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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел IV. МОЛОТЫ

45^

п/^

,_rwi

/5V

Г/ ////^

Рис. 15.1. Классификация молотов по виду привода:

а - паровоздушные; б - высокоскоростные взрывные; в

с доской;

рессорные;

е-с гибкой связью

пневматические; г - фрикционные

У паровоздушных молотов максимальная скорость падающих частей при

ходе вниз не превышает обычно 7...8 м/с, что объясняется относительно не-

большой удельной концентрацией энергии в приводе.

Высокоскоростные молоты. В качестве интенсивного ускорителя в них

используют энергию расширения инертных газов, сжатых под большим давле-

нием, взрыва горючих газовых смесей и взрывчатых веществ (ВВ). Примерная

схема высокоскоростного газового молота показана на рис. 15.1, б. Верхний ци-

линдр служит газовым аккумулятором. При открытии проходного отверстия

происходит интенсивное перетекание газа в нижний цилиндр и его давление на

поршень. Подвижные части ускоренно двигаются вниз. Их подъем осуществляет

давление газа, находящегося в нижней полости цилиндра.

Взрывной молот по принципу действия подобен двигателю внутреннего

сгорания с использованием в качестве рабочего тела горючих смесей. Взрывной

молот, работающий на ВВ, аналогичен огнестрельной системе (пушке) и содер-

жит казенную часть, в которую закладывают дозированный заряд (например,

в виде патрона), и затвор с детонатором электрического или ударного действия.

При взрыве газовые продукты с большим давлением действуют на боек, ускоряя

его до десятков метров в секунду.

Пневматический молот (рис. 15.1, в) имеет встроенный компрессорный ци-

линдр для перекачки воздуха в нижнюю или верхнюю полости левого рабочего

цилиндра.Сжатый воздух, выполняя функции рабочего тела, упруго связываю-

щего компрессорный и рабочий поршни, принуждает падающие части к цикли-

ческому возвратно-поступательному перемещению. У пневматических молотов

привод индивидуальный от электродвигателя, вращательное движение которого

преобразуется в прямолинейное возвратно-поступательное компрессорного порш-

ня с использованием кривошипно-ползунного механизма.

360

Глава 15. Общие сведения о молотах

Приводные молоты. Механические молоты также имеют индивидуальный

привод от электродвигателя, причем передача движения от конечного звена

привода к падающим частям (бабе со штампом или бойком) осуществляется при

помощи механических связей жесткого, упругого или гибкого типа. Первый тип

связей применяют во фрикционных молотах с доской (рис. 15.1, г), в которых

подъем бабы обеспечивают силы сцепления, возникающие между вращающи-

мися в разные стороны роликами и доской. Движение вниз осуществляется под

действием силы тяжести при разведенных роликах.

В рессорно-пруэюинных молотах (рис. 15.1, Э) рессора служит не только для

преобразования вращательного движения от электродвигателя в возвратно-

поступательное движение бабы, но и является накопителем потенциальной

энергии, ускоряющим движение падающих частей вниз.

В качестве гибкой связи, преобразующей вращательное движение приводного

вала в поступательное движение бабы вверх, используется канат, цепь или ремень

(рис.

15.1,

е). При отсоединении звездочки или наматывающего барабана от ведуще-

го вала падающие части молота совершают ход вниз под действием силы тяжести.

гидравлическом

молоте рабочим телом служит жидкость высокого давления

(от индивидуального насосного привода), впускаемая в полость рабочего цилиндра

под поршнем при ходе вверх или над поршнем при ходе вниз. Таким образом, мо-

лот работает по схеме, подобной указанной на

рис.

15.1,

а.

В электрическом молоте используют энергию поля, образуемого обмотками

электромагнита, втягивающего металлический сердечник-шток и поднимающего

падающие части вверх.

Молоты применяют для выполнения многих технологических процессов куз-

нечно-штамповочного производства и металлообработки: ковки, объемной и лис-

товой штамповки, а так называемые импульсные ножницы, т. е. взрывные

молоты, - для разрезки сортового проката.

Технологическое назначение. В соответствии с технологическим назначе-

нием различают ковочные, штамповочные и листоштамповочные молоты.

