Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Пресс-автомат для чистовой вырубки. Гидравлические прессы-автоматы для чистовой вырубки оснащены устройствами для подачи ленты, удаления из­ делий, резки и удаления отходов. Некоторые из этих устройств имеют гидравли­ ческий или пневматический привод.

Цельные станины закрытого типа для повышения жесткости стянуты болта­ ми. Насосный безаккумуляторный привод расположен слева от пресса и обеспе­ чивает тройное действие: прижим, противодавление и вырубку изделия. Ско­ рость его рабочего хода 10 мм/с. Привод обеспечивает 70 ходов в минуту для прессов с номинальным усилием 0,4 МН и 32 хода в минуту для прессов с уси­ лием 0,63 МН.

Прессы для пакетирования и брикетирования. Для удобства транспорти­ ровки металлических отходов листоштамповочных и механических цехов их спрессовывают в пакеты или брикеты. Пакетирование и брикетирование отходов проводят на гидравлических прессах. Станины этих прессов горизонтальные, коробчатого типа. Все механизмы устанавливают на станине, привод пресса насосный безаккумуляторный. Обычная производительность таких прессов - 10-12 пакетов в час. Последовательность движения плунжеров цилиндров (про­ дольного и поперечного) и управление другими механизмами гидропривода осуществляется автоматически, обеспечивая загрузку отходами пакетировочной камеры, опускание крышки, первое прессование (продольный цилиндр), второе прессование (поперечный цилиндр), раскрытие камеры, отвод прессующих плун­ жеров и выталкивание пакета.

6.5.Прессы для разделки и ломки проката

Сувеличением размеров поперечных сечений стальных заготовок, предна­ значенных для обработки давлением, силы, необходимые для их разделки, ста­ новятся близкими или превышают верхнюю границу номинальных усилий кривошипных прессов. В этих случаях применяют гидравлические прессы. При их проектировании должны быть предусмотрены гидравлические устрой­ ства или пружинные амортизаторы, предотвращающие восприятие возвратны­ ми цилиндрами сил в момент, который соответствует разрушению заготовки.

Вконструкциях прессов для ломки проката предпочтительнее горизонтальная компоновка. Для уменьшения деформирующей силы Р^, необходимой для лом­ ки, на заготовке с обеих сторон предварительно делают надрубы. Силу Р^^ оп­ ределяют по формуле

где Gg - временное сопротивление материала заготовки; W - момент сопро­ тивления изгибу, W=0,ld для круглого и W=h^/6 для квадратного проката; / - расстояние между опорами.

210

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

Конструкции гидравлических прессов для ломки с номинальными усилиями 2,5...30МН имеют четырехколонную горизонтальную станину, мультипликаторный гидравлический привод; давление рабочей жидкости (водной эмульсии) составляет 40...50 МПа.

Операции при ломке проката на гидравлическом прессе выполняют сле­ дующим образом. На заготовке делают надрубы двумя ножами одновременно. Один нож подвижный, другой - неподвижный. Подвижный нож установлен на торце плунжера рабочего цилиндра, неподвижный - на салазках. После выпол­ нения надруба неподвижный нож вместе с салазками выкатывается из рабочего пространства пресса, а заготовка продолжает перемещаться до упора о боковые опоры. Подвижный нож также перемещается вместе с заготовкой и после ее ос­ танова надавливает на нее. Когда сила достигает значения, определенного по приведенной выше формуле, заготовка разламывается.

6.6.Прессы для переработки пластмасс и неметаллических материалов

Современные пластмассы и неметаллические материалы используют в ка­ честве конструкционных для изготовления деталей машин, что дает значитель­ ную экономию металла (особенно дефицитных цветных сплавов), уменьшает их массу, повышает срок службы и улучшает эксплуатационные характеристики.

В зависимости от характера превращений, происходящих с полимером при его переработке в изделие, пластмассы подразделяют на две основные группы: термопласты и реактопласты. Термопласты характеризуются обратимостью про­ цесса формообразования, т. е. после формования изделий под действием высо­ кой температуры и давления они отвердевают, но после охлаждения не теряют способности к последующей неоднократной обработке. Реактопласты характе­ ризуются необратимостью процесса формообразования, т. е. не пригодны для повторного формования.

