Безоблойная штамповка

При безоблойной штамповке на молотах для более удобного извлечения поковки из штампа выступающую часть ручья располагают в нижней половине штампа, а глубокую полость — в верхней. Центрирующим замком штампа служит боковая поверхность выступающей части нижнего штампа в сочетании с боковой поверхностью выточки верхней части штампа.

Молотовой штамп для безоблойной штамповки

1 — нижняя часть; 2 — верхняя часть

Способ безоблойной штамповки является экономичным и прогрессивным. Он позволяет получить точную поковку с минимальной последующей обработкой резанием. При безоблойной штамповке окончательный штамповочный ручей представляет собой замкнутую полость и поэтому объем исходной заготовки должен отличаться от объема готовой поковки лишь на величину угара металла. Уменьшение коэффициента расхода металла является основным преимуществом данного техпроцесса. Также при безоблойной штамповке достигается повышение механических свойств поковки, происходящее благодаря отсутствию перерезанных волокон (нет обрезки облоя) и лучшему расположению волокон относительно возникающих при работе деталей рабочих усилий. Отмечается повышение механических свойств поковки из-за наличия наиболее благоприятной для деформирования металла схемы напряженного состояния.

Однако, несмотря на большую эффективность, способ безоблойной штамповки долгое время не мог быть внедрен в широкое промышленное применение. Это объяснялось недостаточным техническим уровнем штамповочного производства, отсутствием специализированного оборудования, отсутствием как эмпирических, так и теоретически обоснованных формул для расчета температурных и силовых режимов безоблойной штамповки по переходам и т.п. Так, например, попытки продолжить процесс штамповки в случае наличия в заготовке избытка металла приводили к поломке инструмента или к выходу из строя отдельных узлов и механизмов штамповочного оборудования. В то же время получение заготовок равных объемов с поковкой считалось наиболее трудным и практически не осуществимым. Не удавалось эффективно решать вопросы, связанные с необходимостью безокислительного нагрева заготовок, с достижением точного центрирования заготовки при установке в штамповом ручье.

Для безоблойной штамповки поковок с глубокими внутренними полостями применяются штампы с выталкивателями.

При безоблойной штамповке создаётся напряжённое состояние, близкое к неравномерному всестороннему сжатию, благодаря чему металл деформируется при относительно невысоких растягивающих напряжениях, что важно для малопластичных материалов, например жаропрочных сплавов.

Преимущества безоблойной штамповки в закрытых штампах:

• экономия металла на 10—50% за счет исключения облоя и повышения точности формы и размера заготовок;
• уменьшение технологического усилия на 20—40% за счет исключения облоя;
• повышение производительности штамповки на 20—50%;
• уменьшение затрат на нагрев;
• сокращение трудоемкости последующей механической обработки заготовок на 10—40% за счет повышения точности их формы и размеров (что наиболее важно в настоящее время);
• увеличение прочности и надежности изделий, улучшение внешнего вида.

Рисунок 1 – Классификация фундаментов молотов

Шаботные фундаменты разделяются на жесткие и виброизолированные. Жесткие фундаменты выполняются сплошными, раздельными и ленточными, предназначенными для нескольких молотов. Смещение шабота молота, установленного на жесткий фундамент, во время нагрузочного этапа удара вызывает упругую деформацию подшаботной прокладки и грунта под фундаментом. Во время последующего разгрузочного этапа потенциальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую. Возникают колебания фундамента. Упругие волны распространяются в грунте, вызывая его неравномерное уплотнение, вибрации строительных сооружений и оборудования.

Виброизолированные фундаменты выполняются подвесными, опорными и подвижными. Виброизолированные фундаменты значительно снижают вибрации. В их конструкции массивный железобетонный блок или непосредственно шабот изолирован.

Качество фундамента влияет на работоспособность молота, на состояние и работу другого оборудования, расположенного поблизости, а также непосредственно на персонал, находящийся вблизи работающего молота.

Конструкции фундаментов

Опорные фундаменты. Такие фундаменты применяют для бесшаботных молотов. Они представляют собой железобетонную массу в форме прямоуголь-ного параллелепипеда, залитую в глубокую яму. В фундаменте предусматривают отверстия для анкерных болтов, с помощью которых крепят стойки станины молота. Если грунт в месте закладки фундамента слабый (песчаный, водянистый и т.д.), то его укрепляют более прочным материалом или забивают железобетон-ные сваи.

