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

Подождите немного. Документ загружается.

Раздел IV. МОЛОТЫ

частей, но и строгая фиксация направляющих относительно оси молота, обеспе-

чивающая совпадение осей верхнего и нижнего штампов.

Ковкой изготовляют поковки простой конфигурации, поэтому различного рода

поднутрения и уступы сглаживают напусками. При объемной штамповке стремятся

достичь максимального приближения формы поковки к изделию, благодаря чему

она довольно сложная - с ребрами, полостями и т. п. Кроме того, нужно удалить

излишек металла в канавку для заусенца (облоя). Поэтому при штамповке необхо-

димо,

чтобы удар был как можно жестче: только в этом случае силы, требующиеся

для деформации металла, обеспечивают отчетливое заполнение полости оконча-

тельного ручья. Как показал опыт эксплуатации, такие условия достигаются, если

отношение масс шабота и падающих частей не менее 20...25, причем шабот и па-

дающие части обладают большой конструктивной жесткостью.

Таким образом, у штамповочных молотов шабот должен быть большим, а просвет

между стойками малым, и, следовательно, стойки могут крепиться непосредственно

на шаботе, образуя замкнутую раму станины с хорошей фиксацией и направлением

для падающих частей. У ковочных молотов закрепить стойки на шаботе не пред-

ставляется возможным, так как при уменьшенной массе и большом расстоянии

между стойками шабот превратится в плиту и вследствие сниженной конструктив-

ной жесткости не сможет выполнить свою функцию - воспринять удар.

Особенности технологии находят отражение и в циклах движения падаю-

щих частей. Штамповочный молот, например, должен быть устроен так, чтобы

в любой момент можно было нанести полный единичный удар с максимальной

энергией, а ковочный молот чаще всего работает последовательными ходами

с неполной энергией. Кроме того, в состав бригады любого ковочного молота

входит машинист, управляющий парораспределением по сигналам бригадира.

На штамповочном же молоте не требуется руководства технологическим про-

цессом и кузнец сам управляет работой молота. Это приводит к определенным

различиям в системах управления ковочным и штамповочным молотами.

Эксплуатационные требования к конструкции молотов обусловлены надеж-

ностью, долговечностью и удобством обслуживания. Производственный опыт сви-

детельствует о необходимости внесения множества изменений в конструкции уз-

лов и деталей в связи с различными требованиями. Например, крепление стоек

штамповочного молота к шаботу подпружиненными шпильками с наклонной

осью вместо вертикальной; использование паровоздушного предохранителя вмес-

то пружинного; глухое конусное крепление штока к бабе; отказ от шпилек, стяги-

вающих стойки штамповочного молота снизу, и др.

Аналогичным образом создана конструкция листоштамповочного молота

(рис.

16.3), характеризующаяся прежде всего большими размерами штампового

пространства в плане. В связи с меньшими при листовой штамповке силами де-

формирования (по сравнению с объемной штамповкой) нет необходимости на-

несения жестких ударов, поэтому принята значительно меньшая кратность

массы шабота по отношению падающих частей с учетом верхнего штампа (5...7).

Наконец, большая общая масса падающих частей позволяет достичь требуемой

энергии удара при малых начальных скоростях (< 3 м/с).

370

г л ава 16.

Типовые конструкции паровоздушных молотов

Рис. 16.3. Схема листоштамповочного молота

см.

на

рис.

16.1)

Конструктивное многообразие паровоздушных молотов является отличи-

тельным признаком машин, выпускаемых различными заводами и фирмами.

Проведенный анализ позволил установить, что типовое исполнение деталей,

узлов и механизмов обосновано положительными результатами многолетнего

опыта эксплуатации. Рассмотрим подробнее типовые конструкции узлов и ме-

ханизмов широко распространенных в промышленности ковочных и штампо-

вочных молотов.

371

Раздел IV, МОЛОТЫ

16.3.