Для переработки пластмасс и других неметаллических материалов применя­ ют гидравлические прессы с насосным безаккумуляторным приводом, основные параметры и размеры которых регламентированы ГОСТ 10560 (рис. 6.11).

Для изготовления листовых слоистых материалов: текстолитов, стеклоплас­ тиков, древеснослоистых и других, размерами более 1500 х 1500 мм, применяют гидравлические этажные прессы. Особенность конструкции этих прессов - боль­ шое количество (иногда 15 и более) рабочих плит (этажей), между которыми ук­ ладывают листовую заготовку, состоящую из многих слоев. При приложении рабочей силы плиты смыкаются и создают необходимую нагрузку. Под действием приложенной силы и высокой температуры происходит спекание слоев заготовки в единое целое. Этажные прессы имеют станины рамного типа, снабжены устрой­ ствами для загрузки и выгрузки листовых материалов, нагревателями.

211

Раздел П. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

При создании этажных прессов необходимо обеспечить параллельность между плитами (наи­ большее отклонение не должно превышать 0,1 мм на 300 мм длины плиты). Эти прессы имеют насос­ ный безаккумуляторный привод.

Универсальная полуавтоматическая линия с выносными пресс-формами для штамповки изделий из пластмасс, разработанная А.С. Езжевым в МГТУ им. Н.Э. Баумана, изготовлена на Оренбургском за­ воде «Гидропресс». Полуавтоматическая линия со­ держит два гидравлических пресса с номинальным усилием 300 кН каждый (первый - для закрытия пресс-форм и создания требуемого давления на заго­ товку, второй - для их раскрытия, конвейер с гидро­ приводом и пульт управления. Время выдержки под давлением 5,3 мин, производительность 360 дет/ч, давление рабочей жидкости 20 МПа.

Последовательность выполнения операций на универсальной полуавтоматической линии следую­ щая. Раскрытую и очищенную пресс-форму конвей­ ер переносит на позицию загрузки, расположенную у первого закрывающего пресса. Оператор уклады­ вает в ее гнезда кассеты с прессуемым материалом (возможен предварительный нагрев материала до заданной температуры) и передает на следующую позицию пресса, который ее закрывает и одновре­ менно создает заданное давление. После этого прессформа перемещается по направляющим шагового конвейера с установленным темпом пока не дойдет до позиции разгрузки, расположенной у второго пресса (раскрывающего). Пресс-форма раскрывает­

ся, толкатель поднимает сформованное изделие до уровня разъема и сбрасывает его на приемный лоток. Пресс-форма переносится на следующую позицию, где она тщательно очищается от грязи струями сжатого воздуха и подается на ис­ ходную позицию для очередной загрузки.

Заданную температуру в полости пресс-формы поддерживают установлен­ ные в ней электронагреватели.

Многоплунжерные прессы предназначены для штамповки деталей с полос­ тями. Станина такого пресса содержит три неподвижные поперечины, стянутые колоннами. В верхней части они воспринимают только центральную силу, на­ правленную вдоль оси пресса. В нижней части расположены четыре горизон-

212

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

тальных цилиндра с плунжерами для выдавливания боковых полостей и один вертикальный цилиндр.

6.7. Типовые приводы гидравлических прессов

Полный цикл одного двойного хода подвижной поперечины гидравлическо­ го пресса состоит из прямого холостого, прямого рабочего и обратного ходов, а также технологических пауз. Прямой холостой ход предназначен для подвода рабочего инструмента к заготовке, при его осуществлении жидкость высокого давления не поступает в рабочие цилиндры и полезная работа не производится. В процессе прямого рабочего хода происходит деформирование заготовки, при­ дание ей необходимой формы. Чтобы осуществить прямой рабочий ход, привод должен израсходовать определенное количество энергии для создания необхо­ димой силы.

Таким образом, привод гидравлического пресса должен иметь определенный запас энергии, чтобы обеспечить необходимую деформирующую силу. На осу­ ществление прямого рабочего хода расходуется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. Эту энергию можно получить в результате преобразования электрической энергии (электрогидравлический привод) либо энергии давления пара или воздуха (парогидравлический или воздушно-гидравлический привод).

