Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел IV. МОЛОТЫ

12

у///////Л//////}>^л\

Рис. 20.1. Схема пневматического молота

Индикаторные диаграммы, построенные на основе расчета, называются

предполоэюителъными, а по данным испытаний - действительными. В первом случае их используют при проектировании для оценки правильности выбора размерных параметров, во втором - для оценки состояния молота.

В исходном положении давление воздуха в верхних и нижних полостях ком­ прессорного и рабочего цилиндров, которые соединены между собою и с атмо­ сферой, равно 0,1 МПа (абсолютное давление); поршень компрессорного цилиндра находится в КВП, а рабочего - в КНП (бойки сомкнуты, как показано на рис. 20.1); кривошип вала расположен в КВП (точка А на циклограмме, рис. 20.2, а).

440

Глава 20. Приводные молоты

Рис. 20.2. Круговая циклограмма (а), графики хода и скорости (б, Э) и индикаторные диаграммы (в, г) работы молотов (КЦ, РЦ - компрессорный и рабочий цилиндры; НП, ВП - нижнее и верхнее положения соответственно)

При вращении кривошипного вала по направлению движения часовой стрелки поршень компрессорного цилиндра опускается. В результате его полос­ ти отключаются от атмосферного давления и происходит сжатие воздуха в ниж­ них полостях компрессорного и рабочего цилиндров, а в верхних - расширение (см. рис. 20.2, в). Поршень рабочего цилиндра остается неподвижным до тех пор (точка Б на циклограмме, рис. 20.2, а), пока равнодействующая давления в ниж­ ней его полости недостаточна для подъема.

При угле поворота кривошипного вала а^ эта равнодействующая стано­ вится равной силе тяжести падающих частей и направлена вверх. При даль­ нейшем вращении кривошипного вала падающие части начинают переме­ щаться вверх; давление воздуха в нижних полостях цилиндров продолжает возрастать, а в верхних - уменьшаться. При а2 = тг (точка В на циклограмме) поршень компрессорного цилиндра находится в КПП и при дальнейшем враще­ нии кривошипного вала начинает двигаться вверх. Верхние полости цилиндров при а2 = 71 соединяются с атмосферой и давление воздуха в них резко повыша­ ется до атмосферного (см. рис. 20.2, г). Поршень рабочего цилиндра под дейст­ вием давления воздуха и накопленной кинетической энергии продолжает

441

Раздел IV. МОЛОТЫ

подниматься вверх, хотя давление воздуха при а > аз в нижних полостях ци­ линдров начинает снижаться, а в верхних - возрастать (см. рис. 20.2, г).

При угле поворота аз (точка Г на циклограмме) поршень рабочего цилиндра перекрывает канал, соединяющий верхние полости цилиндров. С этого момента давление воздуха в верхней полости рабочего цилиндра начинает резко возрас­ тать, так как объем ее невелик, а в нижней образуется вакуум - происходит тор­ можение (см. рис. 20.2, г). В результате поршень рабочего цилиндра после мгновенной остановки в КВП (точка Д на циклограмме) начинает опускаться. Через некоторое время открывается обратный клапан (точка Е), верхние полости соединяются между собой, и давление воздуха в них выравнивается. Давление в нижних полостях цилиндров возрастает, хотя поршень компрессорного цилинд­ ра продолжает двигаться вверх. При угле поворота кривошипного вала (точка Ж на циклограмме) происходит удар бойка по заготовке.

Скорость бабы в момент удара определяют по соответствующему графику (см. рис. 20.2, д), который строят графическим дифференцированием диаграммы перемещения бабы в функции времени (при равномерном вращении криво­ шипного вала для этого можно воспользоваться графиками, приведенными на рис. 20.2, б), а эффективную энергию удара - по формуле mv /2.

Работой пневматических молотов отечественного производства управляют при помощи трех кранов: верхнего и нижнего, осуществляющих собственно управление и поворачивающихся от рукоятки или педали, и среднего, вклю­ чающего и выключающего управления (рис. 20.3). Пневматические молоты позволяют осуществлять следующие циклы: холостые хода, удерживание па-

Рис. 20.3. Положение рукояток и кранов молота

442

Глава 20. Приводные молоты

дающих частей на весу, автоматические и единичные удары, прижим поковки. Рассмотрим положения рукояток и кранов молота модели М415А при выполне­ нии этих циклов (табл. 20.1).

1. Холостой ход. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов занимает среднее положение 7, а среднего - положение //. При этом нижняя полость ком­ прессорного цилиндра через камеру К (сечения Г-Г и Е-Е) соединена с атмосфе­ рой; верхняя полость компрессорного цилиндра также соединена с атмосферой (сечение Б-Б). При движении поршня компрессорного цилиндра давление воздуха в цилиндрах постоянно и равно атмосферному, поршень рабочего цилиндра остает­ ся неподвижным в КПП.

