Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

тоштамповочных прессов и прессов-автоматов практически вся маховая масса сосредоточена в маховике.

При расчете должна быть в обязательном порядке проведена проверка на допустимое время разгона маховика при первоначальном пуске электродвигате­ ля. Фактическое время разгона

где «^ах ~ в мин~ ; Л^ном.факт ~ В ^Вт, не должно превышать 8... 10 с для асинхрон­ ных короткозамкнутых электродвигателей нормальной серии и 15... 18 с для двигателей с повышенным скольжением. Затянувшийся разгон может привести к перегреву электродвигателя и выходу его из строя. Для уменьшения времени разгона необходимо либо увеличить мощность электродвигателя, либо умень­ шить момент инерции маховика.

Повышение частоты вращения маховика ограничено окружной скоростью:

,,_ ^ Д обетах

60000

где Z)o6 - внешний диаметр обода маховика, мм. Для стальных маховиков пре­ дельная скорость v^^^ < 40 м/с, для чугунных - v^ax < 25 м/с.

4.6. Коэффициенты полезного действия кривошипного пресса

Энергетическим коэффициентом полезного действия (КПД) рабочей машины называют отношение полезно используемой работы деформирования А^^^ к за­ траченной работе движущей нагрузки А^^^. Применительно к КШМ полезно ис­ пользуемой технологической работой является работа деформирования металла

А=4

Всвязи с периодическим аккумулированием кинетической энергии маховыми массами и последующей ее отдачей фактическое движение элементов привода и исполнительных механизмов кривошипных прессов следует характеризовать как установившееся неравновесное движение. Для машин с такой формой движения понятие КПД имеет смысл только для периода времени, в течение которого ито­ говое приращение кинетической энергии равно нулю.

Для кривошипных прессов это один технологический цикл. Работа криво­ шипного пресса за этот период включает в себя полный расход энергии в приво­ де на штамповку одного изделия v4^, а относительная доля полезно используемой работы на пластическое деформирование А^^^ составляет средний КПД техноло­ гического цикла:

Л ц ^ ^ д е ф / ^ ц ^ ^ д е ф / ( ^ в к л ^ в к л + ^р.х + ^ х . х ) -

140

Глава 4. Расчет энергетических параметров кривошипных прессов

Очень удобным для исследования энергетических параметров пресса является так называемый КПД рабочего хода:

ASmax

учитывающий совокупные потери энергии в механизме на трение и упругое де­ формирование деталей пресса. Если исходить из основ теории механизмов и машин, условность этой величины состоит в том, что в качестве ведущего звена пресса в период рабочего хода необходимо принимать не вал электродвигателя, а кривошипный вал, а значит, кинетическую энергию маховых масс следует рас­ сматривать как работу движущих сил.

Значения КПД рабочего хода Г|р ^ при выполнении типовых технологий для кривошипных прессов обычных конструкций (нормальная упругая податли­ вость, обычные условия трения в опорах \х = 0,04...0,06) приведены ниже:

Изучение КПД технологического цикла Г| ц представляет интерес для оценки использования кривошипных прессов. При этом имеется в виду резкое возраста­ ние потерь холостого хода и потерь на включение муфты с увеличением /^„омСледовательно, если штамповать деталь, для которой необходима номинальная работа рабочего хода А^^, на прессе завышенной мощности, то затраты, связан­ ные с работами А^^ ^ А^, могут стать причиной, приводящей к значительному снижению КПД технологического цикла.

4.7. График работоспособности кривошипного пресса

Кривошипные прессы общего назначения по условиям работы цехового парка оборудования часто применяют для штамповки с явным недоиспользова-

141

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Зависимость между работой деформирования А^^^ и коэффициентом исполь­ зования ходов пресса/?и иллюстрирует график, приведенный на рис. 4.6.

При построении графика работоспособности пресса необходимо учитывать следующие обстоятельства.

1. В режиме автоматических ходов (без выключения муфты), т. е. пщр^ = 1, непроизводительные потери в приводе уменьшаются {А^^^^ = 0), а значит, допус­ тимая работа деформирования будет больше, чем при р^ = 1, но в режиме оди­ ночных ходов.