Электрогидравлический привод кроме рабочего и возвратных цилиндров (гидродвигателя) должен содержать электродвигатель для преобразования элек­ трической энергии в механическую и насос для преобразования механической энергии в потенциальную энергию рабочей жидкости.

Парогидравлический (воздушно-гидравлический) привод кроме рабочего и возвратных цилиндров должен содержать мультипликатор для преобразования энергии пара (воздуха) низкого давления в потенциальную энергию рабочей жидкости высокого давления. Парогидравлический (воздушно-гидравлический) привод не экономичен, поэтому несмотря на его некоторые преимущества перед электрогидравлическим в настоящее время применяется только в некоторых ус­ таревших конструкциях гидравлических прессов.

В процессе полного цикла двойного хода подвижной поперечины гидрав­ лического пресса требуются различные значения деформирующей силы, ско­ рости и направления ее перемещения. Поэтому электрогидравлический привод кроме рабочих и возвратных цилиндров, электродвигателя, насоса и рабочей жидкости содержит резервуары для жидкости (сливные баки), регулирующую и распределительную аппаратуру, соединительные трубопроводы и арматуру, а также может включать вспомогательные элементы: баки для жидкости низ­ кого давления (наполнительные), аккумулятор, мультипликатор и маховик.

На рис. 6.12 дана классификация приводов гидравлического кузнечно-штам- повочного оборудования, согласно которой электрогидропривод может быть как

213

Раздел II. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

1

X

Постоянной Регулируемой Нерегулируемой Регулируемой производительности производительности производительности производительности

Рис. 6.12. Классификация приводов гидравлических прессов

с маховиком, так и без него. Используя накопленную кинетическую энергию, маховик в данном случае обеспечивает преодоление пиковых нагрузок без уве­ личения мощности электродвигателя. Аккумулятор также позволяет снижать его установочную мощность.

Если в состав электрогидравлического привода включить мультипликатор, то можно создать более компактную конструкцию пресса и осуществить рабо­ чий ход со ступенчатым приложением деформирующей силы, что повысит его экономичность (КПД).

Регулирующая аппаратура позволяет поддерживать постоянную скорость рабочего хода, которая необходима при выполнении некоторых технологичес­ ких операций, например при прессовании. При использовании насосов с пере­ менной подачей жидкости повышается КПД насосно-безаккумуляторного при­ вода и уменьшается его установочная мощность.

Баки для жидкости низкого давления (наполнительные) обеспечивают пря­ мой холостой ход без расхода жидкости высокого давления, что также способст­ вует повышению КПД привода. Для управления потоками жидкости в гидро­ системе привода используют распределительную аппаратуру: клапаны, золотники, вентили и др.

Всовременных гидравлических прессах привод применяют и для приведения

вдействие вспомогательных механизмов: стола пресса, механизма выталкивания

214

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

поковки, подачи и удаления рабочего инструмента в процессе ковки или штам­ повки; механизмов управления (сервопривода) работой элементов гидропривода (золотников, клапанов); механизмов синхронизации, исключающих неравномер­ ность распределения сил на колонны гидравлического пресса и др.

В зависимости от назначения гидроприводы подразделяют на силовые, вспомогательные, приводы управления (сервоприводы) и синхронизации и др. Независимо от назначения все приводы содержат определенные элементы, что позволяет подразделить насосные приводы на аккумуляторные, безаккумуля­ торные и мультипликаторные.

Иногда гидропривод, содержащий одноплунжерный насос, называют элек­ тромеханическим мультипликаторным, так как он создает в гидросистеме такое же пульсирующее давление, как и мультипликаторный. Однако такое название не отражает его конструктивные особенности, поскольку под мультипликатором по­ нимают устройство, предназначенное для повышения давления рабочей жидкости и содержащее два цилиндра - низкого и высокого давления. Одноплунжерный кри­ вошипный насос имеет только один цилиндр, плунжер которого всасывает жид­ кость, а затем нагнетает ее в гидросистему. Поэтому так называемый электро­ механический мультипликаторный привод относится к разряду насосных.

