Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел 11. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

на по металлу заготовки вследствие контактного сцепления, что обеспечивает равномерный износ пуансона на его рабочей поверхности. Во избежание про­ скальзывания подача S должна быть

где D^o^ - окончательный диаметр торца (дна) поковки.

Рекомендуемые скоростные параметры движения исполнительных органов прессов с орбитально-вращающейся РГ:

1) частота и угловая скорость орбитального вращения РГ для прессов хо­ лодной и горячей объемной штамповки соответственно п = 90...300 об/мин ип = 300...900 об/мин; со = тс^ (где п-в мин" );

2) средняя линейная скорость возвратно-поступательного движения ползуна (траверсы) при допускаемой подаче

В современных прессах принимают, как правило, верхние пределы скорост­ ных параметров.

320

г л ава 11. Прессы с вращающимся инструментом

11.2. Привод раскатной головки

Представленный выше способ движения РГ - относительная неподвиж­ ность вершины пуансона и обегание оси головки вокруг оси пресса по орбите с эксцентриситетом, достаточным для образования угла у, - определяет устрой­ ство привода. В существующих конструкциях прессов с орбитальновращающейся РГ такое устройство реализуют либо с использованием одного водила, вращающегося на главном валу, либо двух эксцентричных шайб.

Первый тип привода возможен в двух исполнениях: с постоянным и с ре­ гулируемым углом у.

Схема первого исполнения представлена на рис. 11.3. От электродвигателя 9 вращение посредством клиноременной передачи 8 передается маховику 7, насаженному на главном валу 4 из высококачественной стали. Вал 4 вращается в удлиненных подшипниках скольжения 3, установленных сверху и снизу упорной шайбы 5. К торцу вала крепится водило 70, а к нему с требуемым экс­ центриситетом и, следовательно, определенным углом у - хвостовик-вал 2 ста­ кана 1. В самом стакане на двух подшипни­ ках качения размещен хвостовик-вал РГ, благодаря чему головка 12 получает воз­ можность вращаться вокруг своей оси, опи­ раясь на подшипник 11. Полусфера головки 12 при рабочем ходе под действием силы, на­ правленной снизу вверх, опирается на сфе­ рический подшипник 77 с антифрикционны­ ми вкладышами, например, из бронзы типа БрОФН 10-1-1.

Дискретная регулировка угла наклона у к оси РГ при использовании водила осущест­ вима перестановкой хвостовика 2 стакана 7 (см. рис. 11.3) через определенные угловые интервалы, например для прессов горячей объемной штамповки при у= 4, 6, 8 и 10°. Для этого хвостовик с прямоугольным попе­ речным сечением устанавливают в прорези водила и крепят к нему стяжным болтом. Расстояние между отверстиями под болт со­ ответствует эксцентриситету. При конструк­ тивно заданной высоте h^ (см. рис. 11.2)

321

Раздел П. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

товика-вала, а его торец установлен в глухом отверстии водила 1. Плоскость этого отверстия, воспринимающая силу от стакана, наклонена к горизонтальной под углом у, что обеспечивает требуемый угол наклона оси РГ.

Крепление стакана этими способами характеризуется повышенной жест­ костью, что очень важно для прессов по условию точности штамповки.

Крепление стакана, допускающее плавную регулировку угла наклона, пока­ зано на рис. 11.4, б. Для этого вместо соосного торца стакана с отверстием на водиле торец выполняют в виде эксцентриковой шайбы с диаметром, равным диаметру глухого отверстия в водиле. Поворачивая эксцентриковую шайбу, из­ меняют эксцентриситет оси стакана и тем самым угол наклона оси РГ. Однако вследствие нетехнологичности этот способ можно рекомендовать только для прессов с у<3°. Надежная работа прессов с орбитально-вращающейся РГ во многом зависит от качества функционирования подшипника 11. Высокие давле­ ния в связи с ограниченностью радиальных размеров головки и относительно небольшие скорости скольжения не позволяют получить наиболее благопрятный режим - жидкостное трение, обеспечивающее гидродинамическое «всплытие» полусферы относительно опоры. Поэтому упомянутый режим создают гидро­ статической подкачкой масла под высоким давлением в разделяющий зазор. Подшипники выполняют цельными или из четырех-шести секций. В теле под­ шипника предусмотрены накопительные камеры (рис. 11.5), соединенные ка­ навками с напорной магистралью и со сливом. Для предупреждения масляного слоя от перегрева объем прокачки масла должен быть достаточным.

