Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Л.И. Живов, А.Г. Овчинников,

Е.Н. Складчиков

КУЛИ 4110-

ШТАМ10ВОЧНОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ

Под редакцией Л.И. Живова

Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших технических учебных заведений, обучающихся по специальности

«Машины и технология обработки металлов давлением»

Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2006

УДК 621.97(075.8) ББК 34.62

Ж67

Рецензенты: кафедра «Машины и технология обработки металлов давлени­ ем» Московского государственного индустриального университета; д-р техн. наук, проф. А.Э. Артес

Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н.

Ж67 Кузнечно-штамповочное оборудование: Учебник для вузов / Под ред. Л.И. Жи­ вова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 560 с: ил.

ISBN 5-7038-2804-Х

В учебнике представлены схемы, конструкции, основы и методы расчета кузнечноштамповочных машин различного технологического назначения; методы и средства авто­ матизации проектирования, соответствующие достигнутому уровню развития этих машин, включая оптимизацию проектных решений.

Содержание учебника соответствует курсу лекций, который авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Для студентов, обучающихся по специальности «Машины и технология обработки металлов давлением». Может быть полезен инженерно-техническим и научным работ­ никам.

УДК 621.97(075.8) ББК 34.62

Предисловие

В настоящее время после глубочайшего кризиса в стране происходит ожив­ ление деятельности машиностроительных предприятий, возрастает потребность в высококвалифицированных инженерно-технических специалистах. На основе достижений докризисного периода в области создания кузнечно-штамповочного оборудования и совершенствования способов автоматизированного проектиро­ вания достигнуты определенные результаты: разработаны и внедрены кон­ струкции прессов с вращающимся инструментом, предложены методики автоматизированного проектирования кузнечно-штамповочного оборудования на основе динамических математических моделей в дополнение к кинетичес­ ким. Это нашло отражение в настоящем учебнике.

Учебник предназначен для студентов технических университетов, изучаю­ щих кузнечно-штамповочные машины. Большое внимание в нем уделено теории и расчетам указанных машин - как традиционным кинетостатическим: кинема­ тическим, силовым, прочностным и энергетическим, так и современным автома­ тизированным, базирующимся на динамических моделях. Такой подход авторы мотивируют тем, что для применения автоматизированных методов необходимы предварительные расчеты, чтобы обосновать выбор конструктивных схем, па­ раметров и размеров деталей, узлов.

Учебник написан с учетом многолетнего опыта преподавания курса «Кузнечно-штамповочное оборудование» в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана и Московской государственной академии приборостроения и информатики. Авторы выражают глубокую бла­ годарность и признательность рецензентам - кафедре «Механика пластиче­ ского деформирования» Тульского государственного университета, руково­ димой д-ром техн. наук, проф. СП. Яковлевым, а также д-ру техн. наук, проф. В.Н. Субичу, заведующему кафедрой «Машины и технология обработ­ ки давлением» Московского государственного индустриального университе­ та, сотрудникам Московского института стали и сплавов проф. А.Г. Кобелеву и доц. В.Т. Троицкому.

Введение, главы 1-5, 11-20 написаны Л.И.Живовым; главы 6-10, 21 - 24 - А.Г. Овчинниковым; главы 25-28 - Е.Н. Складчиковым.

3

Введение

В1. Принцип действия и классификация кузнечно-штамповочных машин

Типовая кузнечно-штамповочная машина (КШМ) состоит из трех главных механизмов: двигательного (двигателя), передаточного (передачи) и исполни­ тельного. Двигатель и передачу часто характеризуют термином «привод маши­ ны». Если привод и исполнительный механизм, или, более правильно, рабочая машина, представляют собой конструктивно раздельные устройства, то весь комплекс оборудования называют установкой.

Общая классификация КШМ, предложенная проф. А.И.Зиминым, основана на характеристических признаках главных механизмов.

Двигатель, воспринимая внешнюю энергию носителя, превращает ее в кине­ тическую энергию передаточного и исполнительного механизмов или в потен­ циальную энергию передаточного рабочего тела, создавая ее определенный уро­ вень в машине. Характеристические признаки двигателя: вид носителя энергии, или рабочего тела, и тип привода. В качестве носителя энергии, или рабочего тела, в двигательных механизмах современных КШМ применяют пар, газ, жидкость, взрывчатые вещества, горючие смеси и электричество. Привод может быть инди­ видуальным или групповым, когда несколько рабочих машин получают дви­ жение от одного двигателя.

Основная характеристика передаточного механизма определяется способом осуществления связи исполнительного механизма с двигателем: жесткая механи­ ческая связь или нежесткая связь при помощи рабочего тела (пар, газ, жидкость, электромагнитное поле). В некоторых типах машин в период рабочего хода эта связь прерывается.

