Кузнечно-штамповочное оборудование: учебник

Бочаров Ю.А.

Академия, 2008 г.

ГЛАВА 1. СИСТЕМАОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ГЛАВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И МАРКИРОВКА

1.1. Кузнечно-штамповочное оборудование в системеОБРАБОТКИ давлением

Современное КШО состоит из КШМ, средств механизации и автоматизации и вспомогательных устройств. Кузнечно-штамповочные машины являются главными компонентами технологической системыОБРАБОТКИметаллов и неметаллических материалов (далее — материалов) давлением (ОМД), обеспечивающими технологический процесс в динамическом взаимодействии со всеми другими компонентамисистемы (рис. 1.1). Современные технологические системы ОМД основаны на интеграции механических, электронных и информационных устройств: механизмов и инструмента, электронныхканалов и датчиков прямой и обратной связи, микропроцессоров, контроллеров и компьютеров.

Таким образом, современные технологические системы ОМД представляют собой мехатронные системы.

Мехатроника — это технико-технологическое направление развития техносферы, интегрирующее механику, электронику и информатику с целью совершенствования технологии и производства, включая создание и применение устройств с элементами искусственного интеллекта. Соответственно мехатроника ОМД — это наука, в которой интегрированы знания механики КШМ и технологических процессовдеформирования материалов, электроники информационных каналов, процессоров и компьютеров, информатики, алгоритмического и программного обеспечения.

Кузнечно-штамповочные машины являются технологическими машинами, главными компонентамисистемы ОМД, все параметры которых должны быть подчинены требованиям технологических процессовОБРАБОТКИматериаловдавлением и стандартов качества продукции (штампованных заготовок, полуфабрикатов и деталей).

Размерные ряды стандартов на гидравлические прессы построены по значению номинальной силы. Технологические (наибольший ход ползуна, площадьстола и ползуна и др.) и установочно-монтажные линейные параметры, приводимые в стандартах, отражают технологическое назначение прессов, условияустановкипрессов на фундаментах и крепления инструмента.

К характеристикам гидравлических прессов относят: быстроходность (число ходов ползуна в минуту), скорость холостого и рабочего хода, установленную мощность электродвигателей.

Гидравлические молоты. Главным размернымпараметром гидравлических молотов, машин динамического (ударного) действия служит эффективная кинетическая энергия Т, = mv2/2, развиваемая подвижными рабочими частями машины к началу рабочего хода, или их масса т. Размерные ряды стандартов построены по эффективной энергии и массе рабочих частей. Технологические и установочно-монтажные линейные параметры, приводимые в стандартах, отражают технологическое назначение молотов (ковочные или штамповочные), условияустановкимолотов на фундаментах и крепления бойков и штампов.

К характеристикам гидравлических молотов относятся также быстроходность (наибольшая частота ударов в минуту) и установленная мощность электродвигателей.

Гидровинтовые прессы. Главными параметрами гидровинтовых прессов служат номинальная сила и эффективная кинетическая энергиямасс рабочих частей. Вследствие применения винтовых механизмов с несамотормозящей резьбой рабочие части гидровинтовых прессов совершают линейное и (или) вращательное движение [5].

ГЛАВА 7. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВДВИЖЕНИЯ РАБОЧИХ ЧАСТЕЙ И ЖИДКОСТИ

7.1. Основы теории

Теория гидравлических прессов и других гидравлических КШМ основана на фундаментальных положениях механики твердого тела, жидкости и газа. В гидравлических прессахэнергия сжатой жидкости, поступающей из гидропривода, трансформируется посредством гидроцилиндра непосредственно в механическую работудеформирования материала, а в гидравлических молотах и гидровинтовых прессах, где могут применяться также и гидромоторы (гидродвигатели вращательного движения), энергия сжатой жидкости сначала переходит в кинетическую энергию рабочих масс, а затем в работу деформирования. В гидростатахэнергия сжатой жидкости используется непосредственно для создания гидростатического поля давления на материал.

Современные гидравлические КШМ представляют собой сложные реверсивные машинные агрегаты, включающие металлические, жидкостные и газовые звенья и механизмы, гидросистемы которых состоят из относительно коротких разветвленных гидролиний с близким расположением местных сопротивлений, поэтому суммарное сопротивление гидролиний во многих случаях оказывается меньше в 2 —2,5 раза суммы сопротивлений отдельных элементов. скорость холостого хода рабочего звена исполнительного механизма современных прессов не превышает 0,4 м/с, а рабочего — 0,15 м/с. В гидросистемах прессов наблюдаются кратковременные неустановившиеся и длительные установившиеся режимы ДВИЖЕНИЯ жидкости, а ее упругие свойства проявляются при рабочем ходе, в начале и конце холостых перемещений.