Шаботные жесткие фундаменты. Для ковочных одностоечных и двухстоечных молотов применяют жесткие шаботные сплошные фундаменты под стойки станины и шабот. Под шабот и фундаментные плиты, на которые устанавливают стойки станины, укладывают прокладки из строганных брусьев сухой древесины твердых пород (дуба, бука) или тонкие прокладки из транспортерной тканевой прорезиненной ленты. Чтобы предохранить шабот от смещения, по прокладке между ним и стенками фундамента также помещают брусья из древесины твердой породы.

Жесткий шаботный фундамент под пневматический ковочный молот представляет собой сплошной бетонный блок с углублением, предназначенным для установки шабота. Чтобы предотвратить разрушение массива фундамента от ударов бабы молота, фундамент армирован в продольном и поперечном направлениях двумя-тремя сетками из стальных прутьев диаметром 8-10 мм с квадратными ячейками (сторона квадрата 15-20 см). Между шаботом и фундаментом предусматривают деревянную прокладку.

Жесткие шаботные фундаменты штамповочных паровоздушных молотов выполняют в виде цельных бетонных массивов, армированных стальной арматурой. Находят применение сдвоенные и ленточные фундаменты для установки двух или нескольких расположенных рядом легких паровоздушных, гидравлических, а также электромеханических молотов с доской, ремнем, канатом и цепью.

На фундамент под шабот настилают амортизирующую деревянную подушку, состоящую из трех рядов дубовых брусьев. В верхнем и нижнем рядах брусья расположены в продольном, а в среднем – в поперечном направлениях. Брусья каждого ряда стянуты стальными болтами. Общая толщина амортизирующей подушки от 0,4-0,6 м для легких и до 1,5-1,8 м для тяжелых молотов с массой рабочих частей 16000-25000 кг.

Основным недостатком деревянных амортизирующих подушек является сравнительно, малый срок их службы (3-5 лет). Вместо деревянных подушек можно применять прокладки толщиной 10-80 мм из прорезиненной ткани. Допускаемое давление на прорезиненную ткань в 3 раза больше давления на дубовую подушку.

Шаботные виброизолированные фундаменты. Опорные и подвесные виброизолированные фундаменты предназначены для снижения ударного воздействия на грунт и демпфирования упругих волн. В виброизолированных фундаментах с изолированным инерционным блоком применяют амортизаторы и виброгасители 2, устанавливаемые в опорном варианте под железобетонным инерционным блоком фундамента 3 и опирающиеся на железобетонный короб 1 (рисунок 2), а в подвесном варианте – на концах подвесных тяг.

Рисунок 2 – Виброизолированный фундамент с инерционным блоком

В качестве амортизаторов применяют жесткие кольцевые и тарельчатые пружины, а также резину. Для рассеивания энергии (демпфирования) вибраций применяют виброгасители из резины (динамический модуль упругости Ед=11÷11,5МПа), обладающей большим внутренним трением (коэффициент неупругого сопротивления 0,23).

Фундаменты с изоляцией инерционного блока сложны в изготовлении, в опорных конструкциях затруднено обслуживание упругих и демпфирующих элементов, работа системы виброизоляции нарушается с проникновением грунтовых вод.

Подшаботная виброизоляция (опорная и подвесная) проще в изготовлении. Имеется возможность применять пакеты листовых рессор (рисунок 3), обладающих хорошими демпфирующими свойствами. Шабот 1 опирается на две балки 2 двутаврового сечения, которые подвешены на тягах 3 с гайками 4 и замками 5 на концах. Рессоры концами вставлены в пазы опорных плит 6, приваренных к подкладкам 7, которые залиты в тумбах фундамента. Шабот молота закреплен на балках 2 с помощью шпонок. Рессоры расположены под настилом пола и доступны для обслуживания.

Рисунок 3 – Виброизолированный фундамент

Виброизолированные фундаменты хорошо зарекомендовали себя в отечественной промышленности для молотов с мпч=1÷5 т. Для крупных штамповочных молотов рекомендуются опорные пружинно-рессорные системы виброизоляции, а также пневматические или гидравлические виброгасящие устройства, которые, будучи связанными с педалью управления, приподнимают весь молот вместе с железобетонным блоком фундамента навстречу подвижным частям. При этом происходит гашение удара внутри системы, так же, как у бесшаботных молотов.