2. В режиме одиночных ходов допустимая работа деформирования А^^^ за каж­ дый ход плавно уменьшается с возрастанием коэффициента/^j^. Максимальная ра­ бота деформирования ^деф.тах ограничсна устойчивостью привода по допустимому коэффициенту неравномерности хода 6 и критическому скольжению электродвига­ теля, так как при увеличении А^^^ и соответственно А^^ возрастает торможение ма­ ховых масс, которое в определенных условиях становится критическим.

Глава 5. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ УЗЛОВ И СИСТЕМ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ

5.1. Станины

Станина - это корпусная базовая часть, на которой монтируют все узлы и детали кривошипного пресса. Типовые конструкции станин вертикальных прес-

142

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

сов открытого типа - одно- и двухстоечные, закрытого - составные со стяжными болтами и цельносварные.

Станины открытого типа, как правило, изготовляют из чугунного литья мар­ ки СЧ20 или СЧ25. Допускаемое напряжение чугуна [а] = (0,065...0,1)а„, где (5^ - предел прочности чугуна при изгибе.

Цельносварные конструкции станин широко внедрены в производство прес­ сов от небольших с Р^^^ = 400 кН до крупных машин с Р^^^ = 16...20 МН. Важ­ ным преимуществом цельносварных станин является значительное сокращение производственного цикла в заготовительных цехах и вытекающая отсюда эко­ номическая целесообразность.

По условиям сборки, например прессов двойного действия, а также по тех­ нологическим причинам при механической обработке деталей прессов с боль­ шими габаритными размерами станины выполняют составными либо из двух частей: верхней траверсы, стоек (сварно-литой конструкции) и стола (литого), либо из четырех частей: верхней траверсы, правой и левой стоек и стола. Пер­ вым способом изготовляют мощные горячештамповочные прессы, вторым - большинство листоштамповочных прессов закрытого типа.

Сварные элементы станин выполняют из толстолистового проката марки Ст 3 толщиной от 10 до 140 мм, отливки - из стали марок ЗОЛ и 45Л с допускаемым напряжением [а] = (0,2...0,3)ав, где а^ - временное сопротивление стали при

растяжении (меньшие значения коэффициента для отливок, большие - для тол­ столистового проката).

Детали разъемных станин соединяют в целое специальными болтами (шпиль­ ками), изготовленными из нормализованной стали 45. Чтобы не допустить рас­ крытия зазоров в стыках между верхней траверсой, стойками и столом, сила натяжения должна превышать номинальное усилие пресса. Для центровки сбалчиваемых деталей в стыках прокладывают цилиндрические шпонки вдоль и по­ перек фронта пресса.

В силовом отношении станина закрытого типа представляет собой сим­ метрично нагруженную плоскую систему. Расчетным эквивалентом подобной системы является рама с приведенными размерами, в которой реальные детали заменены стержнями постоянного сечения (рис. 5.1). Оси стержней совмещают с центрами тяжести сечений: траверсы (/-/), стоек (II-II) и стола (основания) {Ш-111). Тогда основные размеры рамы определяют следующим образом:

a = A-yjjj\ b = B-2xjj\ h = H-(yj+yjjj),

TjiQ А, В, Н - высота оси главного вала над опорной плоскостью пресса, а также ширина по фронту и высота пресса соответственно; Xjj - абсцисса центра тяже­ сти стойки в горизонтальном сечении //-//; yj, ущ - соответственно ординаты центров тяжести траверсы и стола в вертикальных сечениях / - / и III-IIL

143

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

И

?S

Рис. 5.1. Расчетная схема станины кривошипного пресса

Расчеты ординат центров тяжести сечений, их площадей и моментов инер­ ции ведут с разбивкой сечений на элементарные плоские фигуры. Данные пред­ ставляют в виде таблицы:

Pi Vi PiVi а.,=у^-у 1\ = Р,а^ / : р, -i>i'.

р = Е^, ^ = ЕА

Здесь F^ - площадь элементарной плоской фигуры; у^ - расстояние от оси х до центра тяжести фигуры; F^y^ - статический момент фигуры; а^ - расстояние

144

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

между центрами тяжести фигуры и опасного сечения; /• - момент инерции фи­ гуры относительно оси х; /^ - то же относительно центральной оси; 1^ - сум­ марный момент инерции фигуры; F - суммарная площадь сечения; у - ордината центра тяжести сечения; / - суммарный момент инерции сечения.

