Машиностроение

Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Общеизвестен прогрессивный характер технологии кузнечноштамповочного производства, основанной на получении заданной формы деталей или заготовок в результате рационального перераспределения металла, а не за счет удаления части его в стружку (как это происходит при обработке резанием). Кроме того, обработка металлов давлением позволяет получать изделия с повышенными механическими свойствами.

Кузнечное ремесло и кузнечное производство имеют многовековую историю. Человеку давно были известны простейшие кузнечные инструменты для ковки: молот, клещи и наковальня, а также и простейшее нагревательное оборудование — горн.

Первая механизация процессов ковки относится к XVI веку, когда стали применять механические рычажные, вододействующие молоты, приводимые энергией водяного потока. При отсутствии гидроэнергии применялись копровые (падающие) молоты.

В 1842 г. Джемс Несмит построил первый паровой молот, а в 1846 г. Армстронг — первый паровой гидропресс.

В том же XIX веке начали применять приводные механические и пневматические молоты, получили развитие кривошипные прессы и другие крирошипные кузнечно-штамповочные машины.

В нашей стране еще до Великой Октябрьской социалистической революции появились фундаментальные работы по конструированию и расчету кузнечно-прессового оборудования. К ним следует отнести работы И. А. Тиме, Я. Н. Марковича, С. К. Конюхова, А. А. Суходольского, П. М. Мухачева.

В 1931 г. было создано первое в СССР специализированное бюро ЦБТМ, в котором наряду с металлургическим начали проектировать и кузнечно-прессо- вое оборудование.

Одновременно в научно-исследовательском институте ЦНИИТмаш (в кузнечной лаборатории, руководимой А. И. Зиминым) начали разрабатывать общую теорию конструирования и расчета кузнечно-штамповочных машин. Большой вклад в создание современных основ теории конструирования и производства кузнечно-штамповочных машин внесли советские ученые. А. И. Зимин, М. В. Сторожев, И. И. Гирш, В. И. Залесский, М. В. Костогаров, С. В. Порецкий, Е. П. Унксов.

Основы конструирования и расчета основных групп кузнечно-штамповочных машин были изложены в восьмом томе энциклопедического справочника «Машиностроение» (под ред. А. И. Зимина), вышедшего в свет в 1949 г.

В последние годы большие работы по развитию кузнечно-прессового машиностроения выполняются научно-исследовательскими институтами ВНИИметмаш и ЭНИКмаш. Во ВНИИметмаше под руководством проф. д-ра техн. раук Б. В. Розанова велись работы по исследованию и конструированию мощного гидропрессового оборудования. Успешное проведение этих работ позволило в короткие сроки спроектировать и ввести в эксплуатацию уникальные гидравлические штамповочные преееы (в тем числе усилиями 750 МН в СССР и усилием 650 МН во Франции). Создание этих прессов — плод коллективного творчества ВНИИМЕТмаша, НКМЗ и ряда других организаций.

Исходные данные для проектирования. Исходным документом для проектирования машины является техническое задание, содержащее назначение и цель разработки машины, область ее применения, технические требования, ожидаемые экономические показатели.

Важный вопрос при проектировании современных машин — выбор основных параметров. На основные параметры и размеры большинства универсальных кузнечно-штамповочных машин имеются государственные стандарты (ГОСТы).

Для других машин основные параметры выбираются на основании требований технологического процесса и опыта эксплуатации наиболее прогрессивного оборудования подобного типа. Очень важным при этом является характер изменения рабочих нагрузок на рабочем звене (бойке, ползуне). Выбор кинематических схем машин, узлов и их конструкции в основном. производят, используя рациональный опыт промышленности и проектирования аналогичных машин.

Классификация кузнечно-штамповочных машин. Технологические процессы обработки давлением отличаются большими удельными усилиями сопротивления деформированию материалов (усилиями полезного сопротивления), значительными затратами энергии, которые имеют кратковременный, так называемый пиковый характер. В связи с этим большинство кузнечно-штамповочных машин по существу являются «усилителями мощности», и в их конструкциях предусмотрены аккумуляторы, обеспечивающие возможность пикового расхода энергии, накопленной в них ранее. Различные сочетания конструкции аккумуляторов и механизмов, передающих эту энергию для преодоления полезного сопротивления, определяют многообразие кузнечно-штамПОБОЧНЫХ машин.

Классификация является первым шагом научного познания. Первую научную классификацию кузнечно-штамповочных машин предложил А. И. Зимин [34}, принявший за ее основу характер изменения скорости рабочего звена исполнительного механизма машины на участке рабочего хода, т. е. перемещения во время преодоления сопротивления деформированию. По этому признаку все кузнечно-штамповочные машины А. И. Зимин подразделил на четыре группы: молоты, гидравлические прессы, кривошипные прессы и ротационные машины.

За годы научно-технической революции были созданы новые типы машин, в которых использованы последние открытия и достижения науки.

