Глава 3. Кузнечно-прессовое оборудование

3.1. Оборудование для резки заготовок

Резка проката и слитков с установок непрерывной разливки стали (УНРС) — самая распространенная операция металлообработки.

Кривошипные ножницы выполняют резку сдвигом одной части заготовки относительно другой. Сущность такого способа резки (рис. 3.1, а) состоит в том, что в верхнем положении подвижного ножа 4 и прижима 3 пруток 2 подается до упора 6, после чего прижим опускается и прижимает пруток к неподвижному ножу 1, затем подвижной нож 4 отрезает заготовку 5. Длину заготовки меняют, регулируя упор. Такая резка называется неполной открытой.

Резка на кривошипных ножницах высокопроизводительна и происходит без отходов (вызванных самим процессом резки). Недостатком является искажение формы заготовки: косина j (неперпендикулярность торцов образующей заготовки), смятие с и утяжины у. Не всегда удовлетворительна и точность резки.

Имеются кривошипные ножницы для резки сортового проката (круглого, квадратного, профильного), листового проката и комбинированные.

Ножницы сортовые кривошипные номинальным усилием до 40 МН могут резать круглые штанги диаметром до 320 мм (при s_в=500 МПа), квадрат со стороной до 300 мм, полосу шириной до 450 мм и совершают 12 ходов в минуту. Мелкие сортовые ножницы могут совершать до 50 ходов в минуту. Выпускаются также ножницы сортовые гидравлические.

Для уменьшения искажений формы заготовки выпускаются ножницы для неполной закрытой резки с дифференцированным зажимом заготовки, при которой пруток и отделяемая заготовка зажимаются силой Q, пропорциональной усилию резки Р, что ограничивает величину изгиба заготовки. Чтобы избежать косины торцов, применяют резку с наклоном прутка (рис. 3.1, б).

Разрезка в штампах на прессах позволяет добиться более высокой (чем на ножницах) точности размеров и формы, особенно при резке с осевым подпором (закрытая резка), создающей в зоне реза напряженное состояние всестороннего сжатия. Отрезка в этом случае происходит в результате пластического сдвига по всему сечению, а не за счет скола, развитие трещины при котором невозможно контролировать. Закрытой резкой можно получать точные короткие детали длиной не менее 0,2 поперечного размера заготовки.

При резке пластическим сдвигом поперечный сдвиг осуществляется только после того, как металл будет переведен в пластическое состояние. Разрезаемый пруток 1 (рис. 3.2) с помощью зажимного устройства 5 получает продольное осевое усилие, достаточное для того, чтобы в зоне резки было достигнуто пластическое состояние металла. Профили неподвижного 2 и подвижного 4 ножей изготавливаются по форме прутка с учетом верхних отклонений поперечных размеров. Подвижный нож, перемещаясь вниз относительно неподвижного ножа, осуществляет пластический сдвиг металла. Толкатель 3 после отрезки заготовки выталкивает ее из подвижного ножа. Этот метод подходит для резки прутков из алюминия, меди и их сплавов. Точность резки по длине ±0,2 мм. Отклонения от перпендикулярности плоскости среза к образующей колеблются в пределах 0–3 в зависимости от величины l/d и сложности профиля. Чистота поверхности торца соответствует чистоте, получаемой при шлифовании. Точность заготовок по массе 1–2%, овальность сечения на расстоянии 2 мм от торца находится в пределах 0,2–0,5 мм (все данные — для прутков диаметром около 20 мм).

При резке с редуцированием пруток сначала проталкивается через отверстие ножа — фильеры (диаметр которой меньше диаметра прутка). В результате пруток редуцируется (диаметр уменьшается), а затем осуществляется резка.

Рис. 3.1. Схемы резки заготовок

Напряжения сжатия, возникающие при редуцировании, предохраняют пруток от поворота и перемещения в осевом направлении (рис. 3.3). Этот способ позволяет получать заготовки стабильной формы, с высокой точностью размеров поперечного сечения и большой объемной точностью (до ±1%) без применения специальных дозирующих устройств, с низкой шероховатостью боковой поверхности (Ra=0,63 мкм), улучшенной геометрической точностью и качеством поверхности среза, совмещением профилирования проката с резкой. Следовательно, из круглого проката можно изготавливать заготовки с поперечным сечением различных форм.

Рис.3.2. Резка пластическим сдвигом

Рис. 3.3. Резка с редуцированием: 1 — пруток; 2 — нож-фильера; 3 — подвижный нож; 4 — упор; 5 — выталкиватель

На рис. 3.4 схематично показан способ измерения длины и веса прутка, по которым счетно-решающий блок определяет длину заготовки и дает сигнал на установку упора (схема ХФИА–ЭНИКМАШ).

Каретка 2 подает пруток 1, лежащий на платформе 3, до упора 5. Одновременно измеряется длина прутка, например при помощи потенциометра. Затем упор отводится влево, и платформа опускается. При этом пруток одним концом ложится на взвешивающую опору 4, а вторым — на опору подвижной каретки так, что расстояние b от торцов прутка до соответствующих опор равно. При таком положении прутка для определения его веса достаточно измерить величину реакции R на опоре 4, которая равна половине веса прутка. Искомая длина заготовки определится из уравнения x_i=Q_iL/2R,с помощью простого вычислительного устройства, например мостовой схемы сравнения.

Рис. 3.4. Схема весового дозирования: а — измерение длины прутка; б — измерение веса прутка

Рассмотренный способ неприменим для прутков мелких профилей из-за большого прогиба при укладке на две опоры. Рациональные размеры сечения прутков для весового дозирования по схеме ХФИА–ЭНИКМАШ — свыше 40 мм. Максимальные отклонения веса заготовок при резке на ножницах с зажимом прутка по обе стороны от плоскости реза, оснащенных устройствами для весового дозирования по схеме ХФИА–ЭНИКМАШ, при длине прутка свыше 4 м находятся в пределах 3,2–1,7%. Преимущество этого метода состоит в возможности применять в качестве заготовок для точной штамповки более дешевый прокат низкой точности.

Имеются установки для скоростной резки сдвигом. Например, установка ИР-40 (диаметр разделяемого прутка от 12 до 40 мм) дает заготовки по качеству, близкие к отрезаемым абразивными кругами.

Холодная ломка на прессах проката, на который предварительно нанесены канавки-концентраторы напряжений, обеспечивает невысокую точность.

Отрезка заготовок на отрезных станках со снятием стружки отличается высокой точностью и отсутствием искажения сечения заготовки в зоне реза, однако имеет меньшую производительность и сопровождается отходом металла в стружку.

Применяется также газокислородная и плазменная резка сортового и листового проката.

Схему и метод резки прутка на заготовки выбирают, исходя из требований, предъявляемых к заготовкам, и экономической целесообразности.

Если к форме и массе заготовок не предъявляются высокие требования, то используют неполную открытую резку, позволяющую получать заготовки с отношением l/d>1,0.

Неполная закрытая резка, имеющая наиболее широкое применение в производстве, позволяет получать заготовки с отношением l/d>0,7 с меньшими искажениями формы, чем при неполной открытой резке. Хорошее качество заготовок получается при резке в штампах или на ножницах с дифференцированным зажимом.

При изготовлении коротких заготовок для точной штамповки с отношением 0,1<l/d<0,6, когда к качеству заготовок предъявляются высокие требования, рекомендуется применять закрытую резку.

Высокоуглеродистые и легированные стали необходимо резать с подогревом до 450–700С, чтобы предотвратить образование трещин и повысить качество отрезанных заготовок.

Для изготовления заготовок, точных по массе, применяют дозирующие устройства. Дозирующее устройство конструкции Института технологии машиностроения (Венгрия) позволяет получать заготовки с отклонением по объему ±2%. При повышенных требованиях к точности объема заготовок рекомендуется дозирующее устройство с гидравлическим датчиком конструкции СТАНКИНа, позволяющее получать точные заготовки с колебанием массы не более ±1%.

Резка с редуцированием — наиболее перспективный и экономичный способ изготовления заготовок точных по массе и с высоким качеством торцов. Этим методом можно резать прутки диаметрами от 20 до 100 мм с точностью заготовок по массе ±0,5–1% без применения дозирующих устройств. Заметим, что улучшению качества реза способствует увеличение твердости материала и скорости резки.

Для резки листа применяют кривошипные и гидравлические листовые ножницы. Они могут резать листы толщиной до 32 мм (главный параметр), шириной до 3150 мм, производя до 30 резов в минуту. Мелкие листовые ножницы могут делать до 100 резов в минуту. Кривошипные листовые ножницы (рис. 3.1, в) представляют собой двухкривошипный пресс, приводимый электродвигателем 3 через клиноременную передачу 2, вал 5 и шестерни 6 и 8, передающие вращение на кривошипный вал 7. После подачи листа до упоров рабочий, нажимая педаль, включает фрикционную муфту, сцепляющую шкив 4 с валом 5, который вместе с кривошипным валом поворачивается, шатуны 9 двигают ползун 10 с наклонным ножом, который вместе с нижним ножом 11 режет лист. При возврате ползуна в верхнее положение муфта отключается, а тормоз 1 останавливает валы 5 и 7. Существует несколько разновидностей листовых кривошипных ножниц. Некоторые имеют вылет ножей за станину, поэтому на них можно резать лист неограниченной длины при продвижении листа вдоль линии реза (вдоль ножей); при этом ширина отрезаемой полосы может быть не более вылета ножей за станину. Другие могут вырезать углы поперечным ножом и обрезать кромки листа. Третьи режут лист вдоль и поперек.

Ножницы листовые гидравлические с наклонным ножом, предназначены для резки листа толщиной до 32 мм и шириной до 3150 мм, скашивания кромок на заготовках под сварку или для прямолинейной резки с одновременным скашиванием кромок.

Ножницы высечные служат для фигурной резки листового материала, отбортовки и рифления. Их подвижный нож 1 (рис. 3.1, г) совершает в минуту 500–2000 ходов длиной 2–10 мм и совместно с неподвижным 2 выполняет резку при постепенном продвижении материала 3. За отдельную плату оснащаются координатным устройством.

Кривошипные пресс-ножницы комбинированные предназначены для резки сортового, фасонного и листового проката и пробивки отверстий при любой серийности производства. Имеются также пресс-ножницы гидравлические. Существуют пресс-ножницы с ручным приводом, позволяющие резать пруток диаметром до 16 мм и уголок 40404 мм.

Ножницы листовые двухдисковые с наклонным ножом применяются для продольной резки на полосы большой длины, для фигурной резки листа толщиной до 16 мм, отбортовки, высечки и гибки листового материала толщиной до 10 мм (схема резки приведена на рис. 3.1, д).

Ножницы многодисковые служат для резки рулонного материала на ленты. Дисковые ножи 2 (рис. 3.1, е) устанавливаются на шпинделе 1. Необходимая ширина лент достигается за счет втулок 3.