книги из ГПНТБ / Игнатов, А. А. Кривошипные горячештамповочные прессы

**По рекомендациям авторов.

Впрессе Шмерал МКП (вал первый): Рн= 1500 тс; ах = 20,6;

Из расчетов видно, что напряжение в сечении b— b вала пресса МКП выше напряжения вала пресса LKM на 80%, т. е.

о(ь-ь), _ 4100 _ | о

а(ь-ь)2 2260

В последних выпусках прессов Нейшенел обращено серьезное внимание на повышение прочности и жесткости главных валов, а также на снижение величин удельного усилия в опорах, осо-

101

бенно в шейке кривошипа вала, где удельное усилие qa снижено

20%; размер da с 1023 мм увеличен до 1048 мм. Размер /к не изменен, так как сохранены базовые размеры боковых опор, а размер 1а увеличен за счет уменьшения размеров Ь. Это способ­

увеличения размеров валов d 0 и da, а также за счет упрочняющей механической обработки вала его прочность в целом увеличена

диуса г перехода от боковых опор к шейке кривошипа способствует снижению концентрации напряжений. Уменьшена также вели­ чина R до 0,29d0, в то время как в прессах выпуска 1940 г. R =

для сравнения приведены размеры главных валов кривошипных

2,5-106- 23,7 = 4200 кгс/см2.

14 060

102

Таблица 21

1К

Как видно из формул, коэффициент аг — —т~-г\ Для вала

= 41 см в прессе ЗИЛ по расчету первый вал оказался прочнее второго вала.

На прессе НКМЗ (Ря — 4000 тс) при штамповке ловоротного кулака с усилием 3000—3500 тс наблюдались поломки главных валов. Последний главный вал из стали 45ХНМА, на который было обращено достаточное внимание при механической обработке, проработал менее 2 лет. При исследовании поломанного вала уста­ новлено наличие дендритной структуры в шейке его кривошипа, что указывает на недостаточную проковку вала в этом сечении при его изготовлении.

Проведено сравнение двух главных валов прессов НКМЗ и

приближены к эксцентриковой опоре, поэтому расчетные коэффи­ циенты по М. В. Сторожеву для первого вала: аг = 27,5; = = 0,399; для второго: а± = 25,6 и Ьг = 0,39. Сравнительные дан­ ные по расчетам обоих валов приведены в приложении 19, из ко­ торого следует, что вал пресса НКМЗ (Рн = 4000 тс) старого выпуска, изготовленный даже из стали 45ХНМА при расчете по

= 2400 кгс/см2), не обеспечивал усилия Рн = 4000 тс при приня­ тых расчетных коэффициентах А, = 0,8; п = 2; р = 0,06. Вал пресса Шмерал (Рн = 4000 тс) прочнее вала пресса НКМЗ ста­ рого выпуска.

После модернизации главного вала пресса НКМЗ (Рн = = 4000 тс) с увеличением его размеров d0 до 670 мм и расточкой боковых опор вала в станине пресса ему обеспечиваются вполне необходимые прочностные свойства. Сравнение по размерам глав­ ных валов прессов (Рн = 4000 тс), изготовленных различными фирмами, показало, что многие фирмы в модернизированных кон­ струкциях прессов изменили размеры вала по боковой опоре. Так, в прессе НКМЗ старой конструкции d0 — 620 мм; в модернизи­

В табл. 22 приведены данные по материалам главных валов раз­ личных фирм и заводов.

Остановимся на технологических условиях на изготовление главных валов прессов.

104

ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ НА ИЗГОТОВЛЕНИЕ ГЛАВНЫХ ВАЛОВ

При эксплуатации кривошипных горячештамповочных прессов выход из строя их главных валов возможен по различным при­ чинам: а) неправильно выбран материал для изготовления вала; б) неправильно изготовлен вал в период его ковки, термообра­ ботки и механической обработки; в) неправильно конструктивно оформлен главный вал.

Кроме того, главный вал может не разрушиться, а износиться в местах его соединения со шлицевой ступицей муфты, ступицей тормоза и др., что также приводит к необходимости производства ремонта с его полным демонтажем. Несомненно, условия эксплу­ атации прессов сравнительно трудные, стоимость главного вала высокая, затраты при ремонте пресса и простой его большие, поэтому вопросу выбора материала вала, его изготовлению и кон­ структивному исполнению нужно уделять большое внимание.

Главные валы при эксплуатации прессов могут подвергаться двукратным перегрузкам и даже большим, особенно при стопо­ рении пресса. Так как валы подвержены циклическим знакопере­ менным нагрузкам, то при их изготовлении ковкой и термообра­ боткой нужно обеспечивать высокий предел выносливости и теку­ чести, циклическую вязкость. Сталь, применяемая для изготовле­ ния главных валов при вышеуказанных условиях, не должна обладать высокими свойствами концентрации напряжений. Можно отдать предпочтение хромоникельмолибденованадиевой стали, так как никель с хромом и молибденом повышают закаливаемость и вязкость стали, а ванадий улучшает сопротивление отпуску и измельчает зерно (см. табл. 22).

Ковка заготовки проводится из литого слитка легированной стали. При проверке поломанных валов прессов и анализе причин выхода их из строя установлено наличие дендритной структуры внутри валов. Поэтому на ковку вала следует обратить большое внимание. В поковках большого поперечного сечения недостаточно проковывается осевая зона. Ковка с искусственным подстуживанием поверхности слитка, основанная на перепаде температур по сечению крупных слитков, обеспечивает благоприятную схему деформаций осевых зон слитка.