Отраслевое назначение молотов очень широко. Их можно использовать на

заводах, в деревенских кузницах и даже на кораблях (корабельные пневмати-

ческие молоты).

Конструктивное исполнение. Многообразие привода молотов не дает воз-

можности подробно классифицировать их по конструктивному исполнению,

как, например, кривошипные прессы. Однако имеются признаки, позволяющие

обособить большинство молотов по общим конструктивным группам: способу

удара подвижных частей; кратности действия энергоносителя; конструкции ста-

нины; устройству фундамента.

Способ удара подеиэюных частей характеризует перемещение их по отно-

шению к обрабатываемому металлу: с одной или с двух сторон.

В первом случае заготовку устанавливают на нижней половинке рабочего

инструмента (штампе, бойке и т. п.), закрепленного переходными деталями не-

361

Раздел IV. МОЛОТЫ

X Лл

4fDi

К^

Поковка

i^Xr"

rJQH,

Рис. 15.2. Классификация

молотов по способу удара:

шаботные;

б - бесшаботные

посредственно на массивном неподвижном основа-

нии 7 молота (шаботе). Подвижные части 2 с другой

половиной инструмента движутся в направлении

заготовки. Это так называемые шаботные молоты

(рис.

15.2, а). У молотов с нижним ударом заготовка

лежит на инструменте, движущемся снизу вверх, но

верхняя поперечина, соединенная тягами с шаботом,

неподвижна и, следовательно, принципиальных от-

личий у такого молота от обычного шаботного с верх-

ним ударом нет.

Во втором случае по направлению к обрабаты-

ваемой заготовке с двух противоположных сторон дви-

жутся с соизмеримой скоростью близкие по массе

подвижные части 2 и 7 с инструментом. Это так на-

зываемые бесшаботные молоты (рис. 15.2, б).

Кратность действия энергоносителя характери-

зует условия использования внешней энергии: предна-

значена ли она только для подъема падающих частей, а движение вниз совершается

под действием земного притяжения, или же и при ходе вниз внешняя энергия ис-

пользуется для создания дополнительного ускоряющего силового воздействия на

падающие части. Первую группу называют молотами простого действия, или па-

дающими,

вторую

- молотами двойного действия.

Конструкция станины, служащая для компоновки всех узлов, является объ-

единяющим признаком. По конструктивному оформлению она может быть од-

но-

или двухстоечной, рамного, арочного или мостового типа.

Устройство фундамента - важный дополнительный признак для шаботных

молотов (самой многочисленной группы молотов). Если его подошва покоится

на грунте, то молот имеет обычное основание; если же на амортизаторах, то -

виброизолированное.

По общим особенностям принципа действия и устройства современные моло-

ты можно подразделить на три класса: паровоздушные, высокоскоростные и при-

водные с последующим углублением по наиболее характерным признакам.

15.2.

Циклы подвижных частей

Перемещение подвижных частей молота из одного крайнего положения

в другое может прерываться остановками (паузами) в результате различных

причин. Пауза в крайнем верхнем положении (КВП) может произойти из-за осо-

бенностей энергетики машины - аккумуляции энергоносителя в цилиндре высо-

коскоростного молота. Технологические паузы связаны с необходимостью мани-

пуляций с обрабатываемой заготовкой, например переложить ее из ручья в ручей

штампа или перевернуть.

Если циклы возвратно-поступательного движения происходят с остановками

(паузами) в крайних положениях, то их называют единичными ходами. Они могут

362

г л ава 15,

Общие сведения о молотах

быть с верхней или нижней либо с верхней и нижней паузами. Если остановок

нет, то такие циклы движения называют последовательными ходами.

Для начала хода подвижных частей молота при любом цикле необходимо

обеспечить возникновение подъемной силы и соответствующего ей положитель-

ного ускорения, направленного в сторону движения (рис. 15.3, а, кривые 2

VL4

соответственно для единичного и последовательного ходов). Под действием

подъемной силы подвижные части ускоряют свое движение вверх, а их скорость

повышается (кривые 7 и 3). В определенный момент движения управляющий ме-

ханизм молота обеспечивает создание тормозящей силы (отрицательного ускоре-

ния).