Паровоздушный молот. Принцип действия. Классификация.
Фундаменты молотов. Конструкции фундаментов.

Молот штамповочный паровоздушный

а – общий вид; б – подвижные части; в – цилиндр молота; г – станина

Сечение стоек переменное, уменьшающееся кверху. Чтобы предотвратить сбрасывание стоек с шабота, стойки имеют приливы, охватывающие шабот. Для монтажного перемещения стоек в двух горизонтальных направлениях и для компенсации износа применяют клинья: продольные с уклоном 1÷16 и попе-речные с уклоном 1÷24. Эти клинья удерживают стойки от продольного и поперечного смещения на шаботе во время удара; сверху шпоночные выступы стоек входят в пазы подцилиндровой плиты.

Для устойчивости арочной станины ковочного молота применяют дополнительные горизонтальные стяжные болты 12 между стойками 6 и 7 (см. рисунок). Применение аналогичных стяжных болтов в станинах штамповочных молотов оказалось бесполезным, и в современных конструкциях они не применяются. Однако подцилиндровая плита 27 (см. рисунок, г) снабжена замками, выполняющими ту же функцию, что и стяжные болты.

Стойки станин штамповочных молотов 26 и 30 (см. рисунок, г) изготовляют литыми из стали (содержание углерода 0,3-0,4%), а стойки станин ковочных молотов – литыми из чугуна и из стали.

В шаботе 4 (рисунок, г) штамповочного молота с помощью клина 21 крепят штамподержатель 22, одна боковая сторона которого имеет угол 160°, входящий в соответствующее углубление шабота. Это способствует надежному удержанию штамподержателя от сдвига во время работы молота. Шаботы штамповочных молотов изготовляют литьем из качественной стали. Масса шаботов штамповочных молотов равна 20-25-кратной массе подвижных частей. Шаботы молотов с массой подвижных частей до 6 т изготовляют цельными, а свыше 6 т – составными. Шабот устанавливают на подушках из дерева твердых пород (дуба, бука) или на прокладках из прорезиненной транспортерной ленты. С фундаментом он ничем не скреплен.

Типовая конструкция паровоздушного ковочного молота с двухстоечной станиной показана на рисунке, а. Основными узлами молота являются станина 1, цилиндр 2, подвижные части 3, шабот 4, система управления 5 и система смазки.

Станину молота образуют две стойки: правая 6 и левая 7, связанные подцилиндровой плитой 8. Внизу стойки прикреплены болтами 9 к фундаментным плитам 10, которые стянуты двумя тягами 11. В средней части, где крепят направляющие бабы 13, стойки соединены между собой дополнительными стяжками 12, что увеличивает жесткость станины в поперечном направлении. Регулировка направляющих осуществляется с помощью клиньев 14, регулировочных болтов 15 и гаек 16.

Молот штамповочный паровоздушный
Паровоздушный молот. Принцип действия. Классификация.

К подвижным частям молота (рисунок, б) относятся баба 3, втулка 18, шток 19, поршень 20 с поршневыми кольцами 21, верхний боек 22, шпонка 23 и клин 25. Конусное соединение штока и бабы осуществляется с помощью разрезной втулки 18 и латунной или медной прокладки 24.

Шток молота изготовляют из высококачественной хромистой, хромоникелевой или углеродистой стали и подвергают термической обработке. Соединение штока с поршнем осуществляется конусной посадкой с последующей расклепкой штока; крепление верхнего бойка – с помощью клина 25 и шпонки 23.

Паровоздушный ковочный молот

а – общий вид; б – подвижные части; в – цилиндр молота

Главным рабочим узлом молота является цилиндр 2 (рисунок, в). Внутри него находится поршень 20 со штоком 19. Сверху цилиндра установлен паровоздушный предохранительный цилиндр 26 с поршнем 27; этот цилиндр предохраняет крышку от возможных жестких ударов поршня 20 (труба 28 присоединяется к магистрали пара или воздуха). В цилиндр запрессована втулка 29 из термически обработанного чугуна. При ее износе ее заменяют на новую. В приливе цилиндра расположена парораспределительная коробка, в которой смонтированы золотник 30 и дроссель 31.

