Классификация и принцип действия
Обработка металлов давлением является наиболее производительным процессом для получения точных заготовок. Геометрическая форма заготовки, изготовляемой методом горячей штамповки, наиболее близко подходит к форме готового изделия; возможны минимальные припуски на последующую механическую обработку. Себестоимость изделий, полученных горячей штамповкой, наименьшая.
Для изготовления поковок методом горячей штамповки применяются разнообразные ковочные механизмы, среди которых ведущее место занимают паровоздушные штамповочные молоты.
Молоты классифицируют по следующим признакам, раскрывающим принцип действия, устройство и применение их как машин-орудий; вид привода; технологическому назначению; конструктивному исполнению.
Вид привода –характеристика двигательного и передаточного механизмов молота.Для привода подвижных частей молотов используется энергия; водяного пара, сжатого воздуха, сжатого до высокого давления газа, горючих смесей и взрывчатых веществ, вращательного движения, жидкости высокого давления, электрическая. В соответствии с этим различают паровоздушные, газовые, взрывные, пневматические , механические, гидравлические и электрические молоты.
Область применения паровоздушных молотов охватывает все три главных технологических комплекса: ковку, объёмную горячую и листовую штамповку.
Паровоздушные молоты – типичная паровая машина с рабочим цилиндром, в нижнюю и верхнюю полость которого попеременно впускается или выпускается пар или сжатый воздух. Тем самым обеспечивается возвратно-поступательное движение вверх и вниз поршня, образующего с цилиндром двигательный механизм, штока (передаточный механизм) и бабы (исполнительный орган) с верхним бойком или штампом. Источники водяного пара (котельная), сжатого воздуха (компрессорная станция) обеспечивают групповое питание молотов.
Скорость падающих частей паровоздушного молота в момент соприкосновения с заготовкой не превышает обычно 7-8 м/с, что объясняется относительно небольшой удельной концентрацией энергии в приводе.
Паровоздушный ковочный молот, обладая такими важными преимуществами, как простота устройства и управления при универсальности технологических возможностей, является ведущей машиной в индивидуальном и мелкосерийном производстве поковок методами ковки.
Для свободной ковки применяются одностоечные молоты-с направляющими и без направляющих и двух стоечные – арочные и мостовые.
Одностоечный молот без направляющих для бабы рис.5а Состоит из стойки на которой установлен цилиндр с парораспределительным устройством. Особенностью этих молотов являются отсутствие направляющих бабы.. При такой кой конструкции шток молота не достаточно устойчив при вне центровых ударах.
Одностоечный молот с направляющими даёт возможность кузнецу при работе кантовать поковку по четырём направлениям (вправо, влево, к себе и от себя между станинами.
Для изготовления крупных по габаритам и тяжёлых по весу поковок, требующих двустороннего обслуживания, применяются двух стоечные паровоздушные молоты арочного типа рис.5б . Эти молоты являются наиболее распространёнными в современных кузницах свободной ковки. Они состоят из двух устойчивых стоек, установленных в виде арки на фундаментной плите, через которую пропущен шабот. Верхняя часть стоек скреплена плитой, изготовленной за одно целое с цилиндром и являющейся основанием цилиндра. При работе на таких молотах поковка может обслужена с двух сторон – спереди и сзади молота и мостовые краны могут свободно подходить вплотную к молоту, однако , в некоторых случаях процесс ковки сложных фигурных поковок затруднён. Молоты мостового типа рис.6а и 6б свободны от этого недостатка: они допускают обслуживание поковки со всех сторон –спереди и сзади молота слева и справа. Это важное преимущество достигнуто тем, что стойки молота широко расставлены, расстояние между ними доходит до 3-4м. а ферма (мостовая поперечина, состоящая из двух швеллеров, на которой смонтирован цилиндр с золотником и распределительным механизмом) расположена на высоте 1,8—2,0 м. от уровня пола.
Как видно из рисунка молот мостового типа состоит из двух клёпаных колонн (стоек), установленных на фундаментной стальной плите, через которую пропущен шабот, имеющий фундамент, отдельный от фундамента колонн. На верхнюю часть колонн прочно прикреплены два швеллера, между которыми оставлен интервал, достаточный для свободного прохода штока с бабой. На швеллерах (мостовой поперечине) смонтирован цилиндр с парораспределительным механизмом. Во всём остальном конструкция мостового молота не имеет существенных отличий от конструкции молота арочного типа.
