Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

При проверочном расчете по заданным нагрузкам, размерам и материалам определяют действительные напряжения и сравнивают их с допускаемыми для заданных условий работы.

При проектировании новых и модернизации кривошипных прессов оба рас­ чета применяют для второй группы деталей.

Расчет кривошипных валов, бугельных осей и связанной с ними тихоходной зубчатой пары, являющихся наиболее ответственными деталями первой группы, сводится к определению допускаемых нагрузок на ползуне пресса. Конструк­ тивные размеры валов и осей задают в зависимости от номинального усилия пресса по опытно-статистическим соотношениям вида

В свою очередь конструктивные размеры зубчатых передач устанавливают в зависимости от диаметра опорной шейки:

^ =/(<^о)-

Подобный подход к расчету кривошипного пресса объясняется тем, что его ха­ рактеристика по номинальному усилию для проектного задания условна и не дает полного представления о допустимом нагруже-

120

Глава 3. Силовой расчет и условие прочности кривошипных прессов

эта зависимость обнаруживает значительное повышение нагрузок при подходе ползуна к крайнему нижнему (переднему) положению. У большинства прессов кривая 2 для сечения ЕЕ оказывается высоко поднятой с небольшим снижением

всторону больших углов. У кривошипных прессов современных конструкций кривая 3 сил, допускаемых прочностью колеса или шестерни тихоходной пары,

вобласти больших углов поворота кривошипа оказывается самым низким гра­ фиком, а в области малых углов она резко возрастает, пересекая кривые сил, допускаемых прочностью кривошипного вала. У некоторых конструкций ГКМ кривая 3 полностью лежит ниже всех графиков.

Сохранение целостности пресса связано с соблюдением условия его прочности. Это означает, что в любом случае нагрузочный график 4, определяемый сопротив­ лением штампуемого металла и особенностями конструкции пресса, должен впи­ саться в график допускаемых сил и не превышать его ни в одной точке.

На рис. 3.6 видно, что допускаемая сила, равная паспортному номинальному усилию Р^о^, может быть достигнута при вполне определенном положении ме­ ханизма пресса и соответствующем этому положению угле поворота ведущего кривошипа а^о^^, который обычно называют номинальным углом.

Номинальный угол а^^^ зависит от технологического назначения пресса и особенностей его конструктивного устройства. Для листоштамповочных одно­ стоечных прессов рекомендуют, чтобы номинальное усилие достигалось при достаточно больших углах а^^^ > 30...45°, а у двухстоечных прессов открытого типа - при а„о^ > 60°. У однокривошипных закрытых прессов простого дейст­ вия номинальное усилие должно достигаться для прессов с нормальным ходом (быстроходные) при а^^^^ = 20...30°, а для прессов с увеличенным ходом (тихо­ ходные) и обрезных при оСном = 10...20°. Причем большие значения а^^^ соот­ ветствуют меньшим по размеру прессам. Достаточно широк разброс значе­ ний а„о^ в зависимости от хода ползуна для двух- и четырехкривошипных прессов с шестеренно-эксцентриковым приводом - о.^^^^ 15...30°. Задание кон­ структивных размеров привода и главного вала у КГШП с резким пиком

к прочности при больших углах поворота ведущего кривошипа (а = 70... 80°): до­ пускаемая сила не должна быть меньше 40 % от номинальной. Это связано с тем, что рабочий график при вытяжке имеет вытянутую форму с мало изменяющимся значением силы в течение всего процесса деформирования.

Для двухкривошипных прессов рассчитанное изложенным способом ус­ ловие прочности соблюдается при центральном или почти центральном нагружении. В тех случаях, когда нагружение происходит со значительным

121

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

эксцентриситетом относительно оси пресса, фактическую допускаемую силу уточняют по расчетной схеме, в которой ползун рассматривают как балку на двух опорах - подвесках ползуна, а нагрузку считают приложенной в центре установленного штампа. Поскольку фактическая нагрузка на каждую опору не может превышать 0,5 Рном? то при заданном расстоянии между осями подвески ползуна L^^^^ и эксцентриситете х, считая от оси пресса, максимальная допускаемая сила

Также должны быть снижены допускаемые силы при углах а > а^^^^.