Фундаменты молотов. Конструкции фундаментов.

В патрубках парораспределительной коробки с помощью нажимных фланцев смонтированы подводящая 32 и выпускная 33 трубы.

Движение подвижных частей осуществляется под действием пара или сжатого воздуха на поршень. Поступая по каналу I (рисунок, в), пар действует на поршень сверху, заставляя подвижные части двигаться ускоренно и развивать кинетическую энергию, большую чем энергия свободного падения. Из нижней полости цилиндра пар по каналу II выходит в выпускную трубу.

Если свежий пар подается в нижнюю полость цилиндра, то он, действуя на кольцевую площадь поршня, поднимает подвижные части вверх.

Для уменьшения утечек пара или воздуха предусмотрены регулируемые сальниковые уплотнения 34. Уплотнительным материалом служит асбестовая плетеная набивка. В последнее время вместо набивки применяют манжетные уплотнения, что повышает надежность и увеличивает срок службы этого узла.

Конденсат, образующийся в цилиндре при работе молота, стекает в выхлопную трубу.
Шабот 4 молота представляет собой массивную с плавными переходами отливку из чугуна или стали, масса которой в 15 раз больше массы подвижных частей. В шаботе (рисунок, а) посредством клина и сухаря крепится подушка, в которой с помощью клина и шпонки закреплен нижний боек. Для удобства транспортировки шабот снабжен специальными приливами.

Управление ковочными молотами – ручное с автоматической отсечкой впуска и выпуска пара или воздуха. Автоматическая отсечка достигается воздействием специального саблеобразного рычага 17 (рисунок, а) на золотник через систему рычагов при скольжении сабли по наклонной плоскости бабы. Паровоздухо-распределительное устройство ковочного молота включает цилиндрический золотник и дроссель, управление которыми осуществляется рычагами через систему тяг. В молотах применяется комбинированная система смазки: централизованная от индивидуального насоса с электродвигателем для смазки цилиндра, золотника и дросселя и индивидуальная для смазки шарнирных соединений в системе рычагов управления и направляющих бабы. Насос с электродвигателем установлены на специальной стойке рядом с молотом.

Молоты устанавливают на железобетонных фундаментах. Глубина заложения фундамента, площадь подошвы и необходимость армирования фундамента устанавливают в зависимости от качества грунта, уровня грунтовых вод, близости расположения другого оборудования, для которого нежелательны сотрясения, и других факторов.

Прокладки под шабот и фундаментные плиты изготовляют из строганных брусьев сухой древесины твердых пород (дуба, бука). Для предохранения шабота ковочных молотов от смещения по прокладке между шаботом и стенками фундамента прокладывают брусья из древесины твердых пород. Молот крепят к фундаменту анкерными болтами.

Ковочные паровоздушные молоты двойного действия предназначены для изготовления поковок свободной ковкой, а также для штамповки в подкладных штампах. Масса подвижных частей этих молотов составляет 0,5-5 т. Наибольшая масса поковок, обрабатываемых на молоте с массой подвижных частей 5 т, составляет 750 кг для фасонных поковок и 1500 кг для гладких валов. Основные параметры ковочных паровоздушных молотов двойного действия регламентируют по ГОСТу 9752-81.

E_кин =m v² / 2 (Дж)

Для молотов с подвижным шаботом (бесшаботные молоты):

E_кин =m₁ v₁² / 2 + m₂ v₂² / 2 (Дж), где

m₁, m₂ – массы подвижных частей молота, кг;
v₁, v₂ – скорости подвижных частей молота, м/с.

Принцип действия паровоздушных молотов

Паровоздушный молот представляет собой термомеханическую систему. Для привода рабочих подвижных частей (рабочей массы) применяют пар или сжатый воздух. Пар поступает по трубам от паровых котлов паросиловых уста-новок, а воздух – от групповых компрессорных станций. Пар и воздух несут термическую энергию и передают ее механической системе молота, воздействуя на поверхности раздела, на крышку и стенки цилиндра и на поршень. В связи с этим пар и воздух называются энергоносителями. Поршень с помощью штока передает воздействие энергоносителя рабочей массе, которая называется бабой. На ней закреплена одна половина штампа или боек, а на массе, воспринимающей удар – шаботе, закреплена вторая половина штампа или боек.

