Живов_Кузнечно-штамповочное оборудование

Раздел IV. МОЛОТЫ

частей, но и строгая фиксация направляющих относительно оси молота, обеспе­ чивающая совпадение осей верхнего и нижнего штампов.

Ковкой изготовляют поковки простой конфигурации, поэтому различного рода поднутрения и уступы сглаживают напусками. При объемной штамповке стремятся достичь максимального приближения формы поковки к изделию, благодаря чему она довольно сложная - с ребрами, полостями и т. п. Кроме того, нужно удалить излишек металла в канавку для заусенца (облоя). Поэтому при штамповке необхо­ димо, чтобы удар был как можно жестче: только в этом случае силы, требующиеся для деформации металла, обеспечивают отчетливое заполнение полости оконча­ тельного ручья. Как показал опыт эксплуатации, такие условия достигаются, если отношение масс шабота и падающих частей не менее 20...25, причем шабот и па­ дающие части обладают большой конструктивной жесткостью.

Таким образом, у штамповочных молотов шабот должен быть большим, а просвет между стойками малым, и, следовательно, стойки могут крепиться непосредственно на шаботе, образуя замкнутую раму станины с хорошей фиксацией и направлением для падающих частей. У ковочных молотов закрепить стойки на шаботе не пред­ ставляется возможным, так как при уменьшенной массе и большом расстоянии между стойками шабот превратится в плиту и вследствие сниженной конструктив­ ной жесткости не сможет выполнить свою функцию - воспринять удар.

Особенности технологии находят отражение и в циклах движения падаю­ щих частей. Штамповочный молот, например, должен быть устроен так, чтобы в любой момент можно было нанести полный единичный удар с максимальной энергией, а ковочный молот чаще всего работает последовательными ходами с неполной энергией. Кроме того, в состав бригады любого ковочного молота входит машинист, управляющий парораспределением по сигналам бригадира. На штамповочном же молоте не требуется руководства технологическим про­ цессом и кузнец сам управляет работой молота. Это приводит к определенным различиям в системах управления ковочным и штамповочным молотами.

Эксплуатационные требования к конструкции молотов обусловлены надеж­ ностью, долговечностью и удобством обслуживания. Производственный опыт сви­ детельствует о необходимости внесения множества изменений в конструкции уз­ лов и деталей в связи с различными требованиями. Например, крепление стоек штамповочного молота к шаботу подпружиненными шпильками с наклонной осью вместо вертикальной; использование паровоздушного предохранителя вмес­ то пружинного; глухое конусное крепление штока к бабе; отказ от шпилек, стяги­ вающих стойки штамповочного молота снизу, и др.

Аналогичным образом создана конструкция листоштамповочного молота (рис. 16.3), характеризующаяся прежде всего большими размерами штампового пространства в плане. В связи с меньшими при листовой штамповке силами де­ формирования (по сравнению с объемной штамповкой) нет необходимости на­ несения жестких ударов, поэтому принята значительно меньшая кратность массы шабота по отношению падающих частей с учетом верхнего штампа (5...7). Наконец, большая общая масса падающих частей позволяет достичь требуемой энергии удара при малых начальных скоростях (< 3 м/с).

370

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Рис. 16.3. Схема листоштамповочного молота {1 ~8 см. на рис. 16.1)

Конструктивное многообразие паровоздушных молотов является отличи­ тельным признаком машин, выпускаемых различными заводами и фирмами. Проведенный анализ позволил установить, что типовое исполнение деталей, узлов и механизмов обосновано положительными результатами многолетнего опыта эксплуатации. Рассмотрим подробнее типовые конструкции узлов и ме­ ханизмов широко распространенных в промышленности ковочных и штампо­ вочных молотов.

371

Раздел IV, МОЛОТЫ

16.3. Станины

Ковочные молоты выпускают с двухстоечной станиной арочного или мосто­ вого типа. В узел станины арочного типа ковочного молота (рис. 16.4, а) в ка­ честве базовых деталей входят левая 2 и правая 8 стойки с регулируемыми направляющими планками 3. Замыкание рамы станины может осуществляться разными способами. В конструкции, изображенной на рис. 16.4, а, стойки уста­ новлены на левую / и правую 10 фундаментные плиты, стянутые тягами 9, Сверху располагается подцилиндровая плита 4, поперечные пазы которой так же, как и распорные трубы 6 со стяжными шпильками, фиксируют положение стоек вдоль фронта. Поперечная их фиксация обеспечивается шпонками 7. Узел рабочего ци­ линдра монтируют на подцилиндровой плите и крепят к стойкам шпильками 5.