Основные размеры и параметры паровоздушных ковочных молотов двойного действия регламентируются ГОСТ 9752, предусматривающим изготовление молотов арочного и мостового типа – с м. п. ч. 1000 – 8000 кг. при эффективной энергии удара 25—200 кДж. Стандартом установлено, что масса шабота равна 15-кратной номинальной массе падающих частей.
Современное массовое производство различных машин, определяемое годовой программой в сотнях тысяч единиц, требует огромного количества одинаковых по конфигурации и размерам деталей и быстрых методов их изготовления. Понятно, что требование быстрых методов изготовления распространяется и на ковочное производство, которое является одним из главных этапов в производственном процессе.
На молотах свободной ковки невозможно осуществить быстрые методы ковки фигурных деталей, т. е. невозможно осуществить горячую штамповку деталей, при которой придание металлу требуемой формы достигается с помощью штампов. Горячая штамповка выполняется на штамповочных молотах паровоздушных и фрикционных, на штамповочных прессах и другом оборудовании.
Штамповочный паровоздушный молот по внешнему виду похож на паровоздушный молот свободной ковки арочного типа. Они также состоят из следующих основных частей: цилиндра с золотником и парораспределительным механизмом, падающих частей – поршня, штока и бабы с верхним бойком (верхним штампом), двух стоек. Шабота, наковальни с нижним бойком (нижним штампом) и механизма управления. Однако штамповочные молот имеют следующие существенные отличия от молотов арочного типа. Для того чтобы получить точное совпадение при ударе верхнего и нижнего штампов стойки штамповочного молота посажены на шабот молота и не имеют самостоятельных фундаментов. Поэтому у них должно быть обеспечено не только хорошее вертикальное направление падающих частей, но и строгая фиксация направляющих относительно оси молота, обеспечивающая совпадение осей верхнего и нижнего штампов.
При объёмной штамповке стремятся достигнуть максимального приближения формы поковки к форме готового изделия и поковка получается довольно сложной с рёбрами, полостями и т. п. кроме того излишки металла нужно удалить в облойную канавку. Поэтому при штамповке необходимо, чтобы удар был как можно жёстче: только в этом случае будет происходить отчётливое заполнение окончательного ручья. Такие условия достигаются, если соотношение масс шабота и падающих частей не менее 20-25, причём и шабот и падающие части обладают большей конструктивной жёсткостью.
Общий вид паровоздушного штамповочного молота двойного действия и схема парораспределения и управления показаны на рис. 7.
Управление молотом осуществляется посредством системы рычагов. Указанная система рычагов подвешена к молоту на четырёх точках, у золотника 1, у дросселя 2, на станине 3 и у педали 4. Баба 5, выводимая из своего среднего по высоте положения лёгким нажатием на педаль 6, переходит на автоматическое качание. Если не трогать более педаль, точка 7 остаётся неподвижной. Сабля или криволинейный рычаг 8, прижимаясь к наклонному скосу на бабе, качается вправо и влево, передавая своим вторым концом движение золотнику 9 так, что, когда баба идёт вниз, золотник опускается и пар начинает поступать в рабочий цилиндр под поршень 10, заставляя бабу изменить направление движения.
Когда баба идёт вверх, золотник поднимается и пар начинает поступать в рабочий цилиндр над поршнем, что заставляет бабу опять изменить направление движения. Далее цикл повторяется.
Для нанесения удара нужно нажать на педаль 6 в тот момент, когда баба идёт вниз. Тогда точка 7 получит движение вверх, и так как сабля 8 останется прижатой к скосу на бабе, то это приведёт к резкому подъёму золотника. Одновременно на полное сечение откроется дроссель 2 и происходит удар. Если затем отпустить педаль , то положение сабли 8 приведёт к моментальному подъёму бабы и возвращению её на автоматическое качание. В автоматическом подъёме бабы и состоит главное назначение указанной системы, так как нажатиями на педаль штамповщику остаётся только наносить удары. Небольшой расход пара при автоматическом качании, происходящем при полу-прикрытом дросселе, исключает возможность скопление конденсата в рабочем цилиндре и обрызгивания им рабочего места через уплотнение 11. При такой системе управления выбором момента и силой нажатия на педаль легко регулируется сила ударов молота.