В зависимости от характера распределения рабочих периодов энергоносителя молот может работать на нескольких режимах.

Последовательные автоматические удары. Это удары, при которых движение подвижных частей вверх и вниз не разделяется паузами. Баба при движении вверх, достигнув верхней точки хода, немедленно устремляется вниз.

Одиночные удары с верхней паузой. В отличие от последовательных одиночные удары разделяются паузами в верхнем положении подвижных частей. Одиночные удары с максимальной энергией всегда сопровождаются паузой и в нижнем положении бабы.

У штамповочных молотов наряду с удерживанием подвижных частей в верхнем положении имеется цикл качания, происходящий автоматически.

Классификация паровоздушных молотов

По технологическому назначению паровоздушные молоты классифицируют: на ковочные (для свободной ковки, а также для штамповки в подкладных штампах), штамповочные (для объемной штамповки в закрытых и открытых штампах), листоштамповочные (для штамповки из листовой заготовки), выколоточные (для локальной формовки листовой заготовки по шаблону серией ударов).

Паровоздушные молоты по конструкции станин подразделяют на вертикальные и горизонтальные, одностоечные, двухстоечные, арочные и мостовые; по схеме соударения рабочих масс – с неподвижным шаботом (шаботные), с нижним ударом (движением рабочей массы вниз) и с верхним ударом (с движением вверх), с подвижным шаботом (с встречным движением разных по величине ударных масс) и бесшаботные (с встречным движением одинаковых масс). Наибольшее распространение в промышленности получили шаботные паровоздушные штамповочные молоты с нижним ударом и с вертикальной двухстоечной станиной.

Энергоноситель паровоздушных молотов

Энергоносителем, или рабочем телом, служит пар или сжатый воздух, состояние которого характеризуется давлением р, температурой Т и объемом V.

При проектировании паровоздушных молотов давление пара принимается равным 0,7-0,9 МПа, а давление воздуха 0,6-0,8 МПа. Температура перегрева пара не должна превышать 300^оС, а подогрева воздуха 200^оС (для предупреждения вспышки распыленных смазочных масел).

Пар. В молотах применяют сухой насыщенный, влажный насыщенный и перегретый пар. Работа молота с применением только сухого насыщенного пара исключается. Такое состояние пара может получаться лишь в отдельные моменты работы молота. Как правило, применяется влажный насыщенный пар.
Рабочие процессы влажного пара (расширение и сжатие) близки к адиабатическим. Эти процессы характеризуются приближенным уравнением Цейнера при 1>х>0,7:

p v^k = const, где

k=1,035+0,1x;
х – содержание пара (сухость пара) в начальном состоянии.

Для сухого насыщенного пара х=1 и k=1,135, для перегретого пара k=1,3. Для упрощения тепловых расчетов паровоздушных молотов, работающих на паре, принимают k=1. Ошибка при этом составляет менее 8 %, что вполне допустимо при технических расчетах.

Воздух. Паровоздушные молоты могут работать и на сжатом воздухе (пневматические молоты). Для этого необходима группа компрессорных станций. Изменение состояния воздуха при рабочих процессах определяется политропой p v^k = const с показателем степени k=1,4.

Пневматический молот. Молот ковочный пневматический.

Рисунок 1 – Молот ковочный пневматический модели МА4127 с мпч 50 кг

1 – компрессорный цилиндр; 2 – рабочий цилиндр; 3 – рукоятка среднего крана;
4 – рукоятка верхнего и нижнего кранов; 5 – приводной электродвигатель; 6 – кожух клиноременной передачи; 7 – станина молота; 8 – ось кривошипного вала; 9 – рабочие бойки; 10 – педаль управления

Пневматические молоты могут осуществлять следующие режимы работы: холостой ход, удержание бабы на весу, автоматические последовательные удары и прижим поковки. В некоторых конструкциях молотов имеется режим одиночных ударов. Для осуществления вышеуказанных режимов на пневматических молотах применяют механизм воздухораспределения, состоящий из трех горизонтальных кранов (рисунок 1, позиции 3,4): верхнего, среднего и нижнего. Верхний и нижний краны служат для управления работой молота, а средний – для перевода компрессора на холостой ход. Между верхним и нижним кранами в стакане молота имеется камера с обратным клапаном.
На рисунке 2 изображена развернутая схема механизма воздухораспределения пневматических молотов. Верхний кран имеет два сечения, а нижний – три.