2. Держание падающих частей на весу. Рукоятка управления нижнего и верх­ него кранов занимает среднее положение 7, рукоятка управления среднего крана - положение /. При этом нижние полости рабочего и компрессорного цилиндров соединены; давление воздуха в них должно быть постоянным. Это возможно, если камеру К отсоединить от атмосферы (сечение Е-Е\ а воздух из нижней полости компрессорного цилиндра после камеры К направить через обратный клапан в ка­ меру Л и дальше по каналам нижнего крана (сечение В-В) в нижнюю полость ра­ бочего цилиндра.

3. Автоматические удары. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов занимает положение 2, а среднего может быть в любом положении (/ или 11), В этом случае верхние и нижние полости цилиндров соединены между собой (сечения Б-Б и Г-Г). Камера 7^ отсоединена от верхней и нижней полостей ком­ прессорного цилиндра. Энергия удара зависит от степени открытия окон, опре­ деляемой углом поворота рукоятки. Чем больше угол поворота рукоятки управления к положению 2, тем сильнее открыты окна, а следовательно, меньше мятие воздуха и больше эффективная энергия удара.

4.Единичные удары. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов после удара из положения 2 возвращается в среднее положение /. Рукоятка управления среднего крана должна быть в положении /. Единичные удары представляют собой комбинацию циклов «Автоматические удары» и «Держание падающих частей на весу».

5.Прижим поковки. Рукоятка управления нижнего и верхнего кранов по­ вернута влево (положение 3), а среднего находится в положении /. Для осущест­ вления этого цикла необходимо, чтобы давление воздуха в верхней полости рабочего цилиндра было постоянным, а нижняя полость была бы соединена с атмосферой. Воздух из нижней полости компрессорного цилиндра поступает в

камеру К (сечение Г-Г), затем через обратный клапан - в камеру Л и через ка­ нал в верхнем кране (сечение А-А) - в верхнюю полость рабочего цилиндра.

В верхнем положении поршня компрессорного цилиндра обе его полости соединяются с атмосферой через отверстия в поршне и штоке и каналы в ци­ линдре (рис. 20.4, а). Соединение верхней и нижней полостей компрессорного цилиндра с атмосферой в КПП поршня показано на рис. 20.4, б.

443

Глава 20. Приводные молоты

Рис. 20.4. Соединение полостей компрессорного цилиндра с атмосферой {а) и между собой в КНП (б)

Чтобы предотвратить удар поршня о верхнюю крышку, в конструкции пре­ дусмотрено образование воздушного буфера при его движении вверх. Буферное устройство представляет собой замкнутый воздушный объем А (рис. 20.5), кото­ рый образуется после перекрытия им канала 7, связывающего верхние полости рабочего и компрессорного цилиндров. В этом устройстве предусмотрен клапан 2 для соединения верхних полостей обоих цилиндров при движении рабочего поршня вниз для открытия канала 7. Наличие обратного клапана обеспечивает более высокую скорость падающих частей при ударе.

Конструкции узлов пневматических молотов. Станины пневматических молотов - это сложные отливки из чугуна СЧ 18. Их конструкции включают ра­ бочий и компрессорный цилиндры, что позволяет уменьшить габаритные размеры и количество сочленений. У маленьких пневматических молотов они цельные.

Рис. 20.5. Схема буферного устройства

445

Раздел IV. МОЛОТЫ

у крупных - составные. Это создает определенные удобства при транспортиров­ ке, нет необходимости использовать специальные металлорежущие станки для их изготовления, но при недостаточно тщательной обработке базовых плоскос­ тей и невысокой точности при сборке долговечность их меньше.

Поршень и шток рабочего цилиндра пневматического молота пустотелы, их изготовляют как одно целое. К штоку непосредственно устанавливают боек. Для предотвращения вращения поршня на штоке предусмотрены лыски.

Поршень рабочего цилиндра пневматического молота отковывают из стали 45, а поршень компрессорного цилиндра отливают из чугуна СЧ21, поршневые кольца чугунные (СЧ21) разрезные. Кривошипный вал и шатун отковывают из стали 45. Фундаментные плиты отливают из чугуна СЧ 18.

Смазывание компрессорного и рабочего цилиндров пневматических моло­ тов централизованное от плунжерного насоса с механическим приводом, а го­ ловки шатуна и корпуса - индивидуальное.

Расчет пневматических молотов. При работе необходимо определить ско­ рость падающих частей в момент удара (эффективную энергию удара), мощность электродвигателя для заданных или выбранных размерных и скоростных пара­ метров. Для расчета строят предположительные индикаторные диаграммы давле­ ния воздуха, графики пути и скорости поршней рабочего и компрессорного цилиндров.