Трансформация кинетической или потенциальной энергии в механичес­ кую работу пластического деформирования происходит при движении рабо­ чих органов (ползуна, коромысла, траверсы, бабы, валков, роликов и т. п.) главных исполнительных механизмов. Это движение характеризуется сле­ дующими признаками:

4

В1. Принцип действия и классификация кузнечно-штамповочных машин

1) способом отдачи накопленной энергии привода и исполнительного меха­ низма обрабатываемому металлу;

2)видом движения рабочего органа;

3)характером изменения скорости рабочего органа в период рабочего хода;

4)периодичностью воздействия рабочего органа на обрабатываемый металл во времени.

Отдачу накопленной энергии обрабатываемому металлу осуществляют на­ жимом или ударом. При нажиме квазистатическое силовое воздействие на ме­ талл характеризуется относительно малыми изменениями во времени, и рабочий ход измеряют секундами, десятыми и сотыми ее долями. При ударе динамичес­ кое силовое воздействие на металл очень быстро изменяется, что приводит к возникновению колебательных процессов в КШМ и ее фундаменте. Рабочий ход продолжается тысячные или еще меньшие доли секунды. Скорость движения рабочего органа у машин квазистатического действия в начале рабочего хода не

превышает 0,3...0,5 м/с; у машин динамического действия эта скорость как ми­

нимум на один порядок выше.

Рабочие органы КШМ могут совершать возвратно-поступательное прямо­ линейное, качательное и вращательное движения. В зависимости от связей в пе­ редачах изменение скорости рабочего органа в период рабочего хода может быть заданным в условиях жестких механических связей или произвольным, зависящим от субъективных факторов, при нежестких связях.

Воздействие рабочего органа исполнительного механизма на обрабатывае­ мый металл может быть периодическим или непрерывным.

При периодическом воздействии время / , приходящееся на рабочий ход, составляет лишь доли от времени /дв х одного полного двойного хода возвратнопоступательного движения или времени tno одного полного оборота рабочего органа. В течение остального времени полезная работа не производится и рабо­ чий орган совершает прямой холостой ход в направлении обрабатываемого ме­ талла длительностью tux или возвращается в исходное положение - обратный холостой ход длительностью tox.

При непрерывном воздействии металл обрабатывают в течение нескольких следующих один за другим оборотов исполнительного органа без разделения холостыми пробегами.

Различают одно- и многопереходные технологии производства кованых и штампованных изделий. Примером первой является вырубка заготовок монет из листа, второй - горячая штамповка поковок типа шестерен на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП), включающая в себя осадку заготовки, пред­ варительную и окончательную штамповки.

При однопереходной обработке физико-механические процессы, совер­ шающиеся в прессе, идентичны в каждом последующем ходе, при много-

5

BL Принцип действия и классификация кузнечно-штамповочных машин

переходной обработке такой идентичности нет. Силы, действующие на дета­ ли, расход энергии в приводе пресса на первом переходе существенно отли­ чаются от таковых на последующих переходах. Только после завершающего перехода - окончательной штамповки, удаления поковки из рабочей зоны, подачи следующей исходной заготовки и начала ее обработки - физикомеханические процессы во времени повторяются в той же последовательно­ сти, которую называют технологическим циклом, а его длительность обознача­ ют *ц (§ 4.1).

Классификация кузнечно-штамповочного оборудования приведена на рис. В1.

Современная технология кузнечно-штамповочного производства включает в себя ковку, горячую и холодную объемные штамповки, горячую и холодную листовые штамповки, разделку и разрезку исходного металла. В соответст­ вии с этим КШМ могут быть отнесены к тому или иному технологическому классу.

Машины, аналогичные КШМ, применяют в других отраслях народного хозяйства: в металлургическом производстве для обработки металла; в электротехническом производстве и при производстве предметов шир­ потреба для обработки неметаллических материалов, в том числе пласт­ масс, и др.

По технологическим возможностям КШМ подразделяют на три группы: универсальные (общего назначения), специализированные и специальные. Машины первой группы пригодны для выполнения большинства типовых операций данного технологического класса. Так, на паровоздушном ковоч­ ном молоте можно осуществить любую операцию ковки. Машины второй группы специализированы по виду технологии, например вытяжные кри­ вошипные прессы. Специализацию машин третьей группы проводят не только в зависимости от технологии, но и от вида изготовляемой продук­ ции, например брикетировочные прессы для штамповки брикетов из ме­ таллической стружки.

При исполнении любой технологии необходимо совершать вспомога­ тельные движения, связанные с установкой и переносом обрабатываемого металла или инструмента. В неавтоматизированной КШМ эти движения осуществляют вручную или при помощи простых средств механизации. В автоматических КШМ все рабочие и вспомогательные движения соверша­ ет машина. Очевидно, что в автомате должны быть предусмотрены в доста­ точном количестве исполнительные механизмы, а также система само­ управления, обеспечивающая строгую синхронность в последовательности действий всех механизмов.

7

Введение

В2. Параметры кузнечно-штамповочных машин

КШМ характеризуют размерными, линейными, скоростными, энергетичес­ кими и массовыми параметрами. В качестве главного размерного параметра для

машин квазистатического действия принимают номинальное усилие Рн о м , для машин динамического действия - массу М подвижных частей или кинетиче­ скую энергию L3, накапливаемую к началу рабочего хода.