Рисунок 2 – Схема механизма воздухораспределения пневматических молотов

Холостой ход

Чтобы не перегревать компрессор при длительных паузах, его переводят на холостой режим работы. Это осуществляется поворотом среднего крана в крайнее левое положение (кран открыт) (см. рисунок 1, позиция 3), при этом рукоятки верхнего и нижнего кранов находятся в среднем положении (педаль также находится в среднем положении).
В результате этого верхняя полость рабочего цилиндра и верхняя полость компрессорного цилиндра сообщаются через верхний кран с атмосферой через открытый канал 3 (см. рисунок 2). Нижняя полость компрессорного цилиндра также (через средний кран) сообщается с атмосферой через открытый канал 4 (при этом также открыты каналы 10 и 11).
Таким образом, компрессор работает, но давление в полостях рабочего и компрессорного цилиндров равно атмосферному, и баба под собственном весом покоится на нижнем бойке. Молот работает вхолостую.

Держание бабы на весу

Рукоятка среднего крана поворачивается в крайнее правое положение (кран закрыт), а рукоятка верхнего и среднего кранов и педаль остаются в среднем положении (см. рисунок 1, позиция 3).
При этом воздух из нижней полости компрессора направляется по каналу 10 сечения I нижнего крана, открытому каналу 11 и через обратный клапан 13 в камеру, находящуюся за обратным клапаном, а из камеры по открытым каналам 6 и 7 сечения III – в нижнюю полость рабочего цилиндра. При движении поршня компрессора вверх обратный клапан закрывается, отсекая поток воздуха, тем самым не допуская его выхода из нижней полости рабочего цилиндра. Верхние полости обоих цилиндров соединены с атмосферой посредством открытого канала 3 верхнего крана.
В нижней полости компрессорного цилиндра на ходе вверх образуется разрежение, которое ликвидируется в крайнем верхнем положении поршня компрессора, когда полость цилиндра через отверстия в штоковой части поршня соединяется с атмосферой.
Таким образом, в этом режиме поршень компрессора работает только на ходе вниз, нагнетая воздух в нижнюю полость рабочего цилиндра и тем самым, удерживая бабу на весу в крайнем верхнем положении.

Автоматические удары

Для выполнения автоматических ударов необходимо рукоятку среднего крана повернуть в крайнее правое положение (кран закрыт), а рукояткой или педалью верхний и нижний краны в процессе ковки поворачиваются против часовой стрелки от своего среднего положения (см. рисунок 1, позиция 4 или 10). При этом верхние полости рабочего и компрессорного цилиндров соединяются между собой. Для этого в сечения I – нижнего и II – верхнего кранов должны быть открыты каналы 1 и 2, 10 и 8. Молот будет совершать n ударов в минуту, равное числу оборотов кривошипа.
Верхняя полость компрессорного цилиндра в крайнем верхнем положении для пополнения воздухом соединяется с атмосферой через отверстия, выполненные на торцевой части поршня.
Энергия автоматических ударов возрастает с увеличением угла отклонения ручки от среднего положения. При отклонении ручки на 45° достигается максимальная энергия ударов.

Прижим поковки

Рукоятка среднего крана находится в крайнем правом положении, а рукоятка или педаль верхнего и нижнего кранов под действием пружины поворачивается на 45° по часовой стрелке от среднего положения, при этом фиксатор рукоятки должен быть опущен вниз (см. рисунок 1). В результате этого верхняя полость компрессорного и нижняя полость рабочего цилиндров сообщаются с атмосферой через открытые каналы 3 и 9. При ходе поршня компрессора вниз нижняя полость компрессорного и верхняя полость рабочего цилиндров сообщаются между собой через открытые каналы 10 и 11 и через обратный клапан 13 и открытый канал 5, при этом каналы 2, 8 и 6 закрыты. При ходе поршня компрессора вверх в нижней полости компрессорного цилиндра образуется разрежение, которое ликвидируется, когда поршень компрессора будет находиться в крайнем верхнем положении и нижняя полость компрессора через отверстия в штоковой части поршня сообщается с атмосферой.
На каждом ходе поршня компрессора вниз воздух нагнетается в верхнюю полость рабочего цилиндра, создавая усилие прижима поковки, которое может достигать 8,5 кН. Избыток воздуха стравливается обратным клапаном 12 в атмосферу.