Согласно схеме, приведенной на рис. 11.3, в приводе не предусмотрены муфта включения и действующий совместно с ней тормоз. Поэтому маховик, главный вал

Подача

322

Глава 11. Прессы с вращающимся инструментом

и раскатная головка вращаются все время пока включен электродвигатель. Для ос­ тановки привода и РГ необходимо выключить электродвигатель и одновременно тормоз 6 маховика (см. рис. 11.3). Во избежание травматизма из-за работающего в период холостого хода привода необходимо предусмотреть соответствующие ме­ роприятия по технике безопасности (ограждения и т. п.).

Привод РГ показан на рис. 11.6. Его особенностью является то, что оси вала 17 электродвигателя и вала 6 маховика с встроенной фрикционной муфтой и тормозом перпендикулярны оси вращения шайб 4 ж 18. Поэтому необходимы преобразова­ тели направления вращения, в данном случае выполненные в виде червячных

15 16 17

Рис. 11.6. Схема привода РГ с использованием эксцентрико­ вых шайб

323

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

передач. Червяк 16 жестко установлен на нижнем горизонтальном валу 6 - валу маховика, червячное колесо 12 - свободно на вертикальном валу 73. К нижней стороне колеса прикреплен полый вал 5 наружной эксцентриковой шайбы 4, вра­ щающий ее в горизонтальной плоскости.

Для вращения дополнительного верхнего вала И предназначена коробка ско­ ростей 10, по типу схожая с таковыми у токарных станков и автомобилей. Короб­ ка передач содержит зубчатые шестерни Р, закрепленные наглухо на валу 77 и вруч­ ную смещаемые скользящие 7, расположенные на нижнем валу 6. В зависимости от сцепленной пары зубчатых шестерен и их передаточного числа изменяется час­ тота вращения верхнего вала 77 и вертикального 13. При передаче через промежу­ точную шестерню 8 оба вала 6 и 11 вращаются в одну сторону. При непосред­ ственном зацеплении ведущей скользящей шестерни с ведомой валы 6 и 11 вращаются в разные стороны.

Червяк 74 и червячное колесо 15 вращают вертикальный вал 13, который проходит через отверстие в червячном колесе 72 с подшипником до соединения с внутренней шайбой 18. Внешняя цилиндрическая поверхность наружной шайбы 4 через подшипник качения оперта на корпус 20 пресса. Ее внутренняя цилиндри­ ческая поверхность и внешняя поверхность внутренней шайбы 18 через шарики образуют также подшипник качения. Хвостовик 3 вала РГ 7 установлен в шарико­ вом подшипнике 7Р и свободно вращается в нем относительно собственной оси. Проворотом шайб между собой получают плавную регулировку наклона оси РГ.

Вал РГ имеет дополнительную сферическую опору 2 для удержания головки от сползания вниз из подшипника 19. Сферический подшипник головки уста­ новлен на поперечине 21 пресса.

Сложное кинематическое устройство существенно расширяет технологичес­ кие возможности пресса с таким приводом РГ. Регулирование частотой и на­ правлением вращения, а также эксцентриситетом позволяет обеспечить четыре вида движения пуансона: круговое, как в приводе на рис. 11.3; линейное по пря­ мой, наклоненной под углом к горизонтальной оси матрицы; спиральное и ле­ пестковое (звездообразное). Первый вид движения применим при изготовлении круглых симметричных в плане поковок; второй - для штамповки поковок удлиненной формы; третий - для штамповки поковок, требующих перемещения металла по радиусу с периодическим воздействием на среднюю часть поковки, и четвертый - для штамповки поковок с радиальными ребрами (конические зуб­ чатые колеса и т. п.) по кривым с переменным радиусом.