Совокупность главных размерных параметров определяет ряды стандартов и нормалей на соответствующие машины, как правило, ограниченных 10-м ря­ дом предпочтительных чисел (ГОСТ 6636).

Линейные параметры характеризуют либо технологическое назначение ма­ шины и связаны с ее монтажом (установочно-монтажные), либо крепление ин­ струмента и его элементов (технологические).

К технологическим линейным параметрам относят размеры рабочего про­ странства и ход рабочего органа машины, определяющие габаритные размеры инструмента, исходной заготовки и изготавливаемого изделия. Основные техно­ логические линейные параметры стандартизированы.

Установочно-монтажными параметрами являются габаритные размеры КШМ, стандартизации они не подлежат.

Скорость движения рабочего органа зависит от характера принципиальных связей в КШМ. Непосредственным скоростным показателем для однотипных машин является число холостых ходов рабочего органа в минуту.

Энергетические параметры характеризуют двигатель, энергоноситель или рабочее тело машины. Если они являются заданными, например давление возду­ ха или пара для привода паровоздушных молотов, то их вносят в ГОСТ, если же расчетными, например мощность электродвигателя или момент инерции махо­ вика, - то их в ГОСТ не вносят. Масса машины и ее частей (например, масса шабота у молотов) является установочно-монтажным параметром, внесение ко­ торого в стандарт не обязательно.

Указанные выше главные размерные и основные технологические линейные параметры, а также число ходов, масса и в случае необходимости энергетичес­ кие параметры составляют содержание ГОСТов на основные размеры и пара­ метры для различных типов машин. Линейные параметры элементов крепления приведены в специальных ГОСТах и определяют конструкцию и основные раз­ меры мест крепления рабочего инструмента. Отклонения размеров машин, непосредственно влияющих на точность изготовляемых изделий и долговечность инструмента, регламентируют особыми стандартами на нормы точности. Общие технические условия регламентированы единым для всех КШМ ГОСТ 7600.

Термин «номинальное усилие» установлен действующими стандартами для квазистатиче­ ских КШМ. Физический смысл Рном - это сила, предельно допускаемая прочностью деталей при­ вода и главного исполнительного механизма при его определенном положении с учетом безопас­ ности и требуемой долговечности.

8

ВЗ. Краткий исторический очерк

ВЗ. Краткий исторический очерк

Развитие технологии ковки и штамповки связано с потребностями общества, техническим прогрессом и экономическими возможностями.

Для XV-XVI вв. характерно бурное развитие мореплавания и, как следст­ вие, кораблестроения. Поскольку возрастающий тоннаж кораблей потребовал тяжелых якорей и другой корабельной оснастки, проковывать железные крицы вручную стало невозможно и появились первые рычажные молоты. В качестве привода этих молотов использовали энергию напора воды, поэтому их называли водяными. Там, где не было гидравлической энергии, применяли конный привод или использовали падающие молоты типа копров.

Серийность выпуска деталей стрелкового оружия - новый толчок в разви­ тии технологии производства: вместо ручной ковки появилась машинная штам­ повка. Около 1800г. тульский оружейник В.Пастухов применил для горячей штамповки вертикальный винтовой пресс. Тогда же на тульском заводе были установлены штамповочные молоты с канатом, изготовленные по чертежам

Л.Федорова.

Впервой половине XIX в. наряду с производством оружия развивалось па­ ровозе- и вагоностроение, производство паровых двигателей, дальнейшее разви­ тие получило судостроение. Все это потребовало прочных и тяжелых поковок. В кузнечном производстве назревал переворот, наступление которого ознаменова­ ло внедрение в 1839-1842 гг. парового ковочного молота.

Непосредственной причиной появления первого промышленного гидрав­ лического ковочного пресса оказалась невозможность установки (жилые квар­ талы, плохой грунт) тяжелого молота в Венских железнодорожных мастер­ ских. Преимущество гидропрессов - резкое сокращение технологического цикла ковки - было настолько очевидным, что сразу же возник вопрос о заме­ не сверхтяжелых молотов.

Для массового производства относительно мелких промышленных изделий и ширпотреба паровые молоты и гидравлические прессы были непригодны прежде всего в связи с высокой стоимостью их эксплуатации. Необходимо было создать разнообразные кузнечные машины с групповым или индивидуальным механичес­ ким приводом. Появление электродвигателя особенно способствовало прогрессу в развитии кривошипных прессов, к настоящему времени самой многочисленной группы оборудования в кузнечно-штамповочных цехах на заводах машинострои­ тельной, электротехнической и других отраслей промышленности.

В1920-1940 гг. паровоздушный штамповочный молот стал ведущей машиной

впроизводстве поковок для автомобилей, тракторов, вагонов и др. Однако этот мо­ лот допускал лишь малую механизацию технологических процессов, сдерживая тем самым рост производительности труда, что являлось одним из существеннейших его недостатков. Кроме паровоздушного молота в массовом и крупносерийном производстве поковок из конструкционных сталей начали применять горячештам-

9