При расчете необходимо также привести реакции опор главного вала к цент­ рам тяжести сечения стоек, т. е. перенести силы 0,5^^^^,^ на осевую линию верти­ кальных стержней рамы. Перенос компенсируется изгибающим моментом

где / - размер, устанавливаемый из условия, что сила от опорных цапф вала пе­ редается на втулки станины на 1/3 расстояния от ее внутреннего края.

Однако из уравнений равновесия ни один из силовых факторов в сечениях рамы (изгибающий момент М, поперечная Q и нормальная N силы) не может быть определен в связи со статической неопределимостью. Для решения задачи подобную раму необходимо перевести в разряд статически определимых систем путем ее разрезания и введения дополнительных силовых факторов, обеспечи­ вающих геометрическую неизменяемость системы (рис. 5.2, а).

Используя принцип независимости действия силовых факторов - деформи­ рованное состояние системы от нескольких нагрузок может быть определено

Т к ^

М (h

Рис. 5.2. Силы, действующие в станине пресса (а), и примерный вид эпюры изгибающих моментов (б)

145

Раздел L КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Для задачи с тройной неопределимостью эти уравнения в канонической фор­ ме имеют вид

Х,6„+^25,2+^з5.з+5,р=0;

Х| 621 +-^2^22 "^^3^23 "^ ^2 р ~ 0;

где Xj^ (где А: = 1, 2, 3) - дополнительные силовые факторы: поперечная Х^ и про­ дольная Х2 силы и изгибающий момент Х^\ 5^^ - перемещения в направлениях действия дополнительных силовых факторов единичной величины Х^ = 1 (коэф­ фициенты канонических уравнений), /= 1, 2, 3; 6^ - перемещения в тех же на­ правлениях под действием внешних нагрузок (свободные члены канонических уравнений).

Симметричное нагружение рамы снимает один лишний фактор: Х^ = 0. Следовательно, 5i2 == §21 = О, 5i3 = 5з] = О, и система уравнений примет более простой вид:

Х2522+Хзб2з + б2р = 0;

Х2бз2+Хз6зз + 6зр = 0.

Для плоских рам коэффициенты 6^^ и 5^ легко установить на основании пра­ вила Верещагина: для определения 5^^ необходимо площадь эпюры изгибающих моментов Fj^ от дополнительного силового фактора Xj^ = 1 или внешних нагрузок Fp умножить на ординату Mf эпюры от неизвестной единичной нагрузки под центром тяжести этой площади и разделить на жесткость стержня, т. е.

Для рассматриваемой рамы

146

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

На основании решения системы (5.2) определяют ^2 и Хз и строят итоговую эпюру изгибающих моментов, один из возможных вариантов которой представ­ лен на рис. 5.2, б.

Дальнейшее решение ведут методами, известными из курса сопротивления материалов: устанавливают наибольшие напряжения (растяжения или сжатия) в опасных сечениях и сравнивают их с допускаемыми:

NМ

а- —+ ^"^^^<[а],

FW

где N - сжимающая или растягивающая сила, действующая в опасном сечении; F - суммарная площадь этого сечения; Л^^пах ~ максимальный изгибающий мо­ мент; W - суммарный момент сопротивления изгибу.

Суммарная деформация станины в вертикальном направлении складывается из прогиба траверсы 5/^ от изгибающего момента, удлинения стоек б^^р от растя­ гивающей силы и суммарного прогиба стола Ъ^^ + Ъщ^^^ от изгибающего момен­ та и поперечной силы:

SB = 5/и + 5//р + 5///И + 5///поп.

Действием изгибающего момента на стойки можно пренебречь, так как он вызывает лишь их искривление (сближает между собой) и не влияет на дефор­ мацию системы по вертикали.

Важнейшей задачей при расчете разъемных станин является определение параметров затянутого соединения. Согласно нормали Центрального бюро куз­ нечного машиностроения, сила предварительной затяжки Рзат должна быть не­ сколько больше номинального усилия пресса:

^зат ~~ фзатоном?