Стойки современных ковочных молотов изготовляют из стального литья и обычно со скругленным коробчатым сечением.

Для ковки поковок больших размеров арочная конструкция станины стано­ вится нетехнологичной (например, для молота с МПЧ 3150 кг просвет увеличи­ вается с 2700 до 4000 мм). В этом случае применяют мостовую станину (рис. 16.4, б) - клепаную металлоконструкцию 4 коробчатого сечения, устанав­ ливаемую на двух круглых стойках-колоннах 5, согнутых из листа и сваренных по шву. Крепление моста 4 к стойкам, а последних - к фундаментным плитам 7 осуществляют болтами; плиты скреплены тягами 6. Сверху на мост устанавли­ вают стальные литые кронштейны 2, на которых расположен рабочий цилиндр 7; снизу в проеме закреплены левая и правая направляющие 3.

Конструкция типовой двухстоечной станины паровоздушного штамповоч­ ного молота показана на рис. 16.5. Стойки штамповочных молотов работают в очень тяжелых условиях импульсного нагружения. По отношению к оси молота сила часто приложена эксцентрично. В результате происходит их сдвиг вдоль и поперек фронта шабота, сопровождающийся изгибом в двух плоскостях. Снача­ ла стойки отрываются от шабота, а затем резко садятся на свое место. Поэтому крепление должно допускать подвижность стоек при ударе и их последующую точную посадку на прежнее место, а также предусматривать компенсацию изно­ са сопряженных поверхностей.

Правую 6 и левую 4 стойки устанавливают на шаботе 5, боковые приливы А которого фиксируют их положение по фронту. Поперечное сочленение стоек с шаботом производится в обхват при помощи переднего и заднего нижних при­ ливов Б у стоек. К шаботу каждую стойку крепят двумя передними и двумя зад­ ними подпружиненными шпильками 7. Ось шпилек наклонена под углом 10...12° к вертикали. Назначение пружин двоякое: при отрыве стоек они выпол­ няют роль амортизаторов, растягивая ударный импульс во времени и уменьшая тем самым воздействующую на шпильки силу; при посадке горизонтальная со­ ставляющая силы сжатой пружины прижимает стойку к приливу шабота, фик­ сируя ее правильное положение.

372

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Рис. 16.4. Станины арочного {а) и мостового (б) типов ковочного молота

373

Раздел IV. МОЛОТЫ

Функции компенсаторов износа сопряженных вертикальных плоскостей стоек и шабота выполняют два продольных и два поперечных клина. Первые два забивают с фронтальной стороны молота между передними приливами Б стоек и шаботом, а вторые - в зазор между боковыми поперечными плоскостями при­ ливов А и Б этих деталей. Уклон продольных клиньев составляет 1/16, попереч­ ных - 1/24. Для надежности каждый из клиньев контрят шпонкой с зубцами, установленной в пазу станины 6 (шабота 8),

Продольную фиксацию стоек обеспечивают подцилиндровой плитой 5, укла­ дывая ее пазами на шпоночные выступы стоек. В зазоры пазов вставляют планки, а для вертикального соединения используют четыре пары подпружиненных бол­ тов, стягивающих верхние приливы стоек, подцилиндровую плиту и плиту рабоче­ го цилиндра. Для поперечной фиксации используют шпонки.

Горизонтальное перемещение регулируемой направляющей планки 1 для уменьшения или увеличения зазора между нею и бабой осуществляют клином 2. Для подъема или опускания клина служат гайка и болт, квадратную головку кото­ рого располагают в пазу клина. К стойке направляющая планка прижата подпру­ жиненными шпильками 3, Точно такое же устройство направляющих применяют и в ковочных молотах.

Рис. 16.5. Конструкция типовой двухстоечной станины паровоздушного штампо­ вочного молота

374

г л ава 16. Типовые KOHcmpyKijuu паровоздушных молотов

Стойки штамповочных молотов изготовляют из стального литья. Отливку отжигают, а места контакта с шаботом и подцилиндровой плитой подвергают газопламенной поверхностной закалке. Благоприятное влияние на контактную прочность в указанных местах оказывает хорошая смазка. Прочность стоек обеспечивают приданием ей коробчатого или двутаврового сечения в горизон­ тальной плоскости и трапецеидального с ребрами жесткости - в вертикальной.