Привод гидравлического пресса может быть групповым (насосно-аккуму- ляторная станция) и индивидуальным. Групповой гидропривод позволяет умень­ шить общую установленную мощность. Насосно-аккумуляторную станцию рас­ полагают в отдельном помещении и связывают с гидравлическим прессом трубопроводом. Наиболее широкое распространение насосно-аккумуляторные станции получили в ковочных прессах, для которых характерны продолжитель­ ные технологические паузы, или в мощных гидравлических прессах, где невоз­ можно установить привод на прессе или вблизи его.

Насосный привод. Основной привод, определяющий тип гидравлического пресса, - это силовой насосный, который осуществляет возвратно-поступатель­ ное движение рабочего органа - подвижной поперечины (ползуна).

Гидравлические цилиндры (гидродвигатели подвижной поперечины) могут быть поршневыми или плунжерными. Рабочая жидкость в поршневых цилиндрах - минеральные масла, обладающие достаточной вязкостью, что исключает их утеч­ ку между поршнем и стенками цилиндра. Плунжерные цилиндры применяют, ес­ ли рабочая жидкость - водная эмульсия, вязкость которой недостаточная, чтобы исключить утечки через поршень при использовании обычных уплотнительных устройств. Выбор в качестве рабочей жидкости водной эмульсии или минерально­ го масла определяется в значительной степени назначением и конструкцией прес­ са. Так, в гидравлических прессах, предназначенных для ковки или горячей объемной штамповки, минеральное масло рекомендуют не применять согласно требованиям пожарной безопасности. Однако для прессов с нижним расположе­ нием привода и при условии герметичных в пожарном отношении перекрытий (пола) минеральное масло можно использовать в качестве рабочей жидкости.

215

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Основное преимущество минерального масла - применение распределитель­ ных устройств и уплотнений более простых конструкций, а также повышенных скоростей без опасности возникновения сухого трения. Можно также увеличивать частоту вращения, что позволяет исключать редуктор, применять насосы ротацион­ ного типа с постоянной подачей или бесступенчатым регулированием подачи.

Насосно-аккумуляторный привод. Типовая схема насосно-аккумулятор- ного привода с одной ступенью нагружения показана на рис. 6.13. Привод со­ держит источник жидкости высокого давления - аккумулятор (5, рабочий 2 и воз­ вратные 1 цилиндры (гидродвигатель), наполнительный 4 и сливной 7 баки, насос 9, предохранительный клапан 70, распределительную аппаратуру 77, трубопрово­ ды, обратный клапан 8 и компенсатор гидроударов 5.

Вдальнейшем участки трубопровода между элементами насосного привода будем обозначать соответствующими цифрами, например: 2-6 - участок трубо­ провода между рабочим цилиндром 2 и аккумулятором 6, Кроме того, цифры будем использовать в качестве индексов при обозначении различных парамет­ ров, например: V2 - скорость подвижной поперечины (плунжера рабочего цилинд­ ра), d^ - диаметр плунжера возвратных цилиндров 7.

Висходном положении // (стоп), изображенном на рис. 6.13, рабочий 2 и воз­ вратные 7 цилиндры изолированы от источника питания, следовательно, подвиж-

Диаграмма открытия клапанов

Рис. 6.13. Типовая схема гидравлического одноплунжерного пресса

216

Глава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

ная поперечина пресса покоится на весу - технологическая пауза. Для совершения прямого холостого хода необходимо рукоятку главного распределителя передви­ нуть из положения // в положение ///. В результате возвратные цилиндры / соеди­ нятся со сливным баком, подвижная поперечина под действием силы тяжести начнет опускаться, в рабочем цилиндре 2 давление понизится и жидкость из на­ полнительного бака 4 начнет перетекать в рабочий цилиндр 2, открывая наполни­ тельный клапан 3. После соприкосновения рабочего инструмента с заготовкой необходимо осуществить рабочий ход. Для этого рукоятку главного распредели­ теля необходимо передвинуть еще в положение IV. При этом рабочий цилиндр 2 соединится с аккумулятором 6 и насосом 9, жидкость высокого давления посту­ пит в рабочий цилиндр 2, а наполнительный клапан 3 под действием жидкости высокого давления прижмется к седлу.

Для осуществления обратного холостого хода рукоятку главного распреде­ лителя и необходимо передвинуть в положение /. В результате рабочий ци­ линдр 2 соединится со сливным баком, а возвратные 7 - с аккумулятором. Под действием жидкости высокого давления откроется наполнительный клапан i, рабочий цилиндр 2 соединится с наполнительным баком 4 и подвижная попере­ чина переместится вверх; жидкость из рабочего цилиндра 2 вытеснится в напол­ нительный бак 4 и частично на слив.

Аккумулятор в электрогидравлическом приводе, как и маховик в электро­ механическом, накапливает энергию во время холостых ходов и технологичес­ ких пауз и расходует ее в процессе рабочего хода. Наличие аккумулятора поз­ воляет выбирать мощность электродвигателя по средней мощности, расходуемой за рабочий ход, что позволяет снизить установочную мощность.

Недостатком насосно-аккумуляторного привода являются большие потери энергии при выполнении технологических операций, силовой график которых имеет пиковый характер. Если деформирующая сила, необходимая для выпол­ нения технологической операции, меньше номинального усилия, то вследствие перепада давлений в аккумуляторе и рабочем цилиндре увеличивается скорость течения жидкости в трубопроводе. В результате возрастают потери энергии на преодоление местных сопротивлений и по длине трубопровода. Запасенная аккумулятором потенциальная энергия расходуется на нагрев жидкости. Для исключения этого недостатка в конструкции насосно-аккумуляторного привода пресса предусматривают возможность повышения деформирующей силы через определенные интервалы (ступени). Это возможно, если гидропривод имеет не один, а несколько рабочих цилиндров.

Насосно-аккумуляторный привод прессовой установки с тремя ступенями нагружения содержит три рабочих цилиндра 2 и два распределителя: главный 6 и вспомогательный 5 (рис. 6.14).

Для совершения рабочего хода рукоятку главного распределителя 6 необхо­ димо передвинуть в крайнее положение IV. Если рукоятка вспомогательного рас­ пределителя 5 будет при этом передвинута в крайнее положение ///, то жидкость

217

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Диаграмма открытия югапанов

v y

ЬЛЛ Диаграмма открытия клапанов

Рис. 6.14. Типовая схема гидравлического трехплунжерного пресса

высокого давления будет поступать только в средний рабочий цилиндр 2. Боко­ вые рабочие цилиндры заполнятся жидкостью из наполнительного бака 4 через наполнительные клапаны 3. В этом случае будет осуществлена первая ступень нагружения.

Если рукоятку вспомогательного распределителя 5 передвинуть в крайнее положение /, то жидкость высокого давления будет поступать в боковые рабочие цилиндры 2, а средний рабочий цилиндр через наполнительный клапан запол­ нится жидкостью из наполнительного бака. При этом осуществляется вторая ступень нагружения. Для обеспечения третьей ступени нагружения необходимо все рабочие цилиндры соединить с аккумулятором. Для этого рукоятку вспомо­ гательного распределителя 5 необходимо поставить в среднее положение //.

218

г л ава 6. Типовые конструкции гидравлических прессов

Для совершения обратного холостого хода рукоятку главного распределите­ ля 6 следует передвинуть в крайнее положение /. В этом случае возвратные ци­ линдры 1 соединены с жидкостью высокого давления (аккумулятором), а рабо­ чие 2 через наполнительные клапаны 3 - е наполнительным баком 4. Для открытия наполнительного клапана жидкость высокого давления подают под поршень наполнительного клапана.

Работа распределителей 5 и б характеризуется диаграммами открытия кла­ панов, показанными на рис. 6.14.

Современные насосы гидроприводов позволяют создавать давление жидкости 32 МПа. Габаритные размеры гидравлического пресса в плане определяются ко­ личеством рабочих цилиндров. Один из путей сокращения размеров - повышение давления жидкости. Для этого в насосно-аккумуляторный привод включают гид­ равлический мультипликатор давления (рис. 6.15).

В исходном положении // рукоятки управления главным распределителем рабочий 2 и возвратные 1 цилиндры изолированы, подвижная поперечина прес­ са неподвижна. Чтобы совершить прямой холостой ход, необходимо рукоятку

V IV Ш II I

\у ЧУ v y

Рис. 6.15. Типовая схема гидравлического одноплунжерного пресса с муль­ типликатором

219