Указанное обстоятельство приводит к непрерывному обогащению и усовершенствованию классификации, которая должна, естественно, охватывать все новые типы машин и служить основой изучения и совершенствования соответствующего оборудования и планирования внедрения его в промышленность.

Вследствие этого в основу классификации наряду с характером изменения скорости рабочего звена на участке рабочего хода положены принцип его работы и характер воздействия на заготовку. На этом основании выделено пять основных классов кузнечно-штамповочных машин.

Прессы — кузнечно-штамповочные машины квазистатического воздействия на поковку, в которых преодоление полезного сопротивления осуществляется при перемещении рабочего звена — ползуна, а усилие деформирования воспринимается замкнутой силовой несущей системой, включающей исполнительный механизм, станину и другие элементы.

В зависимости от конструкции главного исполнительного механизма н кинематики рабочего звена выделены три группы прессов: кривошипные и кулачковые (с кинематически заданным характером изменения скорости), гидравлические и винтовые (с произвольным характером изменения скорости).

Главным параметром прессов является номинальное усилие. В качестве аккумуляторов в кривошипных и винтовых прессах применяют маховики, в гидропрессах — гидроаккумуляторы, и в гидровинтовых прессах — и маховики, и гидроаккумуляторы.

Следует отметить, что по характеру изменения скорости рабочего хода винтовые прессы относятся к классу молотов, а их главным параметром наряду с номинальным усилием является эффективная кинетическая энергия, запасаемая в конце хода подвижными частями (маховиком).

Молоты — кузнечно-штамповочные машины ударного и квазиударного воздействия на поковку, в которых сопротивление деформированию преодолевается путем использования кинетической энергии, накопленной подвижными частями. Главным параметром молота является эффективная кинетическая энергия, т. е. энергия, запасенная ударной массой (подвижными частями) к концу их хода. Ударная масса является аккумулятором механической энергии в молоте.

Ротационные машины — кузнечно-штамповочные машины, в которых преодоление сопротивления деформированию происходит при вращении рабочего органа с инструментом или заготовки при непрерывном перемещении зоны контакта заготовки с инструментом. Характер воздействия инструмента на поковку— квазистатический. Главным параметром этих машин может быть номинальное усилие или номинальный крутящий момент. Поскольку технологический цикл достаточно продолжателей (как правило, включает несколько оборотов рабочего инструмента), большинство машин аккумуляторов не имеет. В машинах же с пиковым характером работы (например, ковочных вальцах) в качестве аккумуляторов применяют маховики.

Импульсные машины и статы — это машины, в которых преодоление сопротивления деформированию осуществляется непосредственно средой, передающей энергию

В импульсных машинах в качестве аккумулятора энергии используются непосредственно энергоносители (взрывчатое вещество, горючий газ и пр.), а передающей средой служит воздух, газ, жидкость, твердое тело, непосредственно воздействующие на деформируемый материал в очень короткие промежутки времени. Главным параметром этих машин является энергия импульса.

В статах воздействие осуществляется длительное время и с малыми «ползучими» скоростями, а средой, передающей энергию является жидкость, газ и т. п. Главные параметры — давление среды, воздействующей на деформируемое тело, и площадь рабочей камеры. Аккумуляторы в этих машинах, как правило, не применяются.

В данную классификацию не включены некоторые кузнечно- штамповочные машины (например, реечные прессы, пневмопрессы, термические прессы, электромагнитные прессы), что объясняется их сравнительно малым распространением в кузнечно-штам- повочном производстве.

В учебнике рассмотрена группа роторных и роторно-конвейерных машин, не вошедших в классификацию, так как фактически эти машины являются оригинальной компоновкой в одном агрегате машин вышеперечисленных классов или групп. Главным структурным элементом этих машин является рабочий ротор, а главным параметром — номинальное усилие на рабочем роторе, исполнительным механизмом которого могут быть кулачковые, кривошипные, пневматические или гидравлические механизмы.

Требования, предъявляемые к кузнечно-штамповочным машинам. Эти машины должны осуществлять экономически прогрессивные технологические процессы и обеспечивать высокое качество получаемых заготовок и деталей. Сами машины должны быть производительными, экономичными, надежными, долговечными, ремонтопригодными, обладать высоким КПД, быть удобными и простыми в наладке и обслуживании, соответствовать требованиям техники безопасности и эргономики.

Оценка уровня качества машин. Кроме ГОСТов на основные параметры и размеры кузнечно-штамповочных машин имеются стандарты на нормы точности этих машин, а также технические условия на их изготовление, разрабатываемые организациями, проектирующими машины. Технические условия на каждую машину составляют на основании ГОСТ 7600—76. Соблюдение этих документов обеспечивает изготовление качественных кузнечно-штамповочных машин.

Оценку машин производят по четырем группам показателей — прогрессивности технологического процесса, выполняемого на машине, и прогрессивности ее конструкции; экономичности конструктивных решений; эксплуатационным характеристикам и технологичности конструкций. Для проведения такой оценки для каждого вида машин конструкторы составляют «Карты технического уровня и качества продукции» (ГОСТ 2.116—71).