Наибольшая скоростьДВИЖЕНИЯ исполнительных механизмов гидравлических машин ударного действия достигает у гидровинтовых прессов — 1,5 м/с, гидромолотов — 6 м/с; в гидросистемах этих машин преобладает неустановившийся режим ДВИЖЕНИЯ жидкости, при котором существенно проявляются упругие свойства жидкости.

Основные положения теории гидравлических КШМ разрабатывались М.В.Сторожевым (1932, 1948), Б.В.Розановым (1958), авторами работ [8, 16] и др.

Рассмотрим два типа систем гидравлических КЩМ: насосные системы с постоянной или изменяющейся по определенному закону подачей, и насосно-аккумуляторные системы с постоянным или изменяющимся по определенному закону давлением.

Переходные промессы в гидросистемах характеризуются общими закономерностями неустановившегося многомерного ДВИЖЕНИЯ жидкостной сплошной среды, отражающими физическую сущность взаимодействия жидкостных и твердых звеньев.

При синтезе конструкций и эскизно-техническом проектировании гидравлических прессов и других машин часто требуется аналитически определять приближенные закономерности движения рабочих частей машин и жидкости в гидросистемах, время пуска и продолжительность переходных процессов, значение и число забросов давления, основные частоты колебаний гидросистемы. При техническом проектировании с помощью программ математического моделирования на ЭВМ можно анализировать и оптимизировать конструктивные параметры, влияющие на поведение системы на различных этапах машинного цикла.

16.3. Конструкции закрытых прессов

Общие особенности конструкции. Закрытые прессы имеют замкнутую двухстоечную станину, равномерно воспринимающую технологические нагрузки по центру стола — ползуна. За счет симметричного расположения стоек пресса и их конструктивного исполнения достигается более высокая жесткостьпрессов и отсутствие перекосов — угловых деформаций направляющих станины и стола пресса. Штампыработают в более благоприятных условиях, что существенно снижает их износ в процессеработы по сравнению с открытыми конструкциями. На закрытых прессахштампуют листовые заготовки корпусных деталей автомобильной, тракторной и других отраслей промышленности. I В отечественном прессостроении основные ПАРАМЕТРЫ одно-, двух- и четырехкривошипных прессов простого действия регламентируются ГОСТ 10026—87Е, 7766—88Е, 16267—84Е соответственно. Однокривошипные прессы изготавливают номинальной силой 0,63... 16 МН при ходе ползуна 100...800 мм и быстроходности 63—12 ходов в минуту. Двухкривошипные прессы строят номинальной силой 1 ...31,5 МН при ходе ползуна 160...800 мм и быстроходности 50—12 ходов в минуту. Четырехкривошипные прессы имеют номинальную силу 3,15... 31,5 МН, ход ползуна 250... 1 000 мм при быстроходности 5—18 ходов в минуту.

Однокривошипные закрытые прессы выполняют в трех исполнениях, отличающихся значениями хода ползуна и быстроходности. В каждом из исполнений предусмотрено изготовление модификаций с различными размерами штамлового пространства в плане. В зависимости от быстроходности главный привод закрытых прессов имеет различное число зубчатых передач и их компоновку. привод с двухступенчатой зубчатой передачей может быть простой и суммирующий (рис. 16.4). От электродвигателя /движение передается клиноременной передачей 6 на маховик 16, затем на быстроходную ступень и на вторую ступень зубчатой передали 17 — колеса шестерне-эксцентрикового типа. Суммирующий тип привода получил свое название потому, что на колеса шестерне-эксцентрикового типа движение передается одновременно двумя шестернями промежуточных валов. Раздвоенный потокмощности на быстроходной ступени зубчатой передачи суммируется на тихоходной ступени при вращении шестерне-эксцентрикового главного вала 18. Крутящий момент, передаваемый каждой шестерней при работе пресса, существенно снижается с применение ем двухстороннего приводаДВИЖЕНИЯ главного вала. Это позволяет снизить размеры зубчатых передач, улучшить компоновку привода, уменьшить размеры верхней поперечины и высоту пресса.