Станины

Ковочные молоты выпускают с двухстоечной станиной арочного или мосто-

вого типа. В узел станины арочного типа ковочного молота (рис. 16.4, а) в ка-

честве базовых деталей входят левая 2 и правая 8 стойки с регулируемыми

направляющими планками 3. Замыкание рамы станины может осуществляться

разными способами. В конструкции, изображенной на рис. 16.4, а, стойки уста-

новлены на левую / и правую 10 фундаментные плиты, стянутые тягами 9, Сверху

располагается подцилиндровая плита 4, поперечные пазы которой так же, как и

распорные трубы 6 со стяжными шпильками, фиксируют положение стоек вдоль

фронта. Поперечная их фиксация обеспечивается шпонками 7. Узел рабочего ци-

линдра монтируют на подцилиндровой плите и крепят к стойкам шпильками 5.

Стойки современных ковочных молотов изготовляют из стального литья и

обычно со скругленным коробчатым сечением.

Для ковки поковок больших размеров арочная конструкция станины стано-

вится нетехнологичной (например, для молота с МПЧ 3150 кг просвет увеличи-

вается с 2700 до 4000 мм). В этом случае применяют мостовую станину

(рис.

16.4, б) - клепаную металлоконструкцию 4 коробчатого сечения, устанав-

ливаемую на двух круглых стойках-колоннах 5, согнутых из листа и сваренных

по шву. Крепление моста 4 к стойкам, а последних - к фундаментным плитам 7

осуществляют болтами; плиты скреплены тягами 6. Сверху на мост устанавли-

вают стальные литые кронштейны 2, на которых расположен рабочий цилиндр 7;

снизу в проеме закреплены левая и правая направляющие 3.

Конструкция типовой двухстоечной станины паровоздушного штамповоч-

ного молота показана на рис. 16.5. Стойки штамповочных молотов работают в

очень тяжелых условиях импульсного нагружения. По отношению к оси молота

сила часто приложена эксцентрично. В результате происходит их сдвиг вдоль и

поперек фронта шабота, сопровождающийся изгибом в двух плоскостях. Снача-

ла стойки отрываются от шабота, а затем резко садятся на свое место. Поэтому

крепление должно допускать подвижность стоек при ударе и их последующую

точную посадку на прежнее место, а также предусматривать компенсацию изно-

са сопряженных поверхностей.

Правую 6 и левую 4 стойки устанавливают на шаботе 5, боковые приливы А

которого фиксируют их положение по фронту. Поперечное сочленение стоек

с шаботом производится в обхват при помощи переднего и заднего нижних при-

ливов Б у стоек. К шаботу каждую стойку крепят двумя передними и двумя зад-

ними подпружиненными шпильками 7. Ось шпилек наклонена под углом

10...12° к вертикали. Назначение пружин двоякое: при отрыве стоек они выпол-

няют роль амортизаторов, растягивая ударный импульс во времени и уменьшая

тем самым воздействующую на шпильки силу; при посадке горизонтальная со-

ставляющая силы сжатой пружины прижимает стойку к приливу шабота, фик-

сируя ее правильное положение.

372

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Рис.

16.4. Станины арочного {а) и мостового (б) типов ковочного молота

373

Раздел

IV.

МОЛОТЫ

Функции компенсаторов износа сопряженных вертикальных плоскостей

стоек и шабота выполняют два продольных и два поперечных клина. Первые два

забивают с фронтальной стороны молота между передними приливами Б стоек

и шаботом, а вторые - в зазор между боковыми поперечными плоскостями при-

ливов А и Б этих деталей. Уклон продольных клиньев составляет 1/16, попереч-

ных - 1/24. Для надежности каждый из клиньев контрят шпонкой с зубцами,

установленной в пазу станины 6 (шабота 8),

Продольную фиксацию стоек обеспечивают подцилиндровой плитой 5, укла-

дывая ее пазами на шпоночные выступы стоек. В зазоры пазов вставляют планки,

а для вертикального соединения используют четыре пары подпружиненных бол-

тов,

стягивающих верхние приливы стоек, подцилиндровую плиту и плиту рабоче-

го цилиндра. Для поперечной фиксации используют шпонки.