где фзат - коэффициент затяжки, равный 1,3... 1,4 - для листоштамповочных прессов простого действия и КГШП, 1,5... 1,6 - для вытяжных прессов двойного действия и 1,05... 1,10 - для чеканочных прессов.

При монтаже пресса болты заводят в предназначенные для этого отверстия в станине и гайки завертывают до выборки зазоров в стыках. После этого на теле каждой парной с болтом гайки делают засечку и освобождают гайку. Болт авто­ генными горелками или электронагревателями равномерно прогревают, вслед­ ствие чего его длина несколько увеличивается. Гайку завинчивают сначала до засечки, а затем на заданный угол поворота

360(6,+5,,)

где 5б - расчетное удлинение болта, обеспечивающее заданный натяг; 6^^ - рас­ четное укорочение станины; h - шаг резьбы болта.

147

Раздел I. КРИВОШИПНЫЕ ПРЕССЫ

Для двухстоечной станины с четырьмя стяжными болтами удлинение каж­ дого болта

а сжатие станины складывается из укорочения стоек (5^), траверсы {Ъ^^) и стола (6,J:

£'сл ~ модули упругости соответствующих элементов станины, а F^, F^, F^^, F^^ - площади их поперечных сечений.

Поскольку площади различных сечений стойки, траверсы и стола неодина­ ковы, то в формулы (5.2) следует подставлять их приведенное значение, опреде­ ляемое выражением

5.2. Узлы и детали привода

Для передачи вращательного движения от электродвигателя на ведущие кривошипные валы исполнительных механизмов предназначен привод, вклю­ чающий кроме главного двигателя ременную и зубчатую передачи, сцепные муфты для соединения и разъединения валов и тормозные устройства для оста­ новки механизмов пресса в определенном положении.

Структура и кинематические схемы привода. Структура привода криво­ шипного пресса обусловлена его назначением и конструктивными особенностями. Факторы, определяющие структуру привода, следующие: а) число ходов пресса и передаточное число; б) одноили двухсторонняя передача крутящего момента на ведущий кривошип; в) степень герметизации пресса (открытый или закрытый привод); г) число точек подвески ползуна (одноили многокривошипные валы).

В кривошипных прессах общее передаточное число привода изменяется в широких пределах: и = 2...250. К левой области указанного диапазона примы­ кают автоматы с автоматической подачей материала, к правой - мощные листоштамповочные прессы для глубокой вытяжки, совершающие 3-4 хода в минуту.

На рис. 5.3 показаны типовые кинематические схемы привода одностоечных прессов, причем схема а с жесткой муфтой считается устаревшей, схему б ши­ роко применяют в современных прессах, а схему в можно рекомендовать для крупных одностоечных прессов с двумя ступенями передач.

148

Глава 5. Типовые конструкции узлов и систем кривошипных прессов

НН0

**Jri

Рис. 5.3. Типовые кинематические схемы (а-в) привода одностоечного пресса

В двухстоечных однокривошипных прессах с открытым приводом количе­ ство ступеней в зависимости от передаточного числа, как правило, изменяется от одной при 90 и более ходов в минуту (рис. 5.4, а) до трех при 12... 15 ходах в минуту (рис. 5.4, г).

Расположение и устройство элементов привода - муфт и тормозов - опреде­ ляется динамической и эксплуатационной целесообразностью. Например, схемы б

ив на рис. 5.4 кинематически равноценны, но расположение муфт и тормозов довольно четко соответствует прессам с заданным технологическим назначени­ ем: первую применяют в КГШП, вторую - в ГКМ. Объясняется это, в частности, тем, что последние являются тихоходными машинами по сравнению с прессами,

ипри прочих равных условиях муфта на ведущем валу у них должна иметь большие размеры в связи с увеличением крутящего момента. Заметим, что лен­ точные тормоза в указанных схемах могут быть заменены дисковыми.

Втихоходных листоштамповочных прессах с закрытым приводом приме­ няют трехили четырехступенчатый привод. В четырехступенчатом приводе

чг© ^

Рис. 5.4. Кинематические схемы одно- (а), двух- (б, в) и трехступенчатого (г) приво­ да двухстоечного пресса

149