой, поэтому ось вращения сабли неподвижна в своем 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 их к КПП, т. е. перед ударом, золотник занимает положение, приведен­ ное на рис. 16.11, д, оставляя верхние окна чуть приоткрытыми на впуск свежего пара, а нижние - на выпуск.

Втечение всего хода вниз верхние окна открыты на впуск, в результате в верхнюю полость цилиндра постоянно поступает свежий пар, энергия которого непрерывно ускоряет движение падающих частей. Нижние окна открыты на вы­ пуск, что обеспечивает минимальное сопротивление отработавшего пара в ниж­ ней полости. По достижении КПП падающие части приобретают максимальную скорость и производят полный удар с максимальной энергией.

Тотчас после удара штамповщик освобождает педаль. Под действием отжим­ ной пружины балансир отпускает золотник в положение, указанное на рис. 16.11, а, при этом дроссель занимает положение, приведенное на рис. 16.10, б. Парорас­ пределительный механизм оказывается в исходном положении, и падающие части начинают первый холостой ход вверх. Если при подходе к КВП штампов­ щик вновь нажмет педаль, падающие части пойдут вниз и произведут удар без разделения циклом качаний. Если рабочему надо осуществить вспомогательные операции, например взять новую заготовку, то при свободной педали падающие части начнут качаться и очередной удар последует после ее нажатия.

Глубина нажатия на педаль несколько возрастет при увеличении МПЧ мо­ лота: в моделях Воронежского завода кузнечно-прессового оборудования с МПЧ 630...3150 кг она изменяется от 55 до 80 мм. Подъем падающих частей от педа­ ли не превышает 70...75 % его полного хода от сабли:

/г„,, = (0,70...0,75)/гз„.

Если педаль нажата частично, то золотник не поднимается до КВП (рис 16.11, г), а останавливается ниже. Поэтому при его автоматическом опускании возможна

385

Раздел IV. МОЛОТЫ

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 сократится, а его сопротивление в нижней полости увеличится, поэтому конечная скорость в КНП уменьшится и произойдет неполный удар, при этом чем слабее на­ жата педаль, тем меньше будет энергия удара по сравнению с максимальной.

Механизм управления штамповочного молота позволяет работать и сериями очень легких автоматических последовательных ударов при чуть нажатой педали. По сути это преобразованный цикл качаний, когда в результате приподнятого зо­ лотника в верхнюю полость поступает столько свежего пара, что его энергии дос­ таточно для совершения полного хода с нанесением удара. Однако противодав­ ление нижнего пара оказывается большим, так как золотник от сабли опускается слишком низко, и падающие части без задержки в КНП после легкого удара не­ медленно начинают подниматься при нажатой педали.

Профиль сабли строят графическим способом с учетом обеспечения пря­ мой пропорциональности между ходом золотника h и падающих частей Я, а также минимального износа трущихся поверхностей сабли и бабы.

Механизм управления ковочным молотом позволяет работать единичными ударами разной интенсивности, удержанием падающих частей на весу, при­ жимом поковки.

16.8.Система смазывания

Всовременных молотах применяют комбинированный способ смазки минераль­ ными маслами или пластичными смазочными материалами. Выбор системы смазки

исмазочного материала зависит от условий работы сопрягаемых деталей и узлов. Приводная маслостанция, состоящая из плунжерного насоса с электродвига­

телем и установленная на специальной стойке рядом с молотом, непрерывно по­ дает цилиндровое масло марки 11 или 24 для смазывания цилиндра, золотника и дросселя.

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

Контактные плоскости, например стоек с шаботом, прошприцовывают со­ лидолом УС-3, а плоскости скольжения - цилиндровыми маслами.

16.9. Фундаменты

Молоты монтируют на фундаментах - массивных железобетонных блоках, которые могут опираться непосредственно на грунт либо на опоры (упругие амортизаторы, подвижные пневмоопоры и др.).

Фундаменты, подошва которых опирается на грунт. На этих фундамен­ тах смонтировано большинство молотов, в конструкциях таких фундаментных блоков для штамповочных и ковочных молотов имеются некоторые различия.