16.4. Шабот

Шабот - это массивный цельный блок при массе менее 100... 120 т или со­ ставной блок из трех-четырех деталей при большей массе. Шаботы ковочных молотов отливают из чугуна СЧ 21. Для снижения стоимости крупных штампо­ вочных молотов из стального литья изготовляют обычно только верхнюю часть составного шабота, остальные плиты отливают из чугуна. Шаботы мелких и средних штамповочных молотов делают целиком из стального литья.

Конструкция шаботов ковочных молотов ступенчатая (см. рис. 16.1): сверху суженная в размер подбойковой плиты, что облегчает манипулирование инст­ рументом при выполнении таких операций, как рубка, прошивка и т. п.; книзу - уширенная для уменьшения давления на подшаботную прокладку.

Шаботы штамповочных молотов делают прямыми (см. рис. 16.2) или в фор­ ме усеченной книзу пирамиды. В составных шаботах для центровки предусмат­ риваются продольные пазы и шпоночные выступы. Соединяют отдельные части такого шабота шпильками, утопленными в его вертикальных пазах.

Конструкторы некоторых фирм рекомендуют устраивать посредине опор­ ных плоскостей шабота для стоек полости с канализационным выходом на боко­ вую поверхность. При отскоке стоек в зазор (область пониженного давления) устремляется воздух и сдувает окалину наружу через эти отверстия, что способ­ ствует уменьшению износа контактных поверхностей.

Для транспортировки шабот снабжают несколькими парами расчалочных штырей, отлитых заодно с ним, или глухими цилиндрическими полостями, куда заводят монтажные приспособления.

16.5. Рабочий цилиндр с предохранительным устройством

Рабочий цилиндр - составная часть привода паровоздушного молота. В его ци­ линдрической полости происходит преобразование энергии пара и сжатого воздуха

вкинетическую энергию движущегося поршня и всего узла падающих частей.

Кузлу собственно рабочего цилиндра (рис. 16.6) относятся: его корпус 3, втул­ ка 4, отъемное днище 7, предохранительное и уплотнительное устройства. В корпусе рабочего цилиндра размещаются также поршень 10, штоки 5, 9 и детали паро­ распределения и управления молотом.

375

Раздел IV. МОЛОТЫ

Рис. 16.6. Схема узла рабочего цилиндра паровоздушного молота

376

г л ава 16. Типовые конструкции паровоздушных молотов

Корпуса молотов бывают двух типов: отлитые заодно с золотниковой короб­ кой и без нее. Корпуса первого типа сейчас унифицированы для ковочных и штамповочных молотов, второго - иногда встречаются у ковочных молотов. Устойчивость корпуса обеспечена боковыми ребрами и несколькими парами про­ дольных косынок (иногда их выполняют также в виде ребер жесткости по всей длине цилиндра). Изготовляют корпуса рабочих цилиндров из стального литья.

Известно, что контактный износ зависит от скорости относительного пере­ мещения сопряженных поверхностей. Поскольку скорость поршня неравномер­ на по длине рабочего цилиндра, то неодинаков по его длине и износ - в цен­ тральной части выработка сильнее. Чтобы компенсировать износ, искажающий форму рабочей полости, вследствие чего возрастают утечки энергоносителя, ре­ комендуется устанавливать в цилиндре втулку из чугуна СЧ 21 или (лучше) из хромоникелевого чугуна. Плотность посадки втулки достигается в результате предварительного подогрева цилиндра.

А.И. Зимин указывает, что толщина стенки корпуса цилиндра, рассчитанная исходя из давления пара или воздуха, слишком мала. Поэтому ее принимают конструктивно около 0,1 £), где D - внутренний диаметр цилиндра, а толщину стенок втулки - 0,05 Д но не менее 20 мм. Такие размеры обеспечивают необ­ ходимое число переточек при ремонте.

При наличии в цехе большого количества молотов всегда возможны перепа­ ды давления в магистралях пара или воздуха. Даже опытным наладчикам не сразу удается отрегулировать положение органов парораспределения. Вследствие оши­ бок при управлении молотом поршень может получить непредвиденное ускоре­

377

Раздел IV. МОЛОТЫ

устройство в виде манжет 2 (рис. 16.7) шевронного сечения из асбестовой ткани АТ2 или АТ4, пропитанной теплостойким клеем. При сборке устанавливают 5-8 манжет, фиксируя их кольцами 1 и 3 из бронзы или антифрикционного чугуна. Нижнее кольцо 3 поджимают разрезной втулкой 4.

16.6. Падающие части

Номинальная МПЧ - главный размерный параметр - складывается из масс поршня, штока, бабы. Верхний боек, или штамп, не является деталью молота, рег­ ламентация его массы необходима для того, чтобы предупредить при эксплуата­ ции утяжеление падающих частей сверх меры, приводящее к значительному из­ менению параметров молота. Так, ГОСТ 9752 на ковочные молоты допускает превышение номинала всего на 5 %. По ГОСТ 7024 на штамповочные молоты до­ пускается увеличение фактической МПЧ относительно номинальной не более чем на 15 % без учета массы верхнего штампа. Масса же верхнего штампа не должна превышать 30 % от номинальной МПЧ.

Типовой узел падающих частей (рис. 16.8) состоит из раздельно выполнен­ ных поршня 2, штока 5, бабы 6 и более мелких соединительных деталей.

Длительный опыт эксплуатации штамповочных молотов показал целесооб­ разность заклиненного конусного крепления поршня на штоке и штока в бабе. Прочность такого крепления обеспечивается достаточными нормальными на­ пряжениями на поверхности контакта и соответствующим углом конусности а сопряжений (а= 1,25...2,30°). В результате значительные касательные силы, дей­

378

Глава 16, Типовые конструкции паровоздушных молотов

шток из бабы тогда трудно. Для предупреждения этого между штоком и стака­ ном кладут латунные или медные прокладки 4 толщиной 1 ...2 мм.

Для унификации у ковочных и штамповочных молотов применяют одинако­ вую конструкцию узла падаюш.их частей.

Поршни молотов изготовляют коваными из стали 45 или 40ХН. Диаметр поршня в зависимости от его размера на 0,7...3 мм меньше внутреннего диаметра втулки рабочего цилиндра. Зазор необходим из-за различной степени теплового расширения сопрягающихся деталей. Для уплотнения служат разрезные кольца 7 из стали 20 или 30, устанавливаемые в 2-4 канавки поршня. Замок кольца обычно косой и плоский, реже - ступенчатый с лучшей герметизацией, но более трудный в изготовлении. Зазор в канавке между поршнем и кольцом должен быть таким, чтобы при монтаже обеспечить посадку поршня в рабочий цилиндр.

Бабы молотов с МПЧ до 5000 кг выполняют коваными, а при большей МПЧ - литыми из стали 45, 35Х, 40ХН или даже 40ХНА в зависимости от условий рабо­ ты молота.

Шток элементарен по форме, но условия его работы чрезвычайно сложны, а поломка - частое явление в кузнечных цехах. Почти все исследователи указы­ вают, что штоки ломаются заподлицо с бабой или в ее конусе. Это обусловливается характером напряженного состояния металла штока в месте поломок: продольными напряжениями от действия массовых сил при резком торможении падающих час­ тей, напряжениями изгиба вследствие разворота бабы при эксцентричном ударе

ипостоянно действующими поперечными напряжениями сжатия от посадки што­ ка с натягом. При осмотре места излома обнаруживается усталостный характер разрушения: внешняя кольцевая темная поверхность свидетельствует о появлении поперечной усталостной трещины, а блестящая шероховатая внутренняя часть - об остаточном межкристаллическом изломе. Факторы, определяющие прочность

истойкость штока, можно разделить на две категории: свойства металла, из кото­ рого изготовлен шток, и условия нагружения штока.

Чем выше способность металла сопротивляться динамическим нагрузкам, тем дольше служит шток. Поэтому наиболее желательно изготавливать его из хромоникелемолибденовой стали, например ХНЗМ или 40ХНМА. Однако мо­ либден дефицитен, и приходится использовать стали хромоникелевого класса (ЗОХНЗА, 40ХН, 18ХНВА и т. п.). При облегченных условиях штамповки можно применять даже сталь 45 и, наоборот, при ковке высоколегированных сталей с жестким ударом шток даже ковочного молота должен быть изготовлен из высо­ кокачественного металла.

Стойкость штока будет в десятки раз ниже, если заготовка имеет металлур­ гические дефекты, вроде флокенов, расслоений, пор и т. п. Штоки из такого ме­ талла ломаются в любом месте по его длине.

Важно обеспечить хорошую термообработку штока. Перед обдиркой заготов­ ка должна пройти нормализацию с отпуском до твердости 260 НЕ. При оконча­ тельной термообработке две трети длины штока от конца, загоняемого в бабу,

379