19.4. Автоматы для чистовой вырубки

Чистовая вырубка является методом получения деталей из листа разделительными операциями (вырубкой—пробивкой) с высоким качеством поверхности реза за один ход ползуна пресса. Сущность метода чистовой вырубки заключается в создании на заготовке высокого давления с изменением схемы напряженного состояния в зоне резания. Наиболее распространен способ чистовой вырубки (рис. 19.2, а). Первоначально заготовка 4 прижимается силой Fn к матрице 5 прижимом 3 с клиновым ребром 2, расположенным вдоль кромкипуансона /. При вдавливании ребра происходит вытеснение металла заготовки к режущим кромкам и создание в зоне резания высокого давления. Далее пуансон 1 совершает рабочий ход, преодолевая силу FB противодавления, создаваемую выталкивателем б, силой Fn отделяет вырубаемую деталь с гладкой и перпендикулярной поверхностью реза. После разгрузки и раскрытия штампа деталь выталкивателем б удаляется из матрицы, а отход прижимом 3 снимается с пуансона.

Следовательно, пресс-автомат для чистовой вырубки кроме главного механизма должен иметь механизмы, обеспечивающие силу прижима заготовки и силу противодавления в начальной фазе операции. В заключительной фазе эти механизмы должны работать в другом силовом режиме, выталкивая вырубленную деталь и снимая отход с пуансона. По существу Автоматы для чистовой вырубки — это прессы тройного действия, в которых обеспечиваются три независимых ДВИЖЕНИЯ рабочих механизмов.

23.2. Конструкции автоматов

Многопозиционные вертикальные автоматы. В отечественном производстве данные Автоматы разрабатывают на основе конструкций многопозиционных кривошипно-коленных прессов для холодного выдавливания. Последовательное формоизменение заготовки на нескольких позициях штамповки требует изменения размеровстола и конструкции выталкивателей.

Привод выталкивателя осуществляется от шатуна через систему рычагов, передающих движение на шарнирно связанные двуплечие рычаги с установленной на них поперечиной. Для расширения зоны действия выталкивателей поперечина опирается одновременно на два рычага. При совместном повороте рычагов поперечина получает плоскопараллельное движение и воздействует установленными на ней упорами на расположенные в столепресса толкатели.

Для автоматизации процесса переноса заготовок (полуфабрикатов) по позициям штамповки используют каретку с управляемыми захватами. Каретка перемещается возвратно-поступательно в направляющих от главного привода через шарнирную тягу. Раскрытие захватывающих пальцев, установленных в рычагах захватов, осуществляется от вращающихся регулируемых кулачков, воздействующих на ролики.

Привод каретки механизма переноса осуществляется кулачково-рычажным механизмом, в котором предусмотрено блокирующее устройство, отключающее автомат при перегрузке.

Для обеспечения взаимодействия приводсредств автоматизации осуществляется непосредственно от  шестерне-эксцентрикового главного исполнительного механизма посредством жестких кинематических связей — валов и зубчатых передач.

23.4. Построение цикловых диаграмм

Выполнение в автоматическом режиме технологических операцийштамповки требует соблюдения строгой последовательности и взаимодействия всех исполнительных звеньев цикловых механизмов. С этой целью на стадии проектирования разрабатываются цикловые диаграммы, которые затем используются при сборке, наладке, регулировке и исследованиях машин [52].

На циклограмме автоматаприводят происходящие в течение кинематического машинного цикламашины отдельные этапы работы цикловых исполнительных механизмов. Наряду с конструктивными особенностями рабочих элементов цикловых механизмов основой для разработки цикловой диаграммы служит типовой технологический процесс. Принят в качестве типового технологического процесса четырехпереходный процессштамповки заготовок болтов с двукратным редуцированием и отрезкой заготовки открытым ножом. Кинематическая схемаавтомата для выполнения этого процесса приведена на рис. 23.4.

При проектировании принято строить циклограммы в прямоугольной системе координат (линейные цикловые диаграммы). По оси абсцисс откладывают в масштабе углы поворота кривошипа главного вала за один оборот, а по оси ординат строят графики перемещений исполнительных звеньев цикловых механизмов в соответствующих масштабах. Для построения графиков перемещений следует использовать кинематические схемы цикловых механизмов с конкретными размерами звеньев.

Начинается процесс построения циклограммы с определения интерваловциклаработы ГИМ при известныхпараметрах технологического процессаштамповки по позициям. Учитывается равенство объемовполуфабрикатов на различных позициях штамповки, конструкция инструмента и кинематическая схема ГИМ.

В расчетах определяют величины недоходов ползуна до крайнего переднего положения (КПП) при начале заталкивания заготовки на соответствующих позициях штамповки и при начале хода деформирования, в том числе и при использовании подпружиненного пуансона на первой позиции штамповки.