В результате при подходе к КВП скорость хода гасится до нуля, чтобы не

произошло удара подвижных частей в ограничивающие элементы конструкции.

Однако конечные силовые условия в КВП для обоих циклов неодинаковы. При

единичном ходе длительная остановка означает, что все силы, действующие на

подвижные части, должны быть уравновешены, а ускорение равно нулю. В цикле

последовательных ходов остановка исключена, а должен последовать немедлен-

ный реверс движения. Значит, при приближении к КВП должна возрасти тормо-

зящая сила, которая после мгновенной остановки обеспечит движение вниз.

В начале хода вниз в рассматриваемых циклах на подвижные части действует

максимальная движущая сила и, следовательно, положительное ускорение. При

единичном ходе с максимумом скорости в крайнем нижнем положении (КНП) это

ускорение должно быть направлено в сторону движения в течение всего хода

(рис.

15.3, б, кривые 1 vi 4 соответственно для скорости и ускорения). При осу-

ществлении последовательного хода остановка внизу недопустима и подвижные

части после погашения скорости в КНП тотчас должны начать подъем. Это, как

и при ходе вверх, должно быть обеспечено созданием достаточно большой тормо-

зящей силы. Поэтому в цикле последовательного хода в конце его ускорение до-

стигает наибольшего отрицательного значения, а скорость оказывается максималь-

ной где-то посредине хода в точке изменения знака ускорения (кривые 6 и 2). Для

уменьшения конечной скорости в цикле единичного хода также нужно создать

тормозящую силу. В результате перемещение подвижных частей замедлится и ско-

рость в КНП окажется меньшей, чем в середине пути (кривые 5 и i).

12 3 4 1 2

КВП\ . \ . \ . \ . КВП

КНП

Рис.

15.3. Изменение скоростей и ускорений движущихся частей молота в циклах еди-

ничных

{а)

и последовательных (б) ходов (ударов)

363

Раздел IV. МОЛОТЫ

Динамическое равновесие подвижных частей в любой момент движения

отображает уравнение

m{d^xldt^),

где Р - равнодействующая всех внешних сил, движущих (активных) или тормозя-

щих подвижные части молота с массой т. В зависимости от требуемого характера

движения на одних этапах могут преобладать активные силы, на других - тормо-

зящие. В результате их равнодействующая будет разгоняющей или тормозящей,

а ускорение j =d^xldt^ - соответственно положительным или отрицательным.

К этим силам относят переменную или постоянную активную силу Р' от при-

вода (сила пара, сжатого воздуха, газа и т. д.); переменные или постоянные проти-

водействующие движению силы Р" и Р^ от привода и трения в сочленениях

соответственно. Сила тяжести G, действующая на подвижные части вертикально-

го молота, может проявляться как активная или тормозящая сила в зависимости от

того,

совпадает ли ее ускорение g с направлением скорости движения или проти-

воположно ему.

При остановках подвижных частей равновесие становится статическим:

0, Например, при единичном ходе в КВП оно характеризуется уравнением

тогда как при динамическом равновесии справедливо выражение

P^P'-P'-P^^-G

m{d^xldt^),

15.3.

Коэффициент полезного действия удара

Процесс физического удара двух упругих тел разделяют на две фазы. В те-

чение первой - нагрузочной - происходит монотонное нарастание ударных сил,

так как кинетическая энергия переходит в энергию упругого деформирования

сталкивающихся тел в точках их контакта. После максимального сближения,

соответствующего максимуму ударной силы, начинается вторая фаза процесса -

разгрузочная - с монотонным спадом ударных сил вплоть до прекращения кон-

такта тел. Размеры и форма их восстанавливаются. В идеальной системе при раз-

грузке энергия деформированного состояния полностью восстанавливает свой

первоначальный уровень, в реальной - только частично.

Для центрального удара двух свободных масс т и т' со скоростями

V^/Q

в начале соударения, скоростью v^ в конце первой фазы, когда обе массы двига-

ются как единая система, и скоростями v^ и v^.^ в конце второй фазы, условие

постоянства количества движения имеет вид

mvQ

m'v^^

(т

m)v^

mv^

mv^^^. (15.1)

Нормальные нагрузочный и разгрузочный импульсы, воздействующие на

любую из масс, соответствуют изменению количества движения:

364

Глава

15.

Общие сведения о молотах

-наг

^наг- \P.At)dt

m{v,-v^)

m\v^-v^^)-

(15.2)

^разг^

^разг(0^^

^(^с

^к)

= ^Х^тк "

^с

) '

(15-3)

При идеально упругом ударе (без учета каких-либо потерь), когда /разг"^

^наг?

дополнительным уравнением

для

определения скоростей соударяющихся

тел

является условие сохранения кинетической энергии:

2 2 2 *

Динамика системы, состоящей из двух сталкивающихся масс молота в условиях

так называемого жесткого удара лишь

определенной степенью приближения, мо-

жет быть охарактеризована скоростными соотношениями (15.1)-(15.4). В нор-

мальных условиях эксплуатации между сталкивающимися массами закладывают

металл и развивающиеся ударные силы вызывают

нем пластическое течение. Это

уже не соударение твердых упругих тел, а упругопластический удар со своими зако-

номерностями. Однако можно полагать, что система замкнута, так как силы, дейст-

вующие

на

металл, уравновешены реакцией связи основания (шабота), встречных

подвижных частей или рамы. Следовательно, количество движения осталось без из-

менения, произошло только его перераспределение между столкнувшимися масса-

ми.

Однако после удара общий уровень кинетической энергии

системе умень-

шается вследствие необратимых потерь, обусловленных пластической деформацией

(не учитывая рассеяния энергии на колебания и т. п.). Поэтому для реального удара

вводят эмпирический коэффициент восстановления (отскока), устанавливающий

соотношение между проекциями скоростей на линию центров до и после удара:

^разг

_ ^т^к ~ ^к

наг

Для идеально упругого удара разгрузочный импульс равен нагрузочному

ик^^=

Для шаботного молота начальная скорость шабота v^^ =

О,

поскольку

по-

следний опирается

на

подшаботную прокладку, фундамент

грунт. Подшабот-

ная прокладка, обладая определенной жесткостью, вызывает отпор.

Опыт показывает, что влияние отпорного импульса отпора невелико, поэто-

му при анализе энергетики

им

можно пренебречь

считать шабот свободным.

Тогда получаем систему уравнений:

365

Раздел IV.

МОЛОТЫ

на основании которой определяем скорости на заключительном этапе удара:

т-\-т т

Поскольку кинетическая энергия к началу удара

а после его окончания

г - ^^к , ^%к _ т

к^^т'

2 2 т

устанавливаем работу пластического деформирования

Следовательно, энергетический КПД удара, т. е. отношение полезно исполь-

зуемой энергии к ее начальной величине,

л,

=(1-^^,)А:„,=(1-^,,)-||-, (15.5)

где ^^- = m'jm - коэффициент масс шабота т' и падающих частей т.

Из формулы (15.5) следует, что при ^^^ <

КПД удара резко падает вплоть

до нуля, а при отношении ^^^ > 10 значение Г|у мало зависит от m'/m . Поэтому

конструкторы шаботных молотов, чтобы не утяжелять машину, но и не снижать

КПД, принимают ^^. - 10... 20.

Если бы обрабатываемый материал обладал идеальной пластичностью, а эле-

менты конструкции молота были абсолютно твердыми, то разгрузочный им-

пульс отсутствовал и вторая фаза удара характеризовалась бы условием

к^^

В действительности

к^^

О,

и тем больше, чем выше деформирующая сила.

В интервале температур ковки-штамповки для схем деформации с невысокими

значениями напряжений (операции ковки, заготовительные переходы объемной

штамповки)

А:^^

= 0,15...0,40, тогда как при доштамповке в окончательном ручье

молотового штампа

к^^

0,50...0,65, а при очень жестких ударах (штамп по штам-

пу) ^^=0,75...0,80.

Глава

6. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

ПАРОВОЗДУШНЫХ МОЛОТОВ

16.1.

Типы молотов и их применение

Область применения паровоздушных молотов охватывает все три главных

технологических комплекса: ковку, объемную горячую и листовую штамповку.

366

Глава

16^.

Типовые конструкции паровоздушных молотов

Паровоздушный ковочный молот, обладая такими важными преимуществами,

как простота устройства и управления при универсальности технологических воз-

можностей, является ведущей машиной в индивидуальном и мелкосерийном произ-

водстве поковок. Однако наметившаяся тенденция к замене паровоздушных ковоч-

ных молотов по-прежнему продолжает существовать. Считают, что вместо ковочных

молотов с массой падающих частей (МПЧ) более 3000 кг в кузнечных цехах ма-

шиностроительных заводов целесообразно устанавливать гидравлические прессы

соответствующего номинала, а с МПЧ меньше 1000 кг - пневматические молоты.

Основные размеры и параметры паровоздушных ковочных молотов двойного

действия регламентированы ГОСТ 9752. Предусмотрено изготовление молотов

арочного и мостового типа с МПЧ

1000...

8000 кг при эффективной энергии удара

25...200 кДж. Стандартом установлено, что масса шабота равна 15-кратной номи-

нальной МПЧ.

Аналогично обстоит дело и со штамповочными молотами. В новых цехах пред-

почитают устанавливать КГШП, доступные самой широкой механизации и автома-

тизации. Однако во многих кузнечно-штамповочных цехах ведущей машиной пока

остается паровоздушный молот; создание фундамента на виброизолированном

основании и некоторые другие нововведения в ряде случаев побуждают проекти-

ровщиков к традиционным решениям. Поэтому в условиях серийного производ-

ства целесообразно применять штамповочные молоты с МПЧ до 25 000...40 000 кг.

Для штамповки очень крупных поковок применяют бесшаботные молоты.

Паровоздушные штамповочные молоты двойного действия изготовляют со-

гласно ГОСТ 7024 с номинальной МПЧ 630...25 000 кг (4= 16...630кДж) при

полном ходе

1000...

1600 мм, причем превышение массы шабота должно быть

20-кратным. Давление пара или воздуха, предусмотренное вышеуказанными

стандартами для молотов двойного действия, равно

0,6...0,9

МПа.

Изготовление облицовочных и других деталей летательных аппаратов из не-

железных листовых сплавов требует специфического механического режима об-

работки. Наиболее подходящим оборудованием для этого оказываются л

исто-

штамповочные молоты.

16.2.

Требования к конструкции ковочных

и штамповочных молотов

Общая компоновка и конструкция отдельных деталей ковочного молота

(рис.

16.1) отличаются от таковых у штамповочного молота (рис. 16.2). К опреде-

ляющим

технологическим

факторам относят габариты поковок и зависящие от них

линейные размеры рабочего пространства, точность и жесткость удара.

Например, на ковочном молоте с МПЧ 5000 кг можно обработать гладкий

вал массой до 1500 кг из заготовки 250 х 250 х 3200 мм, а на штамповочном моло-

те с такой же МПЧ - вал массой не более 25 кг из круглой заготовки 75 х 850 мм.

Чтобы обеспечить отковку столь большого изделия, линейные размеры ковочно-

367

Рис.

16.1. Схема ковочного молота:

1 - шабот; 2 - станина; 3 - падающие части; 4 - рабочий цилиндр; 5 - предохранительное устройство; 6 - парораспределительный

механизм;

- механизм управления; 8 - система смазывания

ава 16.

Типовые конструкции паровоздушных молотов

го молота должны быть увеличены. Так, в первом случае расстояние на свету

между стойками составляет 3200 мм, а во втором - 1000 мм.

Плоская форма рабочей поверхности бойков ковочного молота требует лишь

их параллельности при ударе, не предъявляя жестких условий по относительному

сдвигу в горизонтальной плоскости. Иначе у штамповочных молотов: смещение

верхнего штампа относительно нижнего искажает форму полости окончательного

ручья и приводит к неисправимому браку. Поэтому у штамповочного молота

должно быть обеспечено не только хорошее вертикальное направление падающих

Рис.

16.2.

Схема штамповочного молота (1-8

см.

на

рис.

16.1)

369