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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел

II.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

тельно поперечной оси сечения. В связи с этим целесообразно увеличивать рас-

стояние между стойками станины, чтобы момент сопротивления изгибу был доста-

точно большим. При определении напряжений, действующих в наиболее опасном

сечении, необходимо учитывать допустимую эксцентричность приложения равно-

действующей давлений. Наиболее опасно нагруженной точкой является одна из

угловых точек поперечного сечения стойки 3 и поперечин 2 и4 (см. рис.

10.1,

б).

Составные одностоечные станины применяют в прессах с номинальными уси-

лиями до 5000 МН. Особое внимание обращают на силу предварительной затяжки

стяжных болтов. В некоторых случаях она превышает номинальное усилие пресса

на 20 %. Поперечное сечение стяжных болтов выбирают таким, чтобы напряжения

от предварительной затяжки составляли не более 60 % от предела упругости. Пред-

варительная затяжка должна обеспечить нераскрытие стыков при приложении си-

лы,

равной номинальному усилию, с учетом допустимого эксцентриситета. Она

существенно снижает упругую деформацию станины, в связи с этим стяжные болты

часто применяют в цельных литых одностоечных станинах.

Одностоечные станины гидравлических прессов, предназначенных для вы-

полнения бортовальных работ или прессования порошковых материалов, имеют

гнезда для вертикальных и горизонтальных рабочих цилиндров, что выгодно от-

личает их от других станин. Горизонтальный рабочий цилиндр позволяет прово-

дить прошивку и отбортовку отверстий в стенках крупногабаритных изделий, что

значительно расширяет область их применения.

Верхнюю поперечину одностоечной станины используют для установки на-

сосного привода и поворотных кранов, предназначенных для манипулирования

заготовкой в процессе ее обработки, подачи и удаления из рабочего пространст-

ва пресса. В некоторых одностоечных станинах устанавливают направляющие

для подвижной поперечины (ползуна) пресса.

Станины колонного типа применяют в гидравлических прессах, предназна-

ченных для выполнения всех видов кузнечной технологии. Их конструкции содер-

жат верхнюю и нижнюю неподвижные поперечины и колонны (см. схему на

рис.

6.1). Такая станина достаточно легкая, обеспечивает хороший обзор и доступ-

ность к рабочему пространству пресса, что особенно важно при ковке. В зависимос-

ти от номинального усилия и технологического назначения гидравлического пресса

конструкции верхней и нижней поперечин имеют свои характерные особенности.

Верхняя поперечина в гидравлических прессах предназначена для замыка-

ния станины в виде единой рамы и установки рабочих цилиндров. Она может

быть литой или сварной соответственно из стального литья или катаной стали

сОв>350МПа (рис. 10.2). Высоту верхней поперечины устанавливают в зави-

симости от диаметра d колонн и принимают h = (2,5...3,5)J. Она имеет гнезда

для установки рабочих, а в некоторых случаях возвратных и уравновешивающих

цилиндров, а также для колонн. Диаметры гнезд под гидравлические цилиндры

больше диаметра самих цилиндров на величину деформации их под действием

внутреннего давления. При отсутствии такого зазора стенки цилиндрических гнезд

300

г л ава 10. Типовые конструкции узлов гидравлического пресса

Рис. 10.2. Литая {а) и сварная (б) конструкции верхней поперечины

гидравлического пресса

301

Раздел II.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

необходимо рассчитывать на прочность, так как они будут воспринимать силы,

возникающие при деформации рабочих цилиндров под действием давления

жидкости. Минимальную ширину верхней поперечины устанавливают в зави-

симости от размеров рабочих цилиндров.

Верхняя поперечина имеет сечение коробчатого типа. В местах приложения

сил требуемую жесткость обеспечивают ребра. Особое внимание уделяют вос-

приятию контактных нагрузок со стороны боковой поверхности рабочих цилинд-

ров.

Для равномерного распределения давления по фланцу цилиндра необхо-

димо,

чтобы жесткость стенок гнезда была равномерной относительно его оси,

что достигается симметрично расходящимися ребрами жесткости.

В мощных гидравлических прессах верхнюю поперечину делают составной,

так как ее масса и размеры выходят за пределы железнодорожного габарита и гру-

зоподъемности кранов. Плоскость разъема выбирают параллельно фронту пресса.

Составную поперечину стягивают стяжными болтами, воспринимающими только

растягивающие силы. На боковых поверхностях поперечины предусматривают об-

работанные площадки для установки и крепления гидравлических подъемников.

В прессах с нижним расположением рабочих цилиндров верхняя поперечи-

на служит только для соединения колонн и крепления верхнего бойка. Особен-

ности такой конструкции для ковочных прессов показаны на рис. 6.4.

Нижняя поперечина (рис. 10.3) представляет собой фасонную стальную отлив-

ку, состоящую из секций 3, 5, (5, стянутых болтами 4, или сварную раму, которая

при верхнем расположении рабочих цилиндров предназначена для установки сто-

ла I пресса, а также механизмов его передвижения 2 и выталкивания изделия.

Высоту нижней поперечины, как и верхней, устанавливают в зависимости

от диаметра колонн: /г = (2,5...3,5)J; ее материал - стальное литье или катаная

сталь с

Св

> 450 МПа. Для установки пресса на фундамент нижняя поперечина

имеет консоли, примыкающие к гнездам для колонн и обеспечивающие устой-

чивость пресса. В прессах с

Р^^^^

40 МП нижние поперечины делают состав-

ными. Плоскости разъема их, как и верхних поперечин, выбирают в сечениях с

меньшими изгибающими моментами. Стяжные болты воспринимают только

растягивающие силы. Для повышения жесткости поперечное сечение выполня-

ют сотовой формы с перегородками равной толщины.

Колонны соединяют верхнюю и нижнюю поперечины и образуют единую

рамную конструкцию. Колонны диаметром до 600...800 мм изготовляют сплош-

ными, а свыше 800 мм часто делают пустотелыми. Внутренние отверстия диа-

метром до 300 мм высверливают, а свыше 350 мм могут быть изготовлены

ковкой на оправке. Высверливание отверстий в колоннах позволяет обнаружить

внутренние пороки исходной поковки. Материал колонн - вязкая углеродистая

сталь, содержащая 0,30...0,45 % С и

1,5...2,0

% Ni. Колонны гидравлических

прессов служат в качестве направляющих подвижной поперечины, поэтому ше-

роховатость их поверхности должна соответствовать Rz

0,05 мкм. Жесткость

станины зависит от конструкции соединения поперечин с колоннами и затяжки.

302

ава 10.

Типовые конструкции узлов гидравлического пресса

Т'

I—

N1 Rq

Irr

A-

-A

Рис. 10.3. Нижняя поперечина гидравлического пресса

Существует несколько конструктивных решений, обеспечивающих жесткое и

прочное соединение поперечин с колоннами (рис. 10.4).

Обе поперечины скреплены с колоннами 1 гайками 2. Такая конструкция

соединения не гарантирует от смещения колонн в поперечинах на величину за-

зора (до 2 мм) в гнездах, но существенно упрощает их изготовление и монтаж.

Для предотвращения вращения колонн при навинчивании гаек на нижней по-

перечине сделаны упоры. Для стопорения верхних гаек предназначена врезная

планка, а на торцовой поверхности внутренних гаек делают зубчатый поясок. Что-

бы обеспечить равномерную предварительную затяжку колонн, в рабочий цилиндр

нагнетают давление, на 20 % превышающее номинальное, и после этого производят

завинчивание внутренних гаек. При таком креплении колонн наблюдались случаи

срыва резьбы у нижних внутренних гаек при эксцентричном приложении сил.

Крепление буртами и гайками применяют для нижней и верхней поперечин.

Применение буртов для соединения с верхней поперечиной требует увеличенных

диаметров гнезд в подвижных поперечинах. Направляющие втулки подвижных

поперечин должны быть разрезными и с толстыми стенками. Соединение с не-

303

Раздел и.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Переходные галтели

без

рисок

Рис. 10.4. Способы соединения поперечин с колоннами пресса

подвижными поперечинами при помощи буртов и гаек требует высокой точности

их расположения, в противном случае при монтаже возникнут дополнительные

напряжения в поперечном сечении колонны и усложнится предварительная за-

тяжка. Для ее осуществления в колонне высверливают отверстия, в которые

вставляют нагреватели. После нагревания гайки завинчивают на определенный

угол, обеспечивающий требуемую затяжку соединения после остывания.

Крепление гайками и коническими втулками применяют в том случае, если ко-

лонны пресса широко расставлены. В этом случае их устанавливают на башмаках.

Такое соединение с поперечинами позволяет снизить коэффициент концентрации

напряжений в местах контакта. Кроме того, при такой конструкции толщина на-

правляющих втулок подвижной поперечины остается нормальной и точного со-

блюдения положения опорных поверхностей для верхней поперечины не требуется.

Крепление гайками конических втулок и буртов встречается редко.

Резьбу на колоннах 1 делают упорной, ее примерный профиль показан на

рис.

10.4. Наружный диаметр резьбы должен быть на

мм меньше ее посадочного

размера в гнездах поперечин.

Гайки 2 колонн имеют цилиндрическую форму, выполняют их в виде сталь-

ных отливок с

= 450 МПа цельными или составными. Наружный диаметр

гайки принимают равным 1,5J, а высоту (1,0...1,5)б/, где d - диаметр колонны.

304

Глава 10. Типовые конструкции узлов гидравлического пресса

Общая площадь стяжных болтов разъемной гайки должна составлять 6...8 % от

площади поперечного сечения колонны. Допустимые давления в резьбе гайки -

80 МПа, а допустимые напряжения среза и изгиба - соответственно 25 и 50 МПа.

Исследованиями установлено, что основную часть нагрузки воспринимают пер-

вые пять-шесть витков, причем на первый в зависимости от шага резьбы прихо-

дится от 34 до 44 %. Неравномерность распределения сил по высоте гайки учи-

тывают низким допустимым давлением в резьбе.

В гидравлических прессах с нижним расположением рабочих цилиндров

(см.

рис. 6.4) масса подвижных частей значительно больше, чем с верхним, по-

скольку подвижной стала станина, а неподвижной - поперечина. При таком рас-

положении рабочих цилиндров улучшается устойчивость, так как центр силы

тяжести пресса расположен ближе к опорной поверхности поперечины.

Станины закрытого (рамного) типа применяют в гидравлических прессах,

предназначенных для переработки пластмасс, листовой штамповки и т. д. Их

изготовляют литьем и сваркой из стальных листов цельными или составными.

Конструкции станин гидравлических и кривошипных прессов аналогичны. В ста-

нинах закрытого типа хуже обзор и доступность к рабочему пространству.

Горизонтальные станины. В большинстве случаев это станины колонного

типа. Передняя и задняя неподвижные поперечины соединены колоннами и их

устанавливают, как правило, на общей сварной раме. Колонны станины - это

направляющие для подвижной поперечины пресса. Прессы для пакетирования

и брикетирования имеют станины коробчатого типа.

10.2.

Подвижные поперечины

Подвижная поперечина гидравлического пресса предназначена для установки

и крепления верхнего рабочего инструмента, а также передачи сил со стороны

рабочих цилиндров на деформируемую заготовку (рис. 10.5). Ее изготовляют ли-

той или сварной из нескольких деталей соответственно из стального литья или

катаной стали с а^ > 450 МПа. По форме и размерам она соответствует, как пра-

вило,

верхней поперечине. Высоту направляющих гнезд подвижной поперечины

рекомендуют принимать равной (2,5...3,6)J. Для направления ее движения в на-

правляющие гнезда вставляют разрезные втулки с толщиной стенок 20...25 мм,

изготовленные из чугуна СЧ 12 или СЧ 15. Высота каждой втулки примерно равна

диаметру колонны. Шероховатость внутренней поверхности втулки составляет

= 0,04 мкм. В гидравлических прессах, предназначенных для ковки, преду-

смотрен односторонний зазор не менее 1 мм между втулкой и колонной

с внутренней стороны пресса. При разогреве подвижной поперечины в процессе

ковки зазор выбирается. Поверхности направляющих втулок смазывают, для чего

установлены масленки. В крупных прессах для равномерного распределения дав-

лений на колонны при эксцентричном приложении деформирующей силы боко-

вые поверхности направляющих втулок выполняют сферическими (см. рис. 10.5).

305

Раздел IL

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Рис. 10.5. Конструкция подвижной поперечины гидравлического пресса

Для уменьшения сил, воспринимаемых колоннами при эксцентричной ков-

ке,

подвижные поперечины снабжают хвостовиком, который отливают совмест-

но с поперечиной или жестко к ней прикрепляют. Конструкция с хвостовиком

возможна только в гидравлических прессах с двумя рабочими цилиндрами, что

исключает возможность ковки с несколькими ступенями деформирующих сил.

Поэтому она не нашла широкого распространения.

Крепление плунжеров рабочих цилиндров с подвижной поперечиной осу-

ществляют следующими способами.

Жесткое соединение плунжера рабочего цилиндра (рис. 10.6, а, б) целесо-

образно в прессах с одним плунжером. При наличии нескольких плунжеров

жесткое крепление потребовало бы высокой степени точности размеров, опре-

деляющих расположение гнезд для крепления плунжеров в подвижной попере-

чине и рабочих цилиндров в верхней поперечине. Малейшая неточность вызы-

вает перекосы при монтаже, что приводит к преждевременному и неравномерному

износу уплотнений, которое усугубляется возможностью эксцентричного при-

ложения деформирующей силы. Учитывая это, в многоцилиндровых прессах

не рекомендуют жесткое крепление плунжеров рабочих цилиндров.

306

г л ава 10. Типовые конструкции узлов гидравлического пресса

Рис,

10.6. Способы крепления плунжеров рабочих цилиндров с подвижной

поперечиной:

а, б-жесткое соединение;

в,

г- шарнирное соединение

Непосредственное шарнирное соединение плунжеров с подвижной попере-

чиной показано на рис. 10.6, в, г. Такой тип соединения удобен при монтаже и по-

зволяет увеличить срок службы уплотнений по сравнению с жестким креплением.

Поэтому его применяют в прессах для ковки. Однако в шарнирной пяте возникает

значительный момент трения при перекосах поперечины, что вызывает также не-

равномерный износ уплотнений и направляющей втулки плунжера. При шарнир-

ном соединении плунжеров с подвижной поперечиной необходимое направление

обеспечивают втулки. В трехцилиндровых гидравлических прессах средний плун-

жер,

как правило, имеет жесткое соединение, а боковые - шарнирное.

Соединение плунжеров боковых рабочих цилиндров с подвижной попере-

чиной в крупных гидравлических прессах осуществляется посредством промежу-

точных стержней, называемых пестами. При таком конструктивном решении

продолжительность срока службы направляющих втулок плунжеров и уплотне-

ний возрастает. Однако эта конструкция является более сложной и имеет значи-

тельные габаритные размеры, поэтому ее нельзя применять в гидравлических

прессах с малыми номинальными усилиями.

Для крепления рабочего инструмента или подштамповой плиты подвижная

поперечина содержит Т-образные пазы.

Как и в кривошипных прессах, движение подвижной поперечины (ползуна)

в прессах с рамной станиной осуществляется направляющими, что более жела-

тельно, так как позволяет по мере износа направляющих выбирать зазор.

10.3.

Рабочие и возвратные цилиндры

Конструкцию рабочего цилиндра в значительной степени предопределяет

технология его изготовления и расположение на прессе. Форма днищ у литых ци-

линдров преимущественно плоская, а у кованых - скругленная. В настоящее

307

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

время разработана технология изготовления кованосварных рабочих цилиндров,

у которых днища приварены электрошлаковой сваркой. Внутренний диаметр ра-

бочего цилиндра на 10... 15 мм больше диаметра плунжера. Для обеспечения на-

правления движения плунжеров (рис. 10.7) в рабочий цилиндр запрессовывают

бронзовые (БрОЦС6-6-3) втулки высотой

3/41/,

где J-диаметр плунжера. Шеро-

ховатость внутренней поверхности втулки должна быть Rz

0,04 мкм, а точность

размеров - соответствовать Н7. В качестве материала для рабочих цилиндров ис-

пользуют высококачественную сталь, содержащую 0,30...0,35 % С, в некоторых

случаях сталь, легированную 1,5 ...2,0 % Ni.

Толщину сферической формы днища рабочего

цилиндра принимают равной 1,5 толщины стенки,

внутренний радиус - приблизительно равным внут-

реннему диаметру d цилиндра, а радиус перехода от

стенки к днищу - 1/4 J. Толщина плоского днища

обычно составляет две толщины стенки с радиусом

перехода, равным 1/8 J. Переходы от стенок к дни-

шу должны быть выполнены плавно, без каких-либо

рисок, чтобы уменьшить концентрацию напряжений.

В верхней и нижней частях цилиндра необходимо

предусмотреть посадочные пояски, диаметр кото-

рых меньше диаметра гнезд поперечин на величину

упругой деформации цилиндра под действием но-

минального давления жидкости. Размеры опорного

фланца определяют из условия, чтобы среднее

давление не превышало 90 МПа. Переход от стен-

ки к фланцу рекомендуют выполнять по радиусу

0,15...0,25 толщины стенки сочетанием окружности

со скосом или параболической формы. Необходимо

избегать появления рисок при обработке.

Прочность гидравлического цилиндра во мно-

гих случаях определяют форма и качество переход-

ной галтели, соединяющей стенку с фланцем. Разру-

шение рабочего цилиндра происходит в результате

образования усталостных трещин. Эксперименталь-

ные исследования по выявлению оптимальной фор-

мы галтели, проведенные во ВНИИметмаше,

показали, что из двух исследуемых форм - парабо-

лической и сложной (дуга окружности со скосом) -

в последней коэффициент концентрации напряжений

^а'^^тах/^ имсст наименьшес значение а^=\,19.

Рис.

10.7.

Крепление рабочего

цилиндра в верхней попере-

чине гидравлического пресса:

а - болтами; б - гайкой

308

Глава 10. Типовые конструкции узлов гидравлического пресса

Также установлено, что оптимальной является форма, соответствующая профилю

гидродинамического потока воды.

Крепление рабочего цилиндра в верхней поперечине показано на рис. 10.7,

причем на рис. 10.7, а изображено наиболее рекомендуемое крепление. Количество

крепежных болтов или шпилек рассчитывают исходя из силы тяжести всех под-

вижных частей пресса. Для спуска жидкости из рабочего цилиндра в нижней его

части делают отверстие с пробкой. Плунжер рабочего цилиндра выполняют сплош-

ным или пустотелым. Однако для уменьшения потерь на объемное сжатие жид-

кости в рабочем цилиндре рекомендуют полость плунжера изолировать от рабочей

жидкости, поступающей в цилиндр. Шероховатость боковой поверхности плунжера

должна соответствовать Rz

0,04 мкм, а точность размеров - соответствовать 7.

Рабочие цилиндры, опирающиеся на днище, отличаются отсутствием флан-

ца и подводом рабочей жидкости со стороны боковой поверхности. Возвратные

и уравновешивающие цилиндры изготовляют коваными (сталь 45) или литыми

(сталь с

Оз

= 500 МПа).

10.4.

Стол

Гидравлические прессы часто оборудуют выдвижными столами для удобства

установки инструмента, подачи заготовок в рабочее пространство и удаления от-

штампованных поковок. Конструктивная схема выдвижного стола показана

на

рис.

10.3.

Материалом выдвижных столов служит стальное литье с а^ = 450 МПа. Для

перемещения стола пресса используют электрический или гидравлический при-

вод. В последнем случае стол перемещается с помощью двух гидравлических

цилиндров, расположенных по обе стороны стола. Плунжеры цилиндров соеди-

няются со столом непосредственно или при помощи промежуточного звена.

В первом случае ход плунжера соответствует ходу стола пресса, а во втором -

выдвижение происходит ступенями. Для полного выдвижения стола плунжер

должен совершить несколько двойных ходов, каждый раз соединяя и разъединяя

стол с выдвижной планкой посредством штыря.

Непосредственное соединение применяют, если стол имеет короткий ход (до

2 м при одностороннем выдвижении). Направляющие при этом устанавливают

в нижней поперечине пресса и регулируют сменными накладками. Для защиты

направляющих от окалины на нижней поперечине имеются щитки, прикреплен-

ные к концам стола и перемещающиеся вместе с ним. Длину хода выбирают в за-

висимости от технологического назначения пресса.

Для крепления рабочего инструмента на выдвижном столе имеются пазы

или конические отверстия. Фиксация стола в рабочем положении обеспечивает-

ся штырем, имеющим механический или гидравлический привод.

Силу, необходимую для перемещения стола, принимают равной (0,5 ...0,6)G,

где G - сила тяжести выдвижного стола, заготовки и рабочего инструмента. Для

309