Горизонтальное перемещение регулируемой направляющей планки 1 для

уменьшения или увеличения зазора между нею и бабой осуществляют клином 2.

Для подъема или опускания клина служат гайка и болт, квадратную головку кото-

рого располагают в пазу клина. К стойке направляющая планка прижата подпру-

жиненными шпильками 3, Точно такое же устройство направляющих применяют

и в ковочных молотах.

Рис. 16.5. Конструкция типовой двухстоечной станины паровоздушного штампо-

вочного молота

374

г л ава 16. Типовые

KOHcmpyKijuu

паровоздушных молотов

Стойки штамповочных молотов изготовляют из стального литья. Отливку

отжигают, а места контакта с шаботом и подцилиндровой плитой подвергают

газопламенной поверхностной закалке. Благоприятное влияние на контактную

прочность в указанных местах оказывает хорошая смазка. Прочность стоек

обеспечивают приданием ей коробчатого или двутаврового сечения в горизон-

тальной плоскости и трапецеидального с ребрами жесткости - в вертикальной.

16.4.

Шабот

Шабот - это массивный цельный блок при массе менее

100...

120

т или со-

ставной блок из трех-четырех деталей при большей массе. Шаботы ковочных

молотов отливают из чугуна СЧ 21. Для снижения стоимости крупных штампо-

вочных молотов из стального литья изготовляют обычно только верхнюю часть

составного шабота, остальные плиты отливают из чугуна. Шаботы мелких и

средних штамповочных молотов делают целиком из стального литья.

Конструкция шаботов ковочных молотов ступенчатая (см. рис. 16.1): сверху

суженная в размер подбойковой плиты, что облегчает манипулирование инст-

рументом при выполнении таких операций, как рубка, прошивка и т. п.; книзу -

уширенная для уменьшения давления на подшаботную прокладку.

Шаботы штамповочных молотов делают прямыми (см. рис. 16.2) или в фор-

ме усеченной книзу пирамиды. В составных шаботах для центровки предусмат-

риваются продольные пазы и шпоночные выступы. Соединяют отдельные части

такого шабота шпильками, утопленными в его вертикальных пазах.

Конструкторы некоторых фирм рекомендуют устраивать посредине опор-

ных плоскостей шабота для стоек полости с канализационным выходом на боко-

вую поверхность. При отскоке стоек в зазор (область пониженного давления)

устремляется воздух и сдувает окалину наружу через эти отверстия, что способ-

ствует уменьшению износа контактных поверхностей.

Для транспортировки шабот снабжают несколькими парами расчалочных

штырей, отлитых заодно с ним, или глухими цилиндрическими полостями, куда

заводят монтажные приспособления.

16.5.

Рабочий цилиндр с предохранительным

устройством

Рабочий цилиндр - составная часть привода паровоздушного молота. В его ци-

линдрической полости происходит преобразование энергии пара и сжатого воздуха

в кинетическую энергию движущегося поршня и всего узла падающих частей.

К узлу собственно рабочего цилиндра (рис. 16.6) относятся: его корпус 3, втул-

ка 4, отъемное днище

предохранительное и уплотнительное устройства. В корпусе

рабочего цилиндра размещаются также поршень 10, штоки 5, 9 и детали паро-

распределения и управления молотом.

375

Раздел IV. МОЛОТЫ

Рис. 16.6. Схема узла рабочего цилиндра паровоздушного молота

376

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Корпуса молотов бывают двух типов: отлитые заодно с золотниковой короб-

кой и без нее. Корпуса первого типа сейчас унифицированы для ковочных

и штамповочных молотов, второго - иногда встречаются у ковочных молотов.

Устойчивость корпуса обеспечена боковыми ребрами и несколькими парами про-

дольных косынок (иногда их выполняют также в виде ребер жесткости по всей

длине цилиндра). Изготовляют корпуса рабочих цилиндров из стального литья.