Прессы с подобным приводом РГ изготовляют во многих странах.

11.3. Гидравлический пресс с орбитально-вращающейся раскатной головкой

Конструктивная схема такого пресса представлена на рис. 11.7. Позицией 5 здесь обозначена верхняя часть станины 10, на которой компонуют привод РГ.

324

г л ава 11. Прессы с вращающимся инструментом

Рис. 11.7. Схема гидравлического пресса с орби- тально-вращающейся РГ

Привод может быть выполнен по схемам, представленным на рис. 11.3 и 11.6. В обоих случаях привод РГ электромеханический маховичный, однако в первом случае он обладает повышенной жесткостью, а во втором - широкими техноло­ гическими возможностями.

Главным исполнительным органом пресса является плунжер 5, размещен­ ный в гидравлическом цилиндре 77. На плите верхнего торца плунжера установ­ лена матрица 2.

Как известно, в кривошипном прессе крайнее верхнее и крайнее нижнее по­ ложения (соответственно КВП и КНП) автоматически предопределены движени­ ем кривошипно-ползунного механизма. В гидравлическом прессе необходимо ограничение движения плунжера для достижения предписанных КВП и КНП. Их роль выполняют при ходе вверх размерное кольцо 5, вниз - дно цилиндра. Кольцо 3

325

Раздел IL ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

ееповерхности.

Вточке b на циклограмме полость А соединяется со сливом, а в полости В и надпоршневую через С поступает жидкость высокого давления, которая давит на кольцевую площадь. Плунжер тотчас идет вниз, но поршень 12 удерживается до тех пор, пока полость С не будет соединена со сливом и не откроется доступ жид­ кости в подпоршневое пространство. Поршень и его шток-толкатель 1 начинают двигаться вверх. Одновременно возрастает сила, действующая на дно цилиндри­ ческой поверхности плунжера, которая ускоряет его движение вниз до КПП.

По окончании холостого пробега толкатель 1 достигает нижнего торца вы­ талкивателя 9 и извлекает поковку из полости матрицы 2. После упора выталки­ вателя в бурт матрицы толкатель останавливается в точке, соответствующей с^ (см. рис. 11.8). Во время выстоя толкателя под действием жидкости высокого давления (полость В) поковка удаляется из межштампового пространства. В мо­ мент времени, соответствующий точке d^, полость С соединяется с напорной магистралью, а А - со сливом: поршень и толкатель движутся вниз до КПП тол­ кателя (точка е^ на циклограмме).

После этого срабатывает реле времени, соединяя полость А с жидкостью высокого давления. Выстаивание плунжера в КИП прекращается, и он уско­ ренно поднимается вверх. По физико-механическим причинам деформирова­ ние поковки должно совершаться с пониженной скоростью. Вновь срабатывает реле времени и в напорной магистрали уменьшается подача жидкости высоко­ го давления на период движения плунжера от точки е до а на циклограмме. Поршень, опущенный на дно цилиндра, выстаивает в КПП толкателя в тече­ ние времени е^-а^- Ь^.

Согласно циклограмме (см. рис. 11.8), РГ не перемещается по высоте пресса, а лишь совершает орбитальное вращение в течение всего технологического цикла. Если, как в приводе РГ на рис. 11.6, ее вращением можно управлять, то при вы-

326

г л ава 11. Прессы с вращающимся инструментом

ключении муфты в точке b (см. рис. 11.8) вращение РГ прекращается, а после включения ее с опережением по времени точки е вновь начинает вращаться.