Согласно круговой циклограмме (см. рис. 20.2, а), ход падающих частей мо­ лота состоит из нескольких участков, определяемых углом поворота кривошип­ ного вала:

1)О - а^ - падающие части неподвижны;

2)а^-п- первый участок хода: падающие части перемещаются вверх, пор­ шень компрессорного цилиндра движется вниз;

3)л; - аз - второй участок хода: падающие части молота и поршень ком­ прессорного цилиндра движутся вверх; после перекрытия поршнем рабочего цилиндра канала, соединяющего верхние полости рабочего и компрессорного цилиндров, в первом образуется замкнутый объем воздуха (буфер);

4)аз - а4 - третий участок хода: падающие части молота движутся вниз; давления в рабочем и компрессорном цилиндрах выравниваются, открывается обратный клапан;

5)а4 - аз - четвертый участок хода: падающие части молота движутся вниз, а поршень компрессорного цилиндра - вверх; участок заканчивается уда­ ром бойка (падающих частей) по заготовке;

6)аз - 27Г - падающие части молота неподвижны.

Уравнение движения падающих частей молота для всех участков хода имеет вид

446

Глава 20. Приводные молоты

где/?1,/?2 ~ абсолютное давление воздуха в нижней и верхней полостях рабочего цилиндра соответственно; F^, 7^2 - площадь поперечного сечения поршня в ниж­ ней и верхней полостях рабочего цилиндра соответственно; /^^т ~ атмосферное давление (обычно принимают/^^т =^ ОЛ МПа); ф - коэффициент, учитывающий

где FQ], VQ2 - первоначальные объемы нижних и верхних полостей цилиндров, соответствующие КНП поршня рабочего цилиндра и КВП поршня компрессор­ ного цилиндра; к - показатель политропы (в этих выражениях принято, что дав­ ление воздуха в полостях цилиндров изменяется по политропе с показателем к=\,4, что хорошо согласуется с экспериментальными данными); 5' - ход порш­ ня компрессорного цилиндра, отсчитываемый от КВП; F3, F^ - площадь попе­ речного сечения поршня в нижней и верхней полостях компрессорного ци­ линдра соответственно.

В результате совместного решения уравнений (20.2) и (20.3) получаем рас­ четную формулу для определения хода поршня компрессорного цилиндра до начала подъема бойка молота вверх:

G

Согласно формуле (20.1), косинус угла поворота кривошипного вала

2(l-SJR)(l-^X)-^S^/R^

'2(l + lA)-5,/7?

где R - радиус кривошипа; X = R/l^; /^ - длина шатуна.

447

Раздел IV. МОЛОТЫ

Чтобы установить зависимость между ходом падающих частей и углом по­ ворота кривошипного вала, нужно для каждого участка хода проинтегрировать уравнение (20.1), подставив давления/^j и/72*

02

Р2 = Ра {V,^-SF^-SF,Y

Обобщенные уравнения имеют вид

5p = a{l-cos[9(a-a,.)]} + 5p,cos[^(a-a,.)] +

где a = S^; q = p/dd^a^ - угол поворота кривошипного вала, / = 1, 2, ...; S^^, v^ - ход рабочего цилиндра и скорость падающих частей молота, соответствующие углу поворота а^; со = кп/30 - угловая скорость кривошипного вала; п - его частота;

b'y = ^cosa^cos(^a^) + sina^sin(^a^); /"^ = ^^ cos (^ a ^) - 5'^ sin (^ a ^) + sin a ^.

При определении давления на втором участке хода необходимо учитывать изменение начальных условий в результате соединения верхней полости ком-

448

Глава 2 0. Приводные молоты

прессорного цилиндра с атмосферой. С учетом этого давление воздуха в верх­ них полостях определяем по формуле

На третьем участке хода после включения буфера объем верхней полости рабочего цилиндра резко уменьшается, а формула для вычисления давления принимает вид

1

'='Р2а

^3

[1-(^р-^раз)Лбуф]

20.3. Механические молоты

Механические молоты относят к молотам простого действия. Это означает, что баба падает под действием только силы тяжести. Скорость ее в момент удара и соответственно эффективная энергия удара определяются высотой подъема:

v=^\,8gH„; L,= 0,9GH^.

Основное преимущество этих молотов - невысокая стоимость, простота конструкции, удобство эксплуатации, наличие индивидуального электропри­ вода; недостаток - небольшое число ударов в минуту (30...50). Механические молоты предназначены для горячей объемной штамповки поковок, не тре­ бующих подкатки или протяжки, для правки и калибровки.

В зависимости от типа передаточного механизма механические молоты под­ разделяют на фрикционные с доской и с гибкими связями. У фрикционных моло­ тов передаточный механизм - доска, а у молотов с гибкими связями - ремень или цепь. В зависимости от типа гибкой связи последние называют молотами с ремнем или цепью.

Фрикционные молоты с доской применяют в кузнечно-штамповочных цехах некоторых машиностроительных предприятиях. Молоты с гибкими связями в нашей стране широкого распространения не получили, хотя в мировой практике кузнечно-штамповочного производства их доля достаточно высока. Конструк­ цию этих молотов постоянно совершенствуют, улучшая прочностные характе­ ристики гибких связей, управление и др.

449