В связи с тем, что в производственных условиях измерение угла пово­ рота ведущего кривошипа затруднено и наладку пресса ведут на заданное положение ползуна, важно знать изменение допускаемой силы в зависимости от его хода. Поэтому график Р^ =/(ос), полученный при прочностных расчетах, необходимо перестроить в координатах Р^ - S и в таком виде внести в пас­ порт пресса.

На графике Р^ =f(S) номинальному углу а^^^ поворота ведущего кривоши­ па будет соответствовать номинальный недоход 5'^^^^ ползуна до крайнего ниж­ него (верхнего, переднего) положения (см. рис. 3.6).

Вышеизложенное позволяет уточнить понятие о номинальном усилии, под которым следует понимать наибольшую силу, приложенную к центру ползуна при заданном (номинальным углом или номинальным недоходом) положении главного исполнительного механизма без нарушения прочности главного вала или тихоходных зубчатых колес привода кривошипного пресса с учетом безо­ пасности и долговечности.

3.9. Жесткость кривошипного пресса

Под действием нагрузок детали машин претерпевают упругое изменение размеров и формы. В кривошипных прессах в период рабочего хода под нагруз­ кой оказываются детали главного исполнительного механизма и станины. В за­ висимости от характера приложенной нагрузки эти детали испытывают различную деформацию: растяжение, сжатие, изгиб, контактное смятие. Так, кривошипный вал изгибается, стойки станины растягиваются, шатун сжимается, плита стола прогибается и т. д. Все эти деформации суммируются в направлении движения ползуна, искажая характер его движения и изменяя взаимное расположение ра­ бочих частей штампа, полученное при наладке. После окончания рабочего хода, когда нагрузка падает до нуля, упругая деформация деталей пресса исчезает, их размеры и форма восстанавливаются.

122

Глава 3. Силовой расчет и условие прочности кривошипных прессов

Рис. 3.7. График упругого дефор­ мирования станины при приложе­ нии деформирующей силы Ро (гра­

Наиболее точное представление об уп­ фик жесткости пресса) ругой деформации пресса дает эксперимен­

тальный график жесткости (рис. 3.7), устанавливающий зависимость между сум­ марной упругой деформацией и силой на ползуне пресса. Видно, что начальный участок графика имеет нелинейный характер. В самом начале нагружения это объясняется выборкой зазоров в сочленениях главного исполнительного меха­ низма, а затем - нелинейной упругой деформацией стыков. Сила, соответствую­ щая нелинейной деформации, обычно не превышает 25 ...30 % от номинальной.

Для определения коэффициента жесткости (податливости) принимают только линейную часть графика, где производная dP^/dl постоянна, а следовательно,

1 Р —Р

^— _ _ ^ D нелин

пА/.

Влинеаризованной форме график жесткости используют в энергетических расчетах (§ 4.3), поскольку его нелинейная часть не оказывает заметного влия­ ния на точность этих расчетов.

Значения коэффициента податливости, необходимые для построения линеа­ ризованных графиков жесткости, выбирают на основе практических данных. Так,

воткрытых кривошипных прессах, предназначенных для листовой штамповки,

123

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

0,5... 1,0 мм на 1 МН нагрузки. В кривошипных прессах, работающих чеканя­ щим нажимом, большие значения А/ недопустимы в связи с потерями энергии и необходимостью обеспечить достаточную точность размеров штампуемой поковки, поэтому у них П = 0,10...0,35 мм на 1 МН нагрузки.

Чтобы избежать отрицательных последствий (понижение точности штам­ повки, уменьшение стойкости деталей пресса и инструмента, увеличение затрат энергии), конструкторы стремятся повысить жесткость современных кривошип­ ных прессов. Для этого они применяют новые кинематические схемы с увели­ ченной жесткостью главного исполнительного механизма, используя, например, кривошипно-эксцентриковый механизм в КГШП или кривошипно-круговой ме­ ханизм в вырубных прессах.

Глава 4. РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ

4.1. Энергетические возможности кривошипных прессов

Изменение уровня кинетической энергии в кривошипном прессе в течение одного технологического цикла показано на рис. 4.1.

При работающем электродвигателе, но невключенной муфте энергия пресса определяется запасом кинетической энергии C/Q, накопленной вращающимися маховыми массами (точка а на рис. 4.1).