Паровоздушные штамповочные молоты двойного действия изготавливают согласно ГОСТ 7024 с номинальной м. п. ч. 630—25000 кг. (Lэ=16….630 кДж.) при полном ходе 1000—1600 мм., давление пара или воздуха, предусмотренное вышеуказанным стандартом для молотов двойного действия, равно 0,6—0,9 мПа.
Изготовление облицовочных и других деталей летательных аппаратов из не железных листовых сплавов требует специфического механического режима обработки, и наиболее подходящим оборудованием для этого оказываются листоштамповочные молоты.
Наиболее типичным для этой группы молотов являются молоты Чамберсбург рис. 8 . Они выполняются простого и двойного действия. Молоты двойного действия снабжены распределительным золотником и дросселем.
Стопорное устройство, необходимое для удержания бабы на весу, состоит из четырёх небольших цилиндров, смонтированных на стойках в горизонтальном направлении. Штоки направлены к боковым поверхностям бабы. При нажиме на педаль 9 в цилиндры поступает пар и выталкивает штоки, на концы которых опускается баба 1
Управление молотом производится с помощью рукоятки 4, и может работать полными и неполными единичными ударами. Шабот этого молота значительно легче шабота обычного штамповочного молота. Стойки 5 – стальные, литые или клёпаные – монтируются на шаботе и крепятся к нему четырьмя болтами 6. Вверху стойки крепятся стяжными болтами 7, а на них попарно устанавливаются две подцилиндровые плиты 8, на которые ставится цилиндр со штоком 3 и парораспределительным устройством, состоящем из парозапорной и золотниковой коробок и системы рычагов управления.
Так как для штамповки тонколистового материала требуется незначительная энергия улара, баба представляет обычную плиту толщиной 40—70 мм., для жёсткости снабжённую рёбрами. Масса шабота по отношению к массе падающих частей, включая и верхний штамп (5-7). Большая общая масса падающих частей позволяет достичь требуемой энергии удара при малых начальных скоростях (V=3м/с).
Механические молоты Механическими молотами называются такие молоты, ударное действие которых осуществляется с помощью фрикционного или кривошипного механизма, приводимого в действие электродвигателем. В соответствии с этим приводные механические молоты разделяются на следующие виды: фрикционные молоты, кривошипные молоты.
ФРИКЦИОННЫЕ молоты производят подъём и опускание бабы с помощью досок, ремней и канатов, используя силу трения. Они не требуют пара или сжатого воздуха, что является их большим преимуществом перед паровоздушными молотами, несложны по конструкции и легко управляются. Все фрикционные молоты являются молотами простого действия, так как падение бабы происходит только под действием собственного веса её.
Фрикционные молоты с доской рис. получили очень широкое Распространение в цехах горячей штамповки, благодаря своим высоким эксплуатационным качествам: экономичности, лёгкости и простоте управления, высокой производительности труда и хорошей заполняемости штампа.
К нижнему концу деревянной доски прикреплена баба, а верхний конец этой доски зажат между двумя роликами. При вращении роликов противоположные стороны доска поднимается, а следовательно и поднимается баба. Затем ролики расходятся, освобождают доску и она падает под действием веса бабы, нанося удар по изделию. Вращение роликов осуществляется приводом от электродвигателя. Освобождение доски от зажима роликами обычно осуществляется путём отвода одного ролика в сторону на 1-3 мм. Между весом падающих частей и силой нажатия на доску существует числовое соотношение и выражается
Q=2,5 4 Gf
Доски фрикционных молотов изготавливают из ясеня , красного бука или искусственного волокна. Коэффициент трения между роликом и доской рекомендуют принимать равны 0, 45 (чугун по дереву).
При расчёте фрикционных молотов с доской необходимо установить мощность маховичного электропривода. Высота подъёма падающих частей составляет 1,5м., а в некоторых случаях и более.
Наиболее распространены молоты с м. п. ч. 500-1500 кг., в исключительных случаях – до 2500 кг. Масса шабота равна 20-кратной массе падающих частей
Молоты с гибкими связями подъём падающих частей в них осуществляется с помощью ремня или цепи. Молоты с ремнём аналогичен молоту с доской строят их по двум схемам. В первой падