Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное оборудование

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел I.

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

тоштамповочных прессов и прессов-автоматов практически вся маховая масса

сосредоточена в маховике.

При расчете должна быть в обязательном порядке проведена проверка на

допустимое время разгона маховика при первоначальном пуске электродвигате-

ля.

Фактическое время разгона

/ _ ^'^*^ мах '^max /д д\

'^' 100000

^_.ф,^'

где «^ах ~ в мин~ ; Л^ном.факт ~

^Вт, не должно превышать 8... 10 с для асинхрон-

ных короткозамкнутых электродвигателей нормальной серии и

15...

18 с для

двигателей с повышенным скольжением. Затянувшийся разгон может привести

к перегреву электродвигателя и выходу его из строя. Для уменьшения времени

разгона необходимо либо увеличить мощность электродвигателя, либо умень-

шить момент инерции маховика.

Повышение частоты вращения маховика ограничено окружной скоростью:

,, _^Д обетах

60000

где Z)o6 - внешний диаметр обода маховика, мм. Для стальных маховиков пре-

дельная скорость

v^^^

40 м/с, для чугунных -

v^ax

< 25 м/с.

4.6. Коэффициенты полезного действия

кривошипного пресса

Энергетическим коэффициентом полезного действия (КПД) рабочей машины

называют отношение полезно используемой работы деформирования А^^^ к за-

траченной работе движущей нагрузки А^^^. Применительно к КШМ полезно ис-

пользуемой технологической работой является работа деформирования металла

А =4

В связи с периодическим аккумулированием кинетической энергии маховыми

массами и последующей ее отдачей фактическое движение элементов привода и

исполнительных механизмов кривошипных прессов следует характеризовать как

установившееся неравновесное движение. Для машин с такой формой движения

понятие КПД имеет смысл только для периода времени, в течение которого ито-

говое приращение кинетической энергии равно нулю.

Для кривошипных прессов это один технологический цикл. Работа криво-

шипного пресса за этот период включает в себя полный расход энергии в приво-

де на штамповку одного изделия

v4^,

а относительная доля полезно используемой

работы на пластическое деформирование

А^^^

составляет средний КПД техноло-

гического цикла:

Лц^^деф/^ц ^^деф/(^вкл^вкл + ^р.х +^х.х)-

140

Глава 4. Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

Очень удобным для исследования энергетических параметров пресса является

так называемый КПД рабочего хода:

ASmax

^р.х

J Pj,m^(a)da

учитывающий совокупные потери энергии в механизме на трение и упругое де-

формирование деталей пресса. Если исходить из основ теории механизмов и

машин, условность этой величины состоит в том, что в качестве ведущего звена

пресса в период рабочего хода необходимо принимать не вал электродвигателя,

кривошипный вал, а значит, кинетическую энергию маховых масс следует рас-

сматривать как работу движущих сил.

Значения КПД рабочего хода Г|р

при выполнении типовых технологий для

кривошипных прессов обычных конструкций (нормальная упругая податли-

вость, обычные условия трения в опорах

\х =

0,04...0,06) приведены ниже:

Универсальные листоштамповочные прессы простого

действия:

вырубка 0,55...0,65

вытяжка 0,70...0,80

Листоштамповочные вытяжные прессы двойного

действия 0,75...0,85

КГШП 0,30...0,40

ГКМ 0,35...0,45

Обрезные прессы 0,50...0,55

Изучение КПД технологического цикла

Г|

представляет интерес для оценки

использования кривошипных прессов. При этом имеется в виду резкое возраста-

ние потерь холостого хода и потерь на включение муфты с увеличением /^„ом-

Следовательно, если штамповать деталь, для которой необходима номинальная

работа рабочего хода А^^, на прессе завышенной мощности, то затраты, связан-

ные с работами А^^ ^ А^, могут стать причиной, приводящей к значительному

снижению КПД технологического цикла.

4.7. График работоспособности кривошипного

пресса

Кривошипные прессы общего назначения по условиям работы цехового

парка оборудования часто применяют для штамповки с явным недоиспользова-

141

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

^деф

0,8

0,4

нием по номинальной мощности привода. Посколь-

ку энергия, которую способен отдать привод за

один технологический цикл для совершения работы

^4деф,

зависит от мощности привода и длительности

цикла, то при заниженной работе А^^^ машину

можно более эффективно использовать во времени.

0 2 0 4 0 6 0 8

10 Ри ^Р^ установленном на прессе электродвигателе

работа за один технологический цикл

Рис.

4.6.

График допустимой дг t - Ип А +А

+ А

работы (работоспособности)

кривошипного пресса Для электродвигателей с повышенным сколь-

жением, а также с фазным ротором следует вместо

номинальной принимать фактическую мощность. Поскольку t^^t^^^jр^ и

А^^^

= Л

р.

х^р.х. получаем

А — Р'^ IN t In —km A —A \

^деф r V^^ ном.факт *дв.х//^и '^'^^вкл^вкл ^х.х/*

Зависимость между работой деформирования

А^^^

и коэффициентом исполь-

зования ходов пресса/?и иллюстрирует график, приведенный на рис. 4.6.

При построении графика работоспособности пресса необходимо учитывать

следующие обстоятельства.

В режиме автоматических ходов (без выключения муфты), т. е. пщр^

непроизводительные потери в приводе уменьшаются

{А^^^^

0), а значит, допус-

тимая работа деформирования будет больше, чем при р^ = 1, но в режиме оди-

ночных ходов.

В режиме одиночных ходов допустимая работа деформирования

А^^^

за каж-

дый ход плавно уменьшается с возрастанием коэффициента/^j^. Максимальная ра-

бота деформирования ^деф.тах ограничсна устойчивостью привода по допустимому

коэффициенту неравномерности хода 6 и критическому скольжению электродвига-

теля, так как при увеличении

А^^^

и соответственно А^^ возрастает торможение ма-

ховых масс, которое в определенных условиях становится критическим.

Глава 5. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ

И СИСТЕМ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ

5.1.

Станины

Станина - это корпусная базовая часть, на которой монтируют все узлы и

детали кривошипного пресса. Типовые конструкции станин вертикальных прес-

142

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

сов открытого типа - одно- и двухстоечные, закрытого - составные со стяжными

болтами и цельносварные.

Станины открытого типа, как правило, изготовляют из чугунного литья мар-

ки СЧ20 или СЧ25. Допускаемое напряжение чугуна [а] = (0,065...0,1)а„, где

(5^

- предел прочности чугуна при изгибе.

Цельносварные конструкции станин широко внедрены в производство прес-

сов от небольших с

Р^^^

400 кН до крупных машин с Р^^^ = 16...20 МН. Важ-

ным преимуществом цельносварных станин является значительное сокращение

производственного цикла в заготовительных цехах и вытекающая отсюда эко-

номическая целесообразность.

По условиям сборки, например прессов двойного действия, а также по тех-

нологическим причинам при механической обработке деталей прессов с боль-

шими габаритными размерами станины выполняют составными либо из двух

частей: верхней траверсы, стоек (сварно-литой конструкции) и стола (литого),

либо из четырех частей: верхней траверсы, правой и левой стоек и стола. Пер-

вым способом изготовляют мощные горячештамповочные прессы, вторым -

большинство листоштамповочных прессов закрытого типа.

Сварные элементы станин выполняют из толстолистового проката марки Ст 3

толщиной от 10 до 140 мм, отливки - из стали марок ЗОЛ и 45Л с допускаемым

напряжением [а] = (0,2...0,3)ав, где а^ - временное сопротивление стали при

растяжении (меньшие значения коэффициента для отливок, большие - для тол-

столистового проката).

Детали разъемных станин соединяют в целое специальными болтами (шпиль-

ками),

изготовленными из нормализованной стали 45. Чтобы не допустить рас-

крытия зазоров в стыках между верхней траверсой, стойками и столом, сила

натяжения должна превышать номинальное усилие пресса. Для центровки сбал-

чиваемых деталей в стыках прокладывают цилиндрические шпонки вдоль и по-

перек фронта пресса.

В силовом отношении станина закрытого типа представляет собой сим-

метрично нагруженную плоскую систему. Расчетным эквивалентом подобной

системы является рама с приведенными размерами, в которой реальные детали

заменены стержнями постоянного сечения (рис. 5.1). Оси стержней совмещают

с центрами тяжести сечений: траверсы (/-/), стоек (II-II) и стола (основания)

{Ш-111).

Тогда основные размеры рамы определяют следующим образом:

A-yjjj\ b

B-2xjj\ h

H-(yj+yjjj),

TjiQ

А, В, Н - высота оси главного вала над опорной плоскостью пресса, а также

ширина по фронту и высота пресса соответственно;

Xjj

- абсцисса центра тяже-

сти стойки в горизонтальном сечении //-//; yj, ущ - соответственно ординаты

центров тяжести траверсы и стола в вертикальных сечениях /-/ и III-IIL

143

Раздел L

КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

^^1

z^/

/ / / /у / / / /

{/^

Г77

^/Я^

1^/

ном Г^

zzz

УУУУУ'УУУУУ

X//

2ZZZZ

ZX-

t t

///

Рис.

5.1.

Расчетная схема станины кривошипного пресса

Расчеты ординат центров тяжести сечений, их площадей и моментов инер-

ции ведут с разбивкой сечений на элементарные плоские фигуры. Данные пред-

ставляют в виде таблицы:

Е^,

Vi PiVi

а.,=у^-у

Р,а^

р,

ЕА

-i>i'.

Здесь

- площадь элементарной плоской фигуры;

у^

- расстояние от оси х

до центра тяжести фигуры;

F^y^

- статический момент фигуры;

а^

- расстояние

144

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

между центрами тяжести фигуры и опасного сечения; /• - момент инерции фи-

гуры относительно оси х; /^ - то же относительно центральной оси;

- сум-

марный момент инерции фигуры; F - суммарная площадь сечения; у - ордината

центра тяжести сечения; /- суммарный момент инерции сечения.

При расчете необходимо также привести реакции опор главного вала к цент-

рам тяжести сечения стоек, т. е. перенести силы 0,5^^^^,^ на осевую линию верти-

кальных стержней рамы. Перенос компенсируется изгибающим моментом

М =Р ^

ном ном л '

где / - размер, устанавливаемый из условия, что сила от опорных цапф вала пе-

редается на втулки станины на 1/3 расстояния от ее внутреннего края.

Однако из уравнений равновесия ни один из силовых факторов в сечениях

рамы (изгибающий момент М, поперечная Q и нормальная N силы) не может

быть определен в связи со статической неопределимостью. Для решения задачи

подобную раму необходимо перевести в разряд статически определимых систем

путем ее разрезания и введения дополнительных силовых факторов, обеспечи-

вающих геометрическую неизменяемость системы (рис. 5.2, а).

Используя принцип независимости действия силовых факторов - деформи-

рованное состояние системы от нескольких нагрузок может быть определено

суммированием состояний от действия каждой нагрузки в отдельности, - со-

ставляют уравнения перемещений для рассматриваемого сечения.

2 \Х2

lit

Тк^

Хх

Хг

Рис.

5.2. Силы, действующие в станине пресса (а),

и примерный вид эпюры изгибающих моментов (б)

145

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Для задачи с тройной неопределимостью эти уравнения в канонической фор-

ме имеют вид

Х,6„+^25,2+^з5.з+5,р=0;

Х|

621

+-^2^22

"^^3^23 "^ ^2 р

~ 0;

где

Xj^

(где

А:

= 1, 2, 3) - дополнительные силовые факторы: поперечная

Х^

и про-

дольная Х2 силы и изгибающий момент Х^\ 5^^ - перемещения в направлениях

действия дополнительных силовых факторов единичной величины

Х^

(коэф-

фициенты канонических уравнений), /= 1, 2, 3; 6^ - перемещения в тех же на-

правлениях под действием внешних нагрузок (свободные члены канонических

уравнений).

Симметричное нагружение рамы снимает один лишний фактор: Х^ = 0.

Следовательно, 5i2

== §21

О,

5i3 = 5з] =

О,

и система уравнений примет более

простой вид:

Х2522+Хзб2з +

б2р

= 0;

Х2бз2+Хз6зз + 6зр = 0.

Для плоских рам коэффициенты 6^^ и 5^ легко установить на основании пра-

вила Верещагина: для определения 5^^ необходимо площадь эпюры изгибающих

моментов

Fj^

от дополнительного силового фактора

Xj^

= 1 или внешних нагрузок

Fp умножить на ординату Mf эпюры от неизвестной единичной нагрузки под

центром тяжести этой площади и разделить на жесткость стержня, т. е.

6,.

У^^

5. =У^

'Р ^ EI

Для рассматриваемой рамы

622 =

2/г^ bh

—

Ъ1,

Чп J

'23

632= —

V^//

чп

633= —

^^ Е

—

b 2h

•

+ —

III

? _ НОМ

^'' SE

2a(2h-a){b-l) (b-lf-l^

X = HOM

^'' 8E

III

2 j2

4(b-l)a (b-ly-l

411

146

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

На основании решения системы (5.2) определяют ^2 и Хз и строят итоговую

эпюру изгибающих моментов, один из возможных вариантов которой представ-

лен на

рис.

5.2, б.

Дальнейшее решение ведут методами, известными из курса сопротивления

материалов: устанавливают наибольшие напряжения (растяжения или сжатия) в

опасных сечениях и сравнивают их с допускаемыми:

N М

а- —+

^"^^^<[а],

F W

где N - сжимающая или растягивающая сила, действующая в опасном сечении;

F - суммарная площадь этого сечения; Л^^пах ~ максимальный изгибающий мо-

мент;

- суммарный момент сопротивления изгибу.

Суммарная деформация станины в вертикальном направлении складывается

из прогиба траверсы 5/^ от изгибающего момента, удлинения стоек б^^р от растя-

гивающей силы и суммарного прогиба стола Ъ^^

Ъщ^^^

от изгибающего момен-

та и поперечной силы:

5/и

5//р

5///И

5///поп.

Действием изгибающего момента на стойки можно пренебречь, так как он

вызывает лишь их искривление (сближает между собой) и не влияет на дефор-

мацию системы по вертикали.

Важнейшей задачей при расчете разъемных станин является определение

параметров затянутого соединения. Согласно нормали Центрального бюро куз-

нечного машиностроения, сила предварительной затяжки Рзат должна быть не-

сколько больше номинального усилия пресса:

^зат ~~ фзатоном?

где фзат - коэффициент затяжки, равный

1,3...

1,4 - для листоштамповочных

прессов простого действия и КГШП,

1,5...

1,6 - для вытяжных прессов двойного

действия и

1,05...

1,10 - для чеканочных прессов.

При монтаже пресса болты заводят в предназначенные для этого отверстия в

станине и гайки завертывают до выборки зазоров в стыках. После этого на теле

каждой парной с болтом гайки делают засечку и освобождают гайку. Болт авто-

генными горелками или электронагревателями равномерно прогревают, вслед-

ствие чего его длина несколько увеличивается. Гайку завинчивают сначала до

засечки, а затем на заданный угол поворота

^г.к =

360(6,+5,,)

где 5б - расчетное удлинение болта, обеспечивающее заданный натяг; 6^^ - рас-

четное укорочение станины; h - шаг резьбы болта.

147

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Для двухстоечной станины с четырьмя стяжными болтами удлинение каж-

дого болта

5 ^ Z^J^ (5.1)

AE,F,

а сжатие станины складывается из укорочения стоек (5^), траверсы {Ъ^^) и

стола (6,J:

р 1 Р I Р 1

g _tWc_ 5,,,- "^ ^ ; 6,,= ^^^si!ci. (5.2)

^ О 17 /7 ^Р'^ 17/7/7/7'

^^с^с трс трс ^сл^сл

в формулах (5.1) и (5.2) /g, 4, /^р^,

^^^

- соответственно длина болта, стойки,

траверсы и стола, причем /^ = /^ +

/^р^

/^^^

Н^^\ Н^^

- высота гайки; Е^, Е^,

Е^^^,

£'сл ~ модули упругости соответствующих элементов станины, а F^, F^, F^^,

F^^

площади их поперечных сечений.

Поскольку площади различных сечений стойки, траверсы и стола неодина-

ковы, то в формулы (5.2) следует подставлять их приведенное значение, опреде-

ляемое выражением

F =F •

^min '

^Ч

^min +

^nin /Л + ^2 ^nin /^2 +•••"'" ^« ^nin /^и

5.2. Узлы и детали привода

Для передачи вращательного движения от электродвигателя на ведущие

кривошипные валы исполнительных механизмов предназначен привод, вклю-

чающий кроме главного двигателя ременную и зубчатую передачи, сцепные

муфты для соединения и разъединения валов и тормозные устройства для оста-

новки механизмов пресса в определенном положении.

Структура и кинематические схемы привода. Структура привода криво-

шипного пресса обусловлена его назначением и конструктивными особенностями.

Факторы, определяющие структуру привода, следующие: а) число ходов пресса и

передаточное число; б) одно- или двухсторонняя передача крутящего момента на

ведущий кривошип; в) степень герметизации пресса (открытый или закрытый

привод); г) число точек подвески ползуна (одно- или многокривошипные валы).

В кривошипных прессах общее передаточное число привода изменяется

в широких пределах: и

2...250. К левой области указанного диапазона примы-

кают автоматы с автоматической подачей материала, к правой - мощные листо-

штамповочные прессы для глубокой вытяжки, совершающие 3-4 хода в минуту.

На рис. 5.3 показаны типовые кинематические схемы привода одностоечных

прессов, причем схема а с жесткой муфтой считается устаревшей, схему б ши-

роко применяют в современных прессах, а схему в можно рекомендовать для

крупных одностоечных прессов с двумя ступенями передач.

148

Глава 5.

Типовые

конструкции узлов и

систем кривошипных прессов

НН0

**Jri

Рис. 5.3. Типовые кинематические схемы (а-в) привода одностоечного пресса

В двухстоечных однокривошипных прессах с открытым приводом количе-

ство ступеней в зависимости от передаточного числа, как правило, изменяется

от одной при 90 и более ходов в минуту (рис. 5.4, а) до трех при 12... 15 ходах

в минуту (рис. 5.4, г).

Расположение и устройство элементов привода - муфт и тормозов - опреде-

ляется динамической и эксплуатационной целесообразностью. Например, схемы б

и в на рис. 5.4 кинематически равноценны, но расположение муфт и тормозов

довольно четко соответствует прессам с заданным технологическим назначени-

ем:

первую применяют в КГШП, вторую - в ГКМ. Объясняется это, в частности,

тем, что последние являются тихоходными машинами по сравнению с прессами,

и при прочих равных условиях муфта на ведущем валу у них должна иметь

большие размеры в связи с увеличением крутящего момента. Заметим, что лен-

точные тормоза в указанных схемах могут быть заменены дисковыми.

В тихоходных листоштамповочных прессах с закрытым приводом приме-

няют трех- или четырехступенчатый привод. В четырехступенчатом приводе

чг© ^

Рис. 5.4. Кинематические схемы одно- (а), двух- (б, в) и трехступенчатого (г) приво-

да

двухстоечного пресса

149