Заводы-изготовители применяют гидравлические приводы различных кон­ струкций. Обязательным условием является соблюдение порядка движения ис­ полнительных органов в последовательности, показанной на рис. 11.8. Иногда конструкторы изменяют значения некоторых параметров, достигая положитель­ ного эффекта. Например, у прессов фирмы «Массей» выше скорость холостого хода плунжера, что позволяет повысить производительность. Размеры поковок, изготовленные на прессах ВНИИТмаша, больше, но при этом возрастает мощ­ ность привода. У прессов фирмы «Шмид» меньше угол у, а значит, лучше качест­ во поверхности поковок, меньше мощность привода, но больше продолжитель­ ность технологического цикла. Сравнительная характеристика гидравлических приводов различных конструкций приведена ниже:

11.4. Прессы с соосно-вращающимся штамподержателем

Кривошипный пресс вертикальпого типа. Стол станины этого пресса (рис. 11.9) с установленным нижним штампом неподвижный. Верхний штамп размещен в штамподержателе и вместе с ним вращается вокруг своей оси, сов­ падающей с осью пресса, т. е. они соосны.

Привод пресса электромеханический маховичный с управляемой муфтой включения и тормозом, выполненный по типу одноступенчатого привода (см. рис. 5.4, а). При включении муфты начинают вращение главный вал 6 и его кривошипы, устроенные в виде центрального 5 и двух боковых 7 эксцентриков. Назначение центрального - возвратно-поступательное перемещение штамподержателя 7, боковых - такое же движение дополнительного ползуна 2. Глав­ ный вал не коленчатый, а эксцентриковый для обеспечения его жесткости и повышения точности штампуемых поковок. Для вращательного движения штамподержателя предназначена винтовая пара: гайка, встроенная в ползун 2, и винт 3, сочлененный с главным шатуном 4. Винт имеет трехили четырехзаходную несамотормозящуюся резьбу с углом подъема 10°.

327

Раздел II. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРЕССЫ

Винт Гайка

Рис. 11.9. Кривошипный пресс с вращающимся штамподержателем

Согласно приведенной на рис. 11.9 схеме, раскручивание штамподержателя может происходить только в случае, если ползун с гайкой опережают движение винта. Следовательно, линейная скорость ползуна с гайкой v^^ должна быть больше, чем с винтом Vg^^^. Поскольку все три кривошипа-эксцентрика размещены на общем главном валу и вращаются с единой угловой скоростью, то условие v^,,^ > Vg^^^ может быть достигнуто сдвигом положения боковых ползунов на угол (3.

Обозначим угловое отклонение центрального кривошипа от КПП через а, а боковых кривошипов - через aj = а + р. При угловой скорости главного вала COQ, радиусе кривошипов R, отношениях X^^=R/L^^ и ^вин " ^/^вин' тае L^ и 1^^^ - соответственно длины главного и боковых шатунов, получаем

328

Глава 11. Прессы с вращающимся инструментом

Можно принять, что ?1вин ~ ^гк ^ ^ ^ 0?140...0Д75. Для выполнения условия раскручивания скорость ползуна с гайкой относительно ползуна с винтом долж­ на быть подчинена условию

VBHH > 0 ;

СОоЛ (sinaj -sina)+—(sin2ai -sin2a) >0.

Примерно от угла поворота центрального кривошипа а > 70° относительная скорость Vj,^_gj^H возрастает от очень небольшого значения до наибольшего к кон­ цу рабочего хода в КИП при а = 0. Тогда получаем

COoi? sinB +—sin2B 2

На рис. 11.10 видно, что с увеличением угла сдвига (3 значительно возраста­

ет V

^гк-вин

Из теории резьбовых соединений известно, что при заданном шаге резьбы /г, угловая скорость ползуна с винтом

Очевидно, что скорость сОвин достигает наибольшего значения также в кон­ це хода.

При конструировании пресса необходимо знать не общую зависимость

329