Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

возникающих в процессе эксплуатации. При этом поверхности плит и прокла­ док выполнены рифлеными.

Колонны прессов имеют прямоугольное поперечное сечение и собраны из нескольких прямоугольных плит, сваренных электрошлаковым способом.

Рабочие цилиндры прессов являются сварно-коваными. Прессы с номиналь­ ным усилием 750 и 650 МН имеют соответственно восемь и пять рабочих ци­ линдров. Привод прессов осуществляется от насосно-аккумуляторной станции. В качестве рабочей жидкости используется вода с добавлением 2...3 % эмульсола. Рабочее давление жидкости в приводе штамповочного пресса с усилием 750 МН составляет 32 МПа. У пресса с усилием 300 МН конструкции УЗТМ две ступени давления рабочей жидкости - 32 и 45 МПа, для создания второй ступени гидро­ привод содержит мультипликатор. У пресса с усилием 650 МН также две ступе­ ни давления рабочей жидкости - 32 и 63 МПа.

Прессы имеют выдвижные столы, синхронизирующие цилиндры, исключаю­ щие возможность перекоса подвижной поперечины при эксцентрическом приложе­ нии деформирующей силы; прессы снабжены приборами технологического контро­ ля сил и напряжений, возникающих в наиболее опасных сечениях станины.

На Коломенском станкостроительном заводе совместно с МГТУ им. Н.Э. Бау­ мана было предложено другое решение этой проблемы. Так, при разработке конструкций прессов с номинальным усилием 160, 200 и 300 МН для сокращения габаритных размеров в плане была предложена конструкция станины в сдвоен­ ном рамном исполнении типа тандем с верхним и нижним расположением рабо­ чих цилиндров. Конструктивная схема пресса с такой станиной представлена на рис. 6.6. Станина представляет собой неподвижную раму, состоящую из верх­ ней 2 и нижней 9 поперечин, связанных колоннами 15 и стянутых гайками 17, Подвижная рама также состоит из верхней 16 w нижней 14 поперечин, которые соединены колоннами 5 и стянуты гайками 12.

На верхней поперечине 2 неподвижной рамы и нижней поперечине 14 под­ вижной установлены рабочие цилиндры 1 и 13 с плунжерами 3 и 10, жестко со­ единенными с поперечинами 9 и 16.

Прямой ход подвижной рамы пресса происходит под действием жидкости высокого давления, подаваемой в рабочие цилиндры 1 и 13 (направление дви­ жения обеспечивают втулки плунжеров 4 и 77); возвратный - под действием давления жидкости, находящейся в цилиндрах 5, плунжеры 6 которых упираются в поперечину 16.

Принцип действия пресса состоит в следующем. После укладки заготовки в штамп, расположенный на столе 7, подают жидкость в рабочие цилиндры 7 и 73. Рама 14 движется вниз, совершая холостой, а после соприкосновения с за­ готовкой рабочий ходы. Обратный холостой ход происходит при подаче жидкос­ ти высокого давления в цилиндры 8.

Конструкция станины типа тандем позволила значительно сократить габа­ ритные размеры отдельных элементов пресса, уменьшить металлоемкость без

200

г л аеа б. Типовые конструкции гидравлических прессов

Рис. 6.6. Конструктивная схема штамповочного пресса с двухрамной станиной типа тандем

снижения жесткости, улучшить его устойчивость (центр тяжести расположен вблизи опор).

Специализированные штамповочные прессы. Отличительная особенность специализированных штамповочных прессов - выбор размеров рабочего простран­ ства и других параметров. Чтобы обеспечить штамповку поковок определенной но­ менклатуры, применяют высокое давление рабочей жидкости. Это позволяет соз­ давать малогабаритные штамповочные прессы. Одновременно с универсальными гидравлическими штамповочными прессами созданы специализированные прессы, характеризующиеся коротким рабочим ходом и небольшими скоростями подвиж­ ной поперечины. Средняя скорость подвижной поперечины в процессе рабочего

хода составляет от 1 до 5 см/с. В связи с этим для штамповочных прессов с номи­ нальным усилием до 100 МН рекомендуют насосный безаккумуляторный привод.

201

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Для повышения экономичности и уменьшения габаритных размеров пресса в на­ сосный привод включают гидравлический мультипликатор давления.

Так, на НКМЗ совместно с ВНИИметмаш были разработаны специализиро­ ванные штамповочные прессы с трубной станиной с номинальным усилием 150 и 300 МН, предназначенные для штамповки плоских поковок.

Для уменьшения высоты пресса было предложено крепить штамповый на­ бор непосредственно к плунжеру рабочего цилиндра. На рис. 6.7 показана схема

0 4750

Рис. 6.7. Конструктивная схема специализированного штамповочного пресса с труб­ ной станиной конструкции НКМЗ-ВНИИметмаш с номинальным усилием 150 МН

202

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

одноцилиндрового пресса такой конструкции с номинальным усилием 150 МН. Рабочее давление жидкости в приводе этого пресса 100 МПа.

Наряду с трубной предложен новый тип станины для малогабаритных спе­ циализированных прессов, которая обмотана холоднокатаной лентой из высоко­ прочной стали.

Прутково-трубные прессы. Различные профили, прутки, трубы, проволоку из цветных металлов и сплавов изготовляют прессованием (прямым выдавлива­ нием). Если деформирующая сила, необходимая для выдавливания, превышает 1 МН, то для изготовления изделий применяют гидравлические прессы. Прессо­ ванием получают изделия главным образом из алюминия и его сплавов, из латуней, углеродистых легированных и жаропрочных сталей, молибдена и титана.

Прутково-трубные прессы для обработки стали и других жаропрочных сплавов несколько отличаются от прессов для цветных металлов. Их строят с но­ минальным усилием от 7,5 до 200 МН и преимущественно горизонтальными. В некоторых случаях для выдавливания тонкостенных труб на прессах с усили­ ем до 7,5 МН применяют вертикальную станину рамного типа.

Характерной особенностью конструкции гидравлических прессов для прес­ сования труб является мощная независимая прошивная система, обеспечиваю­ щая большие технологические возможности. Прессы оснащают вспомога­ тельным и транспортным оборудованием, которое позволяет подавать слиток, нагретый в электрической печи, в контейнер, а также ножницами для отделе­ ния пресс-остатка от изделия и механизмами удаления их из рабочего про­ странства и передачи пресс-шайб.

Управление основными и вспомогательными операциями осуществляется от главного пульта посредством гидравлических распределителей. Рабочей жидкос­ тью является вода с добавлением 2...4 % эмульсола. Привод пресса, как прави­ ло, насосно-аккумуляторный. Наличие трех рабочих цилиндров обеспечивает работу пресса с тремя ступенями деформирующей силы и скоростью рабочего хода до 3 см/с. Смазывание контактных поверхностей подвижных частей пресса централизованное автоматическое.

Изделия из жаропрочных материалов выдавливают при температурах свы­ ше 1000 °С. Для этого в конструкции пресса следует предусмотреть возмож­ ность смены матриц. Передвижение рабочего инструмента должно иметь вы­ сокие скорости в процессе выдавливания и при возвратном и холостом ходах для предотвращения охлаждения слитка и чрезмерного разогрева матриц. Не­ обходимы также вспомогательные механизмы для чистки матриц после вы­ полнения операции.

Специализированные прессы для холодной штамповки выдавливанием.

Основное преимущество холодной штамповки выдавливанием - возможность изго­ товления точных поковок, шероховатость поверхности которых в ряде случаев удовлетворяет предъявляемым к деталям требованиям или предусматривает незна-

203

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

чительную механическую обработку резанием. Следствием этого являются эко­ номия металла, снижение трудозатрат и повышение производительности на по­ следующих этапах изготовления изделий.

Для холодной штамповки выдавливанием кроме прессов обычных конст­ рукций используют прессы с двухрамнои станиной типа тандем с верхним и нижним расположением рабочих цилиндров, что обеспечивает уменьшение металлоемкости конструкции, так как сокращаются габаритные размеры прес­ са в плане.

Привод прессов для холодной штамповки выдавливанием может быть на­ сосным без аккумулятора и насосно-аккумуляторным. Наиболее экономичным для прессов с номинальным усилием до 50 МН является привод без аккумулято­ ра с регулируемой производительностью. В качестве рабочей жидкости приме­ няют минеральное масло.

Недостаток технологии холодной штамповки выдавливанием состоит в том, что возникающие при прессовании напряжения близки к прочностным характерис­ тикам сплавов, применяемых для изготовления рабочих деталей штампов. Следо­ вательно, для дальнейшего расширения возможностей технологии холодной объемной штамповки выдавливанием необходимо повысить стойкость рабочего инструмента путем создания материалов, обладающих высокой выносливостью (усталостной прочностью), и разработать новое штамповочное оборудование, обес­ печивающее возможность штамповки деталей с меньшей деформирующей силой. В последнем случае наиболее перспективной является схема выдавливания с ак­ тивными силами трения.

В МГТУ им. Н.Э. Баумана проф. A.M. Дмитриевым разработана конструкцрм гидравлического пресса для выдавливания с активными силами трения и номи­ нальным усилием 1,6 МН (рис. 6.8).

Главный цилиндр 1 расположен под столом 2. Плунжер главного цилиндра является ползуном и подштамповой плитой пресса. На нем установлен пуансон 4. Второй пуансон 6 закреплен на опоре S, которая служит направляющей для гильзы 7 цилиндра привода траверсы. К гильзе 7 прикреплена траверса 5, слу­ жащая для перемещения матрицы 3 в процессе деформирования. Несмотря на легкость конструкции, она удовлетворяет требованиям жесткости, поскольку все цилиндры и рабочий инструмент расположены на одной центральной оси прес­ са. Предусмотрено надежное перемещение траверсы 5 по опоре 5, что позволяет свести к минимуму несоосность верхнего пуансона и матрицы.

При подаче жидкости в полость А главного цилиндра I поршень совершает рабочий ход, а при подаче в штоковую полость Б - обратный ход. Прямой и об­ ратный ходы траверса осуществляет при подаче жидкости в полости В и Г ци­ линдра привода матрицы.

Взаимная независимость гидравлических приводов матрицы и пуансона позволяет создавать различные схемы взаимного перемещения матрицы и пу­ ансона (в одинаковом и в противоположном направлении), обеспечивающие

204

г л ава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

Рис. 6.8. Конструктивная схема специализированного штам­ повочного пресса для выдавливания конструкции МГТУ им. Н.Э. Баумана (опытная модель)

205

Раздел П. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

желаемый характер направления сил трения на контактной поверхности при прессовании изделий из порошков. Эти прессы можно использовать для изго­ товления втулок обратным выдавливанием с использованием сил трения, спо­ собствующих течению металла.

Пресс имеет два насосных безаккумуляторных привода. Конструкция пресса обладает весьма высокой технологичностью как при изготовлении, так и в про­ цессе эксплуатации, обеспечивая повышенную точность размеров изготавли­ ваемых деталей.

Прессы-автоматы для прессования порошков. Описание и особенности изготовления деталей прессованием из порошков и последующего их спекания приведены в § 1.15. Если деформирующая сила превышает 1,6 МН, применяют гидравлические прессы-автоматы, обеспечивающие более равномерное распре­ деление плотности и повышенную точность размеров изготавливаемых изделий благодаря возможности поддерживать постоянное давление в процессе штам­ повки. В гидравлических прессах-автоматах предусматривают регулирование высоты загрузки порошка, скорости движения пуансона и матрицы; обеспечение точности остановки их до и после прессования благодаря применению жестких упоров, а также продолжительности выдержки под давлением. Управление та­ ким прессом в процессе прессования обеспечивается использованием бескон­ тактных электронных устройств.

Гидростаты. Гидростат конструкции ВНИИметмаша (рис. 6.9) включает в себя силовую станину /, стол //, с установленными на нем контейнерами ///

и встроенный мультипликатор высокого давления IV.

Силовая станина представляет собой верхний 1 и нижний 4 ригели с уста­ новленными между ними стойками 2. Эти элементы соединены в единую кон­ струкцию обмоткой из ленты или проволоки. Верхний и нижний ригели имеют полукруглую форму с четырьмя приливами, в расточки которых установлены стойки. Стойки выполнены в виде труб диаметром 110 х 70 мм из высокопроч­ ного алюминиевого сплава Д16Т (а^ = 320 МПа, <5^ =- 460 МПа, Е = 700 ГПа). Концы стоек установлены в стаканы. Через стойки пропущены стальные опор­ ные стержни диаметром 68 мм, концы которых вставлены в отверстия прили­ вов верхнего и нижнего ригелей. Длины стоек и опорных стержней выбраны так, чтобы при намотке станины стык между опорными стержнями и ригелями закрывался после наложения 18...20 слоев обмотки, когда стойки уже получи­ ли 80...85% полной деформации. В результате этого силы сжатия опорных стержней оказываются относительно малыми. Благоприятное напряженное со­ стояние позволяет изготовлять их литьем из обычной углеродистой стали.

в качестве скрепляющей обмотки используют стальную проволоку диаметром 4...5 мм (сталь 45, а^ = 1000 МПа).

206

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

Рис. 6.9. Конструктивная схема гидростата конструкции ВНИИметмаш

Станину гидростата устанавливают на двух подставках 5, которые крепят к фундаменту.

Стол гидростата представляет собой подвижную плиту, перемещающуюся по направляющей 3 и двум установленным на нижнем ригеле станины крон­ штейнам б и 8. Перемещение стола осуществляют двумя гидравлическими ци­ линдрами, вмонтированными в нижний ригель. На столе установлены два контейнера, попеременно подаваемых в рабочее пространство гидростата. Когда один из контейнеров находится в рабочем положении, из другого производят выгрузку прессованного изделия и загрузку новой заготовки.

Контейнер гидростата выполнен из стали 6ХНМ, имеющей твердость 40...44НКСэ. На станину контейнера с определенным, переменным от слоя

207

Раздел П. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

к слою натяжением намотана высокопрочная лента. Снизу контейнер закрыт пробкой с набором уплотнений.

Мультипликатор высокого давления представляет собою скрепленный об­ моткой цилиндр, установленный на крышке, которая прикреплена к верхнему ригелю станины. Мультипликатор обеспечивает две ступени высокого давления в контейнере: 1830 МПа и рабочее. После того как давление в контейнере от мультипликатора гидропривода поднимается до 1830 МПа, происходит пере­ ключение золотников и жидкость поступает в верхнюю полость цилиндра муль­ типликатора высокого давления. Перемещением поршня-пробки давление в кон­ тейнере повышается до рабочего. После паузы, продолжительность которой определяется технологией, давление в контейнере сбрасывают. Поршень-пробка поднимается в верхнее положение, цилиндры перемещения передвигают стол. Контейнер, в котором проводилось прессование, выдвигается из рабочего про­ странства станины и готов к разгрузке, а другой контейнер перемещается в ра­ бочее пространство станины.

Гидростаты могут работать в ручном и полуавтоматическом режиме. Время подъема давления до 200 МПа составляет около 4 мин, до 300 МПа - около 6 мин, до 600 МПа - около 12 мин.

6.4. Прессы для листовой штамповки

Листоштамповочные прессы простого действия. На рис. 6.10, а показана схема штамповки в таком прессе. На ползуне 2 установлена матрица 3, Пневма­ тическая подушка 7 обеспечивает прижим фланца заготовки между кольцом 4 и матрицей 3 при выполнении операции глубокой вытяжки. После выполнения операции подштамповая плита 5 и установленный на ней пуансон 1 выдвигают­ ся из рабочего пространства пресса по столу 6. Пресс имеет насосный безакку-

П ' 1 ! \}^Ап^

u -^—dJ-

Рис. 6.10. Схема листовой штамповки на гидравлическом прессе простого (а), двойного (б) и тройного (в) действия

208

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

муляторный гидравлический привод с наполнительным баком, расположенным на верхней поперечине, рабочей жидкостью является минеральное масло. К валу электродвигателя подсоединены два ротационных насоса, которые подают мас­ ло из наполнительного бака в рабочий цилиндр пресса. Управление прессом кнопочное (дистанционное), скорость ползуна при рабочем ходе 14,5 см/с.

Основные параметры и размеры гидравлических одностоечных прессов с но­ минальным усилием до 2,5 кН регламентирует ГОСТ 9753.

Листоштамповочные прессы двойного и тройного действия. Насосный безаккумуляторный привод обладает рядом преимуществ по сравнению с элек­ тромеханическим: равномерностью движения; возможностью регулировать ско­ рость движения подвижной поперечины, останавливать и изменять направление движения рабочего инструмента в любой точке хода; плавностью подвода рабо­ чего инструмента к заготовке и др. Этот привод можно применять для одновре­ менного движения нескольких исполнительных механизмов, что весьма важно при выполнении операций листовой штамповки, например для прижима заго­ товки с целью предотвращения складкообразования, вытяжки изделия заданной формы и выталкивания его из матрицы.

Схема штамповки на гидравлическом прессе двойного действия показана на рис. 6.10, б. Пресс имеет два верхних ползуна - внутренний 2 вытяжной и наруж­ ный 3 прижимной, к которым прикреплены соответственно пуансон вытяжки 1 и прижим 4, Нижний выталкиватель 6 обеспечивает извлечение изделия из матрицы 5 после штамповки под действием пневматической подушки 9, Нлиту 7 можно вы­ двигать из рабочего пространства пресса по столу 8. Наружный 3 и внутренний 2 ползуны могут смыкаться при работе пресса в режиме простого действия с номи­ нальным усилием 4,5 МН. Насосный безаккумуляторный привод расположен на площадке верхней неподвижной поперечины. Управление прессом кнопочное (дистанционное). Силу прижима заготовки, осуществляемую наружным ползу­ ном, регулируют с использованием электроконтактных манометров, располо­ женных на пульте управления. Пресс оборудован выдвижным столом, что позволяет удалять отштампованные изделия и подавать листы без дополнитель­ ных механизирующих устройств, а также осуществлять быструю смену рабочего инструмента.

Скорость рабочего хода внутреннего ползуна 2,5 см/с, скорость прямого холостого хода 13,5 см/с, а скорость обратного холостого хода внутреннего и наружного ползунов соответственно 7 и 8 см/с. В качестве рабочей жидкости используют минеральное масло.

На рис. 6.10, в показана схема листовой штамповки на гидравлическом прес­ се тройного действия. Пресс имеет три ползуна: верхний внутренний 2 для вы­ тяжки, верхний наружный 1 для прижима заготовки с целью предотвращения складкообразования и нижний 7, к которым прикреплены соответственно пуан­ сон, верхний штамп 3 с прижимом 4 и нижний выталкиватель, а также плиту 6, выдвигаемую вместе с нижним штампом 5 из рабочего пространства пресса.

209