Известно, что контактный износ зависит от скорости относительного пере-

мещения сопряженных поверхностей. Поскольку скорость поршня неравномер-

на по длине рабочего цилиндра, то неодинаков по его длине и износ - в цен-

тральной части выработка сильнее. Чтобы компенсировать износ, искажающий

форму рабочей полости, вследствие чего возрастают утечки энергоносителя, ре-

комендуется устанавливать в цилиндре втулку из чугуна СЧ 21 или (лучше) из

хромоникелевого чугуна. Плотность посадки втулки достигается в результате

предварительного подогрева цилиндра.

А.И. Зимин указывает, что толщина стенки корпуса цилиндра, рассчитанная

исходя из давления пара или воздуха, слишком мала. Поэтому ее принимают

конструктивно около 0,1 £), где D - внутренний диаметр цилиндра, а толщину

стенок втулки - 0,05 Д но не менее 20 мм. Такие размеры обеспечивают необ-

ходимое число переточек при ремонте.

При наличии в цехе большого количества молотов всегда возможны перепа-

ды давления в магистралях пара или воздуха. Даже опытным наладчикам не сразу

удается отрегулировать положение органов парораспределения. Вследствие оши-

бок при управлении молотом поршень может получить непредвиденное ускоре-

ние при движении вверх и резко ударить в

крышку цилиндра. Для предотвращения ава-

рийных ситуаций в верхней части цилиндра

монтируют специальное предохранительное

устройство.

Опыт показал, что пружинные предохра-

нители ненадежны и часто выходят из строя,

не смягчая удара. Паровоздушные предохра-

нители сложнее по конструкции, но зато по-

ломка крышки при них почти исключена. В

этих устройствах плунжер 1 (см. рис. 16.6),

свисающий в рабочий цилиндр, воспринимает

удар поршня и, поджимая пар или воздух в

отсеченной полости цилиндра предохраните-

ля,

гасит скорость падающих частей. Для

компенсации утечек полость предохранителя

всегда соединена трубкой 2 с подводящей

трубкой 8 свежего пара или воздуха, для вы-

хлопа которых предусмотрена труба 6. Снизу

в рабочий цилиндр входит шток 9, Герметиза- Рис. 16.7. Конструкция уплотни-

цию цилиндра обеспечивает уплотнительное тельного устройства

377

Раздел IV.

МОЛОТЫ

устройство в виде манжет 2 (рис. 16.7) шевронного сечения из асбестовой ткани

АТ2 или АТ4, пропитанной теплостойким клеем. При сборке устанавливают

5-8 манжет, фиксируя их кольцами 1 и 3 из бронзы или антифрикционного

чугуна. Нижнее кольцо 3 поджимают разрезной втулкой 4.

16.6.

Падающие части

Номинальная МПЧ - главный размерный параметр - складывается из масс

поршня, штока, бабы. Верхний боек, или штамп, не является деталью молота, рег-

ламентация его массы необходима для того, чтобы предупредить при эксплуата-

ции утяжеление падающих частей сверх меры, приводящее к значительному из-

менению параметров молота. Так, ГОСТ 9752 на ковочные молоты допускает

превышение номинала всего на 5 %. По ГОСТ 7024 на штамповочные молоты до-

пускается увеличение фактической МПЧ относительно номинальной не более чем

на 15 % без учета массы верхнего штампа. Масса же верхнего штампа не должна

превышать 30 % от номинальной МПЧ.

Типовой узел падающих частей (рис. 16.8) состоит из раздельно выполнен-

ных поршня 2, штока 5, бабы 6 и более мелких соединительных деталей.

Длительный опыт эксплуатации штамповочных молотов показал целесооб-

разность заклиненного конусного крепления поршня на штоке и штока в бабе.

Прочность такого крепления обеспечивается достаточными нормальными на-

пряжениями на поверхности контакта и соответствующим углом конусности а

сопряжений (а= 1,25...2,30°). В результате значительные касательные силы, дей-

ствующие в контакте, располагаются внутри конуса тре-

ния, наглухо заклинивая соединяемые детали.