Единичные удары

Для получения единичных ударов воздухораспределитель не имеет специального устройства. В этом случае рукоятка и педаль управления должны первоначально находиться в положении, соответствующем режиму «Холостой ход». Затем резким поворотом рукоятки или нажатием педали переводят верхний и нижний краны в положение, соответствующее режиму «Автоматические удары», и быстро отпускают их. В результате баба вначале поднимается, а затем под действием пружины верхний и нижний краны возвращаются в исходное положение «Холостой ход», а баба совершает единичный удар. Энергия удара возрастает с увеличением угла отклонения рукоятки.

Режимы работы пневматических молотов.

Приводные пневматические молоты (рис. 1) работают с помощью воздуха, поступающего из окружающей атмосферы в компрессорный цилиндр 6 и подвергающегося сжатию и разряжению при возвратно-поступательном движении поршня компрессора 8. Поршень компрессора 8 приводится в движение от приводного электродвигателя 1 через клиноременную передачу 2, редуктор 3, кривошип 4 и шатун 5. Следует отметить, что в кинематической цепи электродвигателя-поршня компрессора редуктора может и не быть. В этом случае шатун 5 соединен с кривошипным валом, на который жестко посажен маховик. Редуктор необходим для понижения числа оборотов кривошипа.

Рисунок 1 – Молот ковочный пневматический

а – общий вид; б – схема расположения рукояток управления
воздухораспределительного механизма (1-3 – положения рукояток)

1 – приводной электродвигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – цилиндрический редуктор; 4 – кривошипный вал; 5 – шатун; 6 – цилиндр компрессора; 7 – рабочий цилиндр; 8 – поршень компрессора; 9 – поршень рабочего цилиндра; 10 – механизм воздухораспределения; 11 – станина молота; 12 – баба; 13, 14 – верхний и нижний боек; 15 – шабот; 16 – виброизоляция шабота

По принципу действия пневматические молоты отличаются от паровоздушных, в которых падающие части разгоняются под действием пара или сжатого воздуха, поступающих в рабочий цилиндр. У пневматических молотов, как видно из рисунка 1, воздух осуществляет только нежесткую связь между компрессорным 8 и рабочим 9 поршнями, являясь упругой подушкой, передающей движение от поршня компрессора 8 к рабочему поршню 9. Число ударов молота в минуту равно числу оборотов кривошипа 4.

Верхний подвижный боёк 13 закреплен на бабе 12, а нижний неподвижный боек 14 – на шаботе 15.

Пневматические молота выпускаются с массой падающих частей (мпч) 50…1000 кг и с энергией удара 0,8…28 кДж. Скорость в момент удара может составлять 5…7,5 м/с. Кратность масс равна 12.

Движение поршня компрессора является движением с одной степенью свободы, определяемой углом порота кривошипа (рис. 2). Рабочий поршень занимает самое нижнее положение; при этом боек находится на поковке, а компрессорный поршень – в самом верхнем положении (рис. 2, а). В этом положении верхняя и нижняя полости компрессорного цилиндра соединены с атмосферой, и начальное давление в них устанавливается равным атмосферному. Такое же давление устанавливается в верхней и нижней полостях рабочего цилиндра, поскольку эти полости сообщаются с помощью кранов с соответствующими полостями компрессорного цилиндра.

Рисунок 2 – Схема движения поршней рабочего и компрессорного цилиндра

а – начальное положение; б – движение рабочего поршня вверх;
в – движение рабочего поршня вниз

При движении поршня компрессорного цилиндра вниз от начального положения давление в нижних полостях обоих цилиндров увеличивается, а в верхних уменьшается. При возрастании давления в нижних полостях до величины, достаточной для преодоления силы тяжести подвижных частей, сопро-тивления трения и давления воздуха в поршневой полости рабочего цилиндра, рабочий поршень начнет движение вверх. При угле поворота кривошипа α₂ = π, когда поршень компрессора займет нижнее положение, происходит соединение верхней полости компрессорного цилиндра с атмосферой (рис. 2, б). В этот момент нижняя полость компрессорного цилиндра с атмосферой не соединяется.