Вследствие трения между дисками при включении фрикционной муфты и разгона следующих за ней деталей механизма пресса первоначальный уровень энергии снижается до U^^^ (точка Ъ). При правильно подобранном приводе ма-

i

Рис. 4.1. Изменение кинетической энергии в кривошип­ ном прессе в течение одного технологического цикла

124

Глава 4. Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

ховые массы до начала рабочего хода разгоняются до номинальной частоты вращения ^„^^ и прежний уровень энергии восстанавливается (участок cd).

Во время рабочего хода уровень кинетической энергии снижается до С/^, со­ гласно кривой de на рис. 4.1. Следовательно, в период рабочего хода расходует­ ся только часть полной энергии привода:

причем из общего количества израсходованной энергии MJ за этот период на пластическое деформирование тратится лишь часть MJ\ остальная часть At/^ax "^ = At/^^ax - At/' расходуется на трение и упругое деформирование деталей пресса.

При обратном холостом ходе после снятия рабочей нагрузки уровень энергии восстанавливается согласно кривой egh в результате работы электродвигателя.

При большом расходе энергии на пластическую деформацию, а также вслед­ ствие потерь уровень энергии в течение обратного холостого хода а^ ^ полностью может не восстановиться. Поэтому приходится работать в режиме одиночных хо­ дов, чтобы растянуть время холостого пробега маховика при работаюгцем элек­ тродвигателе и выключенной муфте. Тогда к моменту очередного включения муфты по истечении времени /^ в приводе пресса восстанавливается первоначаль­ ный уровень энергии. Следовательно, при большем числе ходов непрерывное тор­ можение маховика приводит к остановке пресса.

При однопереходной штамповке на кривошипных прессах (вырубка-пробивка, вытяжка, чеканка и т. п.) в режиме одиночных ходов с разовым включением муфты сумма основного (машинного) времени t^^ и времени на вспомогательные приемы труда ^всп является длительностью действительного технологического цикла:

^ц "• ^осн ^всп*

При многопереходной штамповке в режиме одиночных ходов с нескольки­ ми включениями муфты действительный технологический цикл необходимо подразделить на технологические переходы.

Время полного технологического цикла для прессов, работающих в режиме одиночных ходов, приближенно можно рассчитать по заданному коэффициенту использования ходов/?^^ (см. табл. 3.3):

^ц = ^дв.хМ-

При ОДНОИЛИ многопереходной штамповке, осуществляемой сразу на всех позициях, во время работы автоматизированного пресса в режиме непрерывных ходов (универсальные и многопозиционные листоштамповочные прессы-авто­ маты, одноударные холодновысадочные прессы-автоматы и др.) длительность технологического цикла

^ц ~" ^дв.х*

125

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

4.2. Графики деформирующей силы

При определении энергетических показателей пресса с учетом его техноло­ гического назначения фактический график деформирующей силы заменяют уп­ рощенным типовым. Существует два способа его задания: расчетный и экспе­ риментальный.

Условием возможности применения экспериментальных графиков является тождественность схем нагружения, а также геометрическое и физическое подо­ бие процессов. Безусловно, абсолютного подобия быть не может, однако допус­ тимо считать, что графики имеют одинаковый вид, изменяются у них только масштабы силы и деформирования.

Взависимости от характера деформирующей силы технологические процес­ сы и соответствующие им графики можно разделить на шесть групп.

I. Вытяжка листового металла (рис. 4.2, а).

Врасчетах по определению энергетических показателей для вытяжных прессов двойного действия в качестве исходной величины обычно принимают рабочий ход S^^, равный части полного хода внутреннего ползуна по цикло­ грамме пресса. Максимальная допускаемая сила в этом случае должна быть меньше номинальной, указанной в паспорте, и определяться по условию проч­ ности и работе деформирования, выполняемой прессом за один ход.

Деформирующую силу листоштамповочного тихоходного пресса простого действия выбирают с учетом графика первой вытяжки. При этом следует иметь

ввиду, что ползун при ходе вниз преодолевает сопротивление подушек.

П. Разделительные процессы штамповки (рис. 4.2, б, где I - вырубкапробивка при штамповке из листа, обрезка заусенцев и прошивка отверстий; 2 - резка прутков на мерные заготовки на сортовых ножницах и др.).

При расчете Р^ следует принимать Р^пах = ^номРабочий ход S^^ определяют в зависимости от толщины срезаемого металла:

*^тах ~ ^*срез?