386

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Фундамент для штамповочного молота - это цельнолитой блок в форме прямоугольного параллелепипеда с выемкой в верхнем торце (см. рис. 16.11). На дно выемки укладывают подшаботную прокладку (подушку) из нескольких ря­ дов деревянных плит. На эту прокладку устанавливают шабот молота и фикси­ руют его в выемке при помощи двух продольных и двух поперечных брусьевраспорок без жесткого крепления их к фундаменту. Для удобства работы линию разъема штампов располагают на высоте 840 мм над уровнем пола и соответст­ венно заглубляют подошву шабота и верхний торец блока. До уровня пола де­ лают засыпку песком. Справа в фундаменте предусматривают отверстие для стойки маслостанции.

Плиты прокладки - это квадратные брусья, изготовленные из качественного дуба или бука после их воздушной сушки на влажность до 20...25 %. Брусья стягивают болтами и располагают так, чтобы волокна брусьев верхних плит бы­ ли перпендикулярны волокнам нижних. Высота деревянной прокладки состав­ ляет 400... 1800 мм для молотов с МПЧ 630...25 000 кг.

Поверхность выемки в блоке, на которую опирается прокладка, должна быть строго горизонтальна. Если при изготовлении фундамента был допущен перекос, то устранять его при помощи цементной подливки нельзя, поскольку она выкрошится при работе молота. Горизонтальности добиваются, стесывая лишний бетон.

Железобетонные блоки фундаментов для ковочных молотов также делают цельнолитыми. Стойки ковочного молота крепятся отдельно, поэтому в фундаменте предусматривают колодцы для стяжных болтов (см. рис. 16.11). Выемка под шабот здесь значительно глубже, так как он весь располагается ниже уровня пола. Подшаботная прокладка также деревянная, состоящая из нескольких рядов плит. Рекомен­ дуется класть однорядные деревянные плиты и под подошвы стоек.

Во время удара шабот подвергается воздействию силового импульса и, на­ чиная перемещаться вниз, сжимает подушку, а через блок оказывает давление на грунт. В процессе нагружения прокладки и грунта создается энергетический по­ тенциал, поэтому последующая разгрузка связана с возникновением колеба­ тельного движения обеих масс. При этом амплитуда колебаний фундаментного блока может достигать 1,5 мм и более. Под действием неоднократного динами­ ческого нагружения в грунте от фундаментного блока распространяются попе­ речные и продольные упругие волны, которые и называются вибрациями.

Вибрации приводят к нежелательным последствиям:

1) изменению механических характеристик грунта, что вызывает неравно­ мерную осадку зданий и других строительных сооружений и может явиться причиной их повреждения;

2)искажению показаний приборов даже в далеко расположенных зданиях, вибрации технологического инструмента, обваливанию земляных литейных форм и т. п.;

3)вредному физиологическому воздействию на человека, так как основная частота виброколебаний находится в интервале инфразвуковых частот.

387

Раздел IV. МОЛОТЫ

1-^т

Рис. 16.12. фундамент для штамповочного молота

Опорные виброизолированные фундаменты (рис. 16.12). Применяют их для смягчения воздействия ударного импульса на грунт и предупреждения рас­ пространения упругих волн. В этих фундаментах на грунт опирается железобе­ тонный короб 2. Фундаментный блок 1 обычной конструкции свободно установ­ лен на расположенных на дне короба амортизаторах 4 и виброгасителях 3.

Амортизаторы воспринимают большую часть энергии первого смещения фундаментного блока после удара, осуществляя тем самым его виброизоляцию. Воздействие на грунт будет тем меньше, чем больше масса блока или амплитуда упругого сжатия амортизаторов (рис. 16.13, а) - пружинных блоков из локомо­ тивных и вагонных пружин. Однако пружинные амортизаторы очень слабо рас-

388

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Рис. 16.13. Опорный виброизолированный фундамент {а) и виброгасители (б)

сеивают энергию колебаний фундаментного блока, поэтому необходимы еще и виброгасители (рис. 16.13, б). Чаще всего для них используют резиновые подушки с большим внутрен­ ним трением.

Приближенный расчет виброизолированного фундамента можно провести, пренебрегая упру­ гостью подшаботной прокладки, жесткость с^ кото­ рой более чем на порядок выше по сравнению с виброизоляцией под фундаментным блоком. Тем самым массы блока т^ и опертого на него молота т^ (без падающих частей) можно объединить в од­ ну т^ (рис. 16.14). По массе т^ падающие части на­ носят центральный удар, разгрузочную фазу ко­ торого характеризует коэффициент отскока к^^. Это позволяет установить скорость блока Уф непосред­ ственно после удара по формуле

389