Нормальные напряжения при посадке поршня на

шток создаются вследствие линейной усадки по диамет-

ру отверстия при охлаждении поршня, предварительно

подогретого до 400...450°С. Расклепка верхнего торца

штока не рекомендуется, так как она опасна в связи с

ослаблением посадочного натяга. Шток с поршнем мон-

тируют в рабочем цилиндре, выверяют установку бабы

и сильным ударом с разгона забивают шток в бабу.

Крепление штока в бабе предусматривает установку

в цилиндрическом гнезде бабы промежуточного разрез-

ного стального стакана-сухаря 5. Поверхностная твер-

дость материала стакана ниже твердостей материалов

бабы и штока. Поэтому стакан воспринимает весь износ

и при необходимости его заменяют. При сильных ударах

нормальные напряжения становятся значительными и в ко-

нусном соединении при контакте стали со сталью может

тей молота начаться необратимый диффузионный процесс. Выбить

Рис. 16.8. Схема типо-

вого узла падающих час-

378

Глава 16, Типовые конструкции паровоздушных молотов

шток из бабы тогда трудно. Для предупреждения этого между штоком и стака-

ном кладут латунные или медные прокладки 4 толщиной

...2 мм.

Для унификации у ковочных и штамповочных молотов применяют одинако-

вую конструкцию узла падаюш.их частей.

Поршни молотов изготовляют коваными из стали 45 или 40ХН. Диаметр

поршня в зависимости от его размера на

0,7...3

мм меньше внутреннего диаметра

втулки рабочего цилиндра. Зазор необходим из-за различной степени теплового

расширения сопрягающихся деталей. Для уплотнения служат разрезные кольца 7

из стали 20 или 30, устанавливаемые в 2-4 канавки поршня. Замок кольца обычно

косой и плоский, реже - ступенчатый с лучшей герметизацией, но более трудный

в изготовлении. Зазор в канавке между поршнем и кольцом должен быть таким,

чтобы при монтаже обеспечить посадку поршня в рабочий цилиндр.

Бабы молотов с МПЧ до 5000 кг выполняют коваными, а при большей МПЧ -

литыми из стали 45, 35Х, 40ХН или даже 40ХНА в зависимости от условий рабо-

ты молота.

Шток элементарен по форме, но условия его работы чрезвычайно сложны,

а поломка - частое явление в кузнечных цехах. Почти все исследователи указы-

вают, что штоки ломаются заподлицо с бабой или в ее конусе. Это обусловливается

характером напряженного состояния металла штока в месте поломок: продольными

напряжениями от действия массовых сил при резком торможении падающих час-

тей,

напряжениями изгиба вследствие разворота бабы при эксцентричном ударе

и постоянно действующими поперечными напряжениями сжатия от посадки што-

ка с натягом. При осмотре места излома обнаруживается усталостный характер

разрушения: внешняя кольцевая темная поверхность свидетельствует о появлении

поперечной усталостной трещины, а блестящая шероховатая внутренняя часть -

об остаточном межкристаллическом изломе. Факторы, определяющие прочность

и стойкость штока, можно разделить на две категории: свойства металла, из кото-

рого изготовлен шток, и условия нагружения штока.

Чем выше способность металла сопротивляться динамическим нагрузкам,

тем дольше служит шток. Поэтому наиболее желательно изготавливать его из

хромоникелемолибденовой стали, например ХНЗМ или 40ХНМА. Однако мо-

либден дефицитен, и приходится использовать стали хромоникелевого класса

(ЗОХНЗА, 40ХН, 18ХНВА и т. п.). При облегченных условиях штамповки можно

применять даже сталь 45 и, наоборот, при ковке высоколегированных сталей с

жестким ударом шток даже ковочного молота должен быть изготовлен из высо-

кокачественного металла.

Стойкость штока будет в десятки раз ниже, если заготовка имеет металлур-

гические дефекты, вроде флокенов, расслоений, пор и т. п. Штоки из такого ме-

талла ломаются в любом месте по его длине.

Важно обеспечить хорошую термообработку штока. Перед обдиркой заготов-

ка должна пройти нормализацию с отпуском до твердости 260 НЕ. При оконча-

тельной термообработке две трети длины штока от конца, загоняемого в бабу,

379