где к - поправочный коэффициент; ^^р^з - толщина просекаемого листа или сре­ заемого материала при обрезке. Для вырубки-пробивки и холодной обрезки заусен­ цев к= 0,40...0,50; для горячей обрезки к= I; для резки прутков к= 0,25...0,35, причем меньшие значения к задают для более твердых материалов.

Ниже приведены толщины просекаемого листа в зависимости от номиналь­ ного усилия листоштамповочных быстроходных прессов простого действия:

а также высота заусенца h^ по мостику у поковок после штамповки в открытых штампах:

126

Однако фактическая толщина срезаемого материала больше номинальной, так как срезают также радиусы скругления на переходе от тела поковки к зау­ сенцу. Кроме того, необходимо учесть, что при недоштамповке высота заусенца возрастает на величину положительного отклонения по высоте поковки. По­

тах ор.х

Рис. 4.2. Графики деформирующей силы:

а - вытяжка листового металла: /, 2 - первая и вторая вытяжки; 3 - вытяжка с утонением стенки; б - разделительные операции: I - вырубка-пробивка, 2 - разрезка прутков; в - чеканка и калибровка; г - прессование и выдавливание; д - прямое прессование; е.он:- объемная штамповка в открытых и закрытых штампах; з - гибка в штампах

127

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

этому при расчете энергетических параметров обрезных прессов толщина сре­ заемого материала

где а - поправочный коэффициент, а= 1,6...2,4, причем меньшие значения ко­ эффициента соответствуют прессам с большим значением Рном? ^ "" положитель­ ное отклонение по высоте поковки.

III. Чеканка, калибровка (рис. 4.2, в). Рабочий ход ^^^^x Для этих операций достаточно мал и измеряется шириной оставленного при штамповке припуска А^ на чеканку или калибровку с учетом положительного отклонения А2 в связи с недоштамповкой в направлении приложенной силы и отрицательного откло­ нения Аз на точность чеканки или калибровки:

Значения А^, А2 и A3 должны быть наибольшими для данных условий. Для их расчета в качестве типовой детали задают круглую в плане поковку высотой не менее половины диаметра.

Деформирующая сила возрастает от начального значения Р^ до максималь­ ного в конце операции Р^^^ < РномСогласно экспериментальным данным,

Ро<(0,80...0,85)Р„„„.

IV. Прессование и выдавливание. Особенностью силового режима прессо­ вания профилей является то, что деформация металла протекает при более или менее постоянной деформирующей силе на ползуне пресса (рис. 4.2, г). Размеры пресс-остатка в момент окончания процесса не вызывают резкого повышения деформирующей силы. Как элемент горячей штамповки поковок фланцевого типа прямое прессование характеризуется более резким изменением деформи­ рующей силы в конечный момент штамповки в связи с небольшой высотой фланца (рис. 4.2, д). Типовой график деформирующей силы, необходимой для выдавливания, аналогичен приведенному на рис. 4.2, г, но абсолютные размеры рабочего хода задают особо в каждом отдельном случае.

V. Объемная штамповка в открытых и закрытых штампах (рис. 4.2, е, ж). Процесс штамповки на КГШП в открытых штампах осуществляют, как правило, за несколько переходов. Поэтому единый для удобства построения график дефор­ мирующей силы при последующих энергетических расчетах нужно разбить на несколько, каждый из которых будет отражать особенности силового режима на соответствующем переходе. Для упрощения принимают двухпереходную штам­ повку с заменой действительной зависимости Р^ =f(S) двумя линейными участ­ ками графика с изменением силы: от начальной PQ ДО конечной Р^ на первом участке и от Р^ до максимальной Р^^ в конце штамповки на втором (рис. 4.3).

128

Значения /23 и /3 в зависимости от номинального усилия пресса Р^^^ приведе­ ны ниже:

2.Рабочий ход iSj^ax устанавливают в предположении, что он соответствует углу поворота ведущего кривошипа на угол ар = 45... 50°.

3.Силы на первом переходе:

Ро = (0,03...0,05)Р„„„; Р, = (0,12...0,20)Р„„,.

Вэтих формулах меньшие значения коэффициента соответствуют прессам

сменьшим P„oj^.

4. Недоход ползуна до крайнего нижнего положения при предварительной подсадке заготовки. Значение S^ определяют исходя из диаметра поковки:

Для выбора специализированных машин, например холодновысадочных ав­ томатов, расчет следует вести согласно графику, приведенному на рис. 4.2, эю.

129