Классификация кузнечно-прессового оборудования и его выбор

В зависимости от характера воздействия рабочих органов на заготовку в процессе деформирования металла и устройства ме­ханизмов для привода этих органов кузнечно-прессовое оборудова­ние подразделяют на молоты, прессы, горизонтально-ковочные и специальные машины.

Молотами называются кузнечные машины, на которых обработ­ку металла осуществляют ударами падающих частей. Деформиро­вание металла на молотах происходит в условиях динамического приложения нагрузки. В начале деформирования (момент сопри­косновения с заготовкой) падающие части имеют максимальную скорость, доходящую до 9 м/с. После окончания деформирования металла скорость падающих частей равна нулю.

К моменту удара падающие части накапливают кинетическую энергию, определяемую по формуле

где m — масса падающих частей молота, кг; v — скорость пада­ющих частей в момент соприкосновения с заготовкой, м/с.

Кинетическая энергия падающих частей тем больше, чем боль­ше их масса и скорость падения. Основная часть кинетической энергии расходуется на деформирование металла, т. е. использует­ся полезно. Остальная часть энергии теряется на упругие дефор­мации бойков, трение движущихся частей, сотрясение шабота, фун­дамента и т. д. Работа деформации металла А=η Е, где η — КПД удара.

КПД удара зависит от соотношения масс падающих частей и шабота, их формы, упругих свойств заготовки и многих других факторов. Чем больше отношение массы шабота к массе пада­ющих частей, тем больше КПД удара. У ковочных молотов это отношение равно 10 : 15. При этом КПД удара составляет в среднем около 0,7. С увеличением пластичности металла заготовки КПД удара может увеличиваться до 0,85.

По принципу действия молоты подразделяют на молоты про­стого и двойного действия. В молотах простого действия энергия удара создается только падающими частями, подъем которых осуществляют с помощью пара, сжатого воздуха или какого-либо другого энергоносителя. В молотах двойного действия энергия удара создается падающими частями при одновременном допол­нительном воздействии на них каким-либо энергоносителем. Па­дающие части этих молотов не просто поднимаются вверх и пада­ют, а для усиления ударов еще принудительно разгоняются действием пара, сжатого воздуха и другими способами, что увеличивает скорость их падения.

В настоящее время молоты простого действия применяют ог­раниченно. Молоты двойного действия по сравнению с молотами простого действия при одной и той же массе падающих частей об­ладают большей кинетической энергией.

По конструкции молоты различны. По типу привода их под­разделяют на паровоздушные, пневматические, механические, гид­равлические, газовые и высокоскоростные.

Паровоздушные молоты приводятся в действие паром или сжа­тым воздухом, вырабатываемым соответственно в паровых котлах или компрессорных установках. Пар или сжатый воздух поступает по трубопроводам в рабочий цилиндр молота и, действуя на пор­шень, осуществляет подъем и разгон падающих частей молота. Нанося удар по заготовке, подвижные части осуществляют дефор­мирование металла.

Пневматические молоты приводятся в действие сжатым возду­хом, поступающим в рабочий цилиндр от компрессорного цилинд­ра, встроенного в машину. В отличие от паровоздушных молотов в пневматических молотах воздух выполняет роль как бы пружи­ны, связывающей рабочий и компрессорный поршни молота. Ком­прессорный поршень приводится в движение от кривошипного вала и при движении поршня вверх воздух над ним сжимается и по­ступает в рабочий цилиндр, где он давит на рабочий поршень, за­ставляет его двигаться вниз, разгоняя падающие части молота, которые наносят удар по заготовке. После нанесения удара в пне­вматических молотах простого действия падающие части подни­маются вверх благодаря разряжению, которое образуется в рабо­чем цилиндре при движении компрессорного поршня вниз. В молотах двойного действия падающие части поднимаются сжатым воз­духом, который из компрессорного цилиндра поступает под пор­шень рабочего цилиндра при движении компрессорного поршня вниз.

Механические молоты для передачи движения от электродви­гателя к падающим частям снабжены механизмами, обязательной частью которых является жесткая, гибкая или упругая связь. На­пример, в молотах с гибкой связью падающие части поднимаются вверх цепью, канатом или ремнем, которые наматываются на ро­лик.

Гидравлические молоты приводятся в движение жидкостью вы­сокого давления, которая воздействует на плунжер, связанный с падающими частями молота.

Газовые молоты приводятся в движение энергией газов, обра­зующихся при сгорании топлива, впрыскиваемого в рабочий ци­линдр молота.

Высокоскоростные молоты приводятся энергией газов, сжима­емых с помощью гидравлических устройств.

Наиболее широкое применение в кузнечном производстве полу­чили паровоздушные и пневматические молоты двойного действия.

Отечественной промышленностью выпускаются паровоздушные молоты с номинальной массой падающих частей от 1 до 7,25 т, пневматические молоты с массой от 50 до 1000 кг. В номинальную массу падающих частей входит масса бабы, штока, поршня и верх­него бойка. Паровоздушные молоты являются универсальными машинами и используются как для свободной ковки, так и для штамповки. Пневматические молоты в основном используются для свободной ковки и реже для штамповки.

Ковочные прессы подразделяют на гидравлические, механиче­ские, паро - и воздушно-гидравлические.

Гидравлические прессы по сравнению с молотами деформируют металл заготовки с меньшими скоростями. Скорость движения ин­струмента у гидравлических прессов не превышает 0,3 м/с. Основ­ную работу по деформированию металла они совершают не за счет массы и скорости движения падающих частей, а за счет дав­ления жидкости, развиваемого в рабочих цилиндрах. Усилие, раз­виваемое на плунжер цилиндра со стороны жидкости, определяют по формуле P=η∑,Fp, где η — коэффициент, учитывающий потери в трубопроводах; ∑,F — сумма площадей поперечного сечения всех плунжеров; р — давление жидкости. При наличии у пресса одного цилиндра ∑F=F= π D2, где D — диаметр плунжера. Чем выше 4

давление жидкости и больше площадь поперечного сечения плун­жеров, тем большее усилие развивает гидравлический пресс. В на­стоящее время в гидравлических прессах создают давление жид­кости до 98 МПа, а наиболее крупные прессы развивают усилие до 685 МН.

Механические прессы осуществляют деформацию металла ин­струментом, приводимым в движение с помощью различных меха­низмов, преобразующих вращательное движение электродвигате­ля в возвратно-поступательное движение инструмента. Наиболее распространены кривошипно-шатунные, рычажные, реечные и вин­товые механизмы.

Механические прессы отличаются от гидравлических прессов и молотов тем, что у них имеется жесткая связь через систему механических передач между инструментом и электродвигателем. Однако в процессе деформирования металла основную работу про­изводит не электродвигатель, а элемент пресса (маховик), обла­дающий большим моментом инерции. После пуска электродвига­теля пресса маховик разгоняется и вращается с определенной мак­симальной частотой, запасая значительную энергию. В процессе рабочего хода инструмент соединяется с маховиком, и он отдает часть запасенной энергии на деформацию металла заготовки. Час­тота вращения маховика при этом обычно снижается не более чем на 20%. После окончания рабочего хода электродвигатель снова разгоняет маховик до определенной максимальной частоты вра­щения.

Выбирают ковочные молоты и прессы согласно эмпирическим формулам, диаграммам или таблицам. Пневматические ковочные молоты используют для производства поковок небольшой массы из заготовок сортового проката, а также для протяжки длинных заготовок, ковки запасных частей, заготовок для инструмента и ремонтных операциях. Ориентировочно пневматические молоты в зависимости от формы, размера и массы поковок выбирают по табл. 5.

Таблица 5. Основные данные для выбора пневматических молотов в зависимости от формы, размеров и массы поковок.

Для производства поковок средней и большой массы из загото­вок прокатанного профиля и слитков используют паровоздушные молоты. Гидравлические ковочные прессы применяют для изготов­ления крупных поковок из слитков, которые нельзя получить с помощью ковочных молотов.