Необходимо иметь в виду, что:

1)деформационные условия ковки и величина укова практи­ чески не оказывают влияние на показатели прочности металла, но существенно изменяют показатели пластичности и ударную вяз­ кость стали, особенно в осевой зоне поковки. В поверхностных слоях влияние условий ковки проявляется слабее;

2)при протяжке поковки без подстуживания проработка литой структуры металла, заварка микро- и макропустот, уплот­ нение металла в осевой зонё слитка происходит при оптимальном укове 3,5;

107

3)при изготовлении поковки (без осадки) с предварительным обжатием в подстуженном с поверхности состоянии, при котором получаются лучшие пластические свойства в продольном и в тан­ генциальном направлениях, рекомендуется уков 2,0—2,6;

4)эффект от подстуживания особенно заметен при малых зна­ чениях укова 2,6—1,7.

При ковке валов следует обращать внимание на возможное образование в поковке дефектов: флокенов и других, ухудшающих прочностные свойства вала (см. рис. 59, где показан поломанный вал при наличии в нем флокенов).

Термообработка начинается с отжига поковки после ее ковки. Нагрев заготовки для отжига до температур 850—860° С, охла­ ждение с печью. Затем поковка подвергается грубой механической

обработке — обдирке с целью установления наружных дефектов в поковке и удаления больших ковочных припусков. Для после­ дующей механической обработки после закалки с отпуском по­ ковке вала дается небольшой припуск с учетом образования окалины и деформации на поковке при ее термообработке.

Так как при нагреве и охлаждении поковки при термообра­ ботке могут быть деформации (поводка), поковку нужно нагревать и закаливать в вертикальном положении. Нагрев для закалки до температур 850—860° С, отпуск при 600—650° С; охлаждение при закалке — в масле, при отпуске — на воздухе. Последующую механическую обработку вала следует проводить с упрочнением поверхности вала накаткой роликом. Особое внимание необхо­ димо обращать на качество и геометрию обрабатываемой поверх­ ности вала. Внутренние дефекты вала выявляют ультразвуковой дефектоскопией.

При составлении технических условий на изготовление по­ ковки вала необходимо включать следующие требования:

1. Ковку вала проводить из литого слитка стали следующего состава: 0,35—0,40% С; 0,70—0,90% Мп; 0,20—0,35% Si; Р и S

каждого в отдельности не более 0,05%; 0,70—0,90% Сг; 2,0—• 2,5% Ni; 0,35—0,40% Мо; 0,25—0,30% V.

2.Размеры слитка и масса должны обеспечивать возможность выполнения ковки по методике, указанной в разделе «Ковка заго­ товки главных валов».

3.Перед ковкой от слитка отрезают не мене 25% верхней части (прибыльной) слитка и 5% нижней его части. Слиток не должен иметь наружных и внутренних пороков.

4.Поковка не должна иметь наружных и внутренних дефектов:

заковов, трещин, рыхлости, следов усадочной раковины и др.

5.После ковки заготовку подвергают отжигу, затем грубой обдирке и последующей термообработке по режиму, указанному выше. Процесс ковки и термообработки должен соответствовать строгому термомеханическому режиму.

6.При ковке необходимо эксцентричную шейку вала распо­ лагать ближе к нижней части слитка. В поковке со стороны при-

108

быльной части оставлять припуск для проведения последующих механических испытаний на заводах: поставщика и заказчика (по его желанию).

7. После термообработки поковки образцы, отрезанные от ее припускной части, должны обеспечить при механических испыта­ ниях (образец длиной / = 100 мм) следующие показатели: времен­ ное сопротивление не менее 85 кгс/мм2; предел текучести не менее 65 кгс/мм2; удлинение не менее 15%; поперечное сужение не менее 25%; твердость НВ 240—260.

8.Необходимо проверять поковки по Бауману и исследовать внутренние дефекты с применением ультразвуковой дефектоскопии.

9.Результаты механических испытаний поковки, проверки на дефекты ОТК поставщика прикладывает к приемо-сдаточной на­ кладной, а заказчика — к паспорту пресса.

УДЕЛЬНЫЕ УСИЛИЯ В ОПОРАХ ГЛАВНОГО ВАЛА

В главных валах кривошипных горячештамповочных прессов применяют бронзовые опоры скольжения, обеспечивающие наи­ большую жесткость и способные воспринимать переменные на­ грузки при работе пресса. Боковые опоры скольжения работают при средних удельных усилиях q0 до 320 кгс/см2, при скоростях скольжения вала до 1,9 м/с (табл. 23). Среднее удельное усилие в боковых опорах определяется по формуле

Яо 2d0i0 ’

где dо — диаметр; /0 — длина боковой опоры.

Величина среднего удельного усилия определяется, в первую очередь, механической прочностью бронзы и значительно зависит от смазки. Удельное усилие, как показали исследования изно­ шенных бронзовых опор (см. рис. 68 и 69), неравномерно как по длине опоры, так и по дуге контакта вала с опорой. Поэтому неодинаков износ опор в вертикальной и горизонтальной плоско­ стях, а также в местах сопряжения вала с опорой возле шейки

q0v0 по некоторым зарубежным и отечественным кривошипным горячештамповочным прессам. Из табл. 23 видно, что q0v 0 для различных прессов изменяется в пределах 300—520 кгс-м/см2-с при выполнении технологической операции с усилием на ползуне пресса, равным номинальному. В прессе Эджекс (Рн = 500 тс), работающем на выдавливании клапанов с усилием, меньшим номинального, боковые опорные подшипники главного вала работали длительное время (более 12 лет) без замены (см. рис. 69).

109

* Усилие в американских тс.

** В числителе приведены расчетные данные для малых оборотов пресса, в знаменателе — для больших.