При определенном угле поворота кривошипа верхний поршень, поднимаясь вверх, закроет верхний канал и разобщит верхние полости цилиндров (рис. 2, в). В результате этого ход рабочего поршня начнет замедляться, и в какой-то момент рабочий поршень остановится в своем верхнем положении. При этом воздух в надпоршневой полости рабочего поршня будет сжатым. При опускании рабочего поршня давление в надпоршневой полости будет уменьшаться, и в момент, когда оно станет равным давлению в верхней полости компрессорного цилиндра, произойдет соединение обеих полостей через обратный клапан. Угол α₄, при котором это происходит, называется углом выхода рабочего поршня из буфера.

Режимы работы пневматических молотов.

При дальнейшем вращении кривошипа поршень компрессора приближается к крайнему верхнему положению, а рабочий поршень подходит к крайнему нижнему положению. Удар бойка по поковке обычно происходит при угле по-ворота кривошипа, который немного меньше 2π.

Ориентировочно МПЧ можно определить:

G_пч = α * F_по, где

α – удельный коэффициент (для паровоздушных молотов простого действия – 12 кг/см²; для молотов двойного действия – 8 кг/см²);
F_по -площадь проекции поковки с облоем на плоскость разъема.

Пневматический молот. Молот ковочный пневматический.
Паровоздушный молот. Принцип действия. Классификация.

Массу падающих частей также можно определить по номограмме. При построении номограммы были приняты следующие соотношения размеров (мм) поковки и заготовки: h_о = 0.015 D_п; b = 7 при D_п = 0 .. 100; b = 11 при D_п = 150 .. 350; b = 14 при D_п = 400 .. 600.

Номограмма

Массу падающих частей молота простого действия G_пм можно также определить по номограмме, умножив найденное значение на переводной коэффициент:

G_пм = (1,5 .. 1,8) G

Формулы используют при расчете молотов для крупносерийного и массового производства поковок. В мелкосерийном производстве можно применять молоты с меньшей массой падающих частей, но с увеличенным числом ударов при штамповке. Формулы пригодны в тех случаях, когда минимальная толщина поковки превышает (4..5 h_о). В других случаях необходимо учитывать повышенную неравномерность распределения деформации и температуры, увеличивая полученное значение массы в 1,2 .. 1,3 раза.

Пневматический молот. Общий вид. Режимы работы.

Для определения массы падающих частей молота при штамповке в закрытых штампах можно также пользоваться номограммой. Полученное значение можно уменьшить на 20 .. 25%.

При штамповке заготовка сначала осаживается и часть металла вытекает в облойную канавку. По мере осаживания он закрывает выход остальному металлу из полости ручья, способствуя его заполнению. Когда полость ручья полностью заполнена металлом происходит доштамповка поковки, при которой избыточный металл вытекает из полости ручья. Основное влияние на сопротивление истечению металла оказывает толщина и ширина облоя. В соответствии со своим назначением облойная канавка имеет два участка:

• Мостик – создает сопротивление истечению металла из полости ручья.
• Магазин – для размещения излишков металла. В магазине металл не должен деформироваться, чтобы не создавать дополнительное сопротивление истечению металла из полости ручья.

Применяется 4 типа облойных канавок:

1. основная – обеспечивает большую стойкость мостика, так как верхняя половина штампа прогревается меньше, чем нижняя;
2. с увеличенным магазином – применяется для увеличения объема магазина при штамповке сложных поковок;
3. применяется, если необходимо резко повысить сопротивление течению металла на некоторых участках окончательного ручья, с тем чтобы обеспечить заполнение глубоких и сложных полостей штампа.
4. применяется для круглых в плане поковок, которые обычно штампуют с применением только окончательного ручья (так называемая малоотходная штамповка).

3 группы канавок по ширине:

• узкая – если ручей заполняется осаживанием;
• средняя – когда заготовка перекрывает ручей и заполняется он преимущественно выдавливанием;
• широкая – многостадийное заполнение полости ручья.

Важно: размеры облойных канавок нормализованы по высоте мостика.

Объем облоя определяется по формуле:

V_o = E_з*S_ок*P_п,

где E_з- коэффициент заполнения;
S_ок – площадь поперечного сечения облойной канавки;
P_п – периметр поковки.

E_з – 0,5..0,6 – для круглых поковок;
E_з – 0,6..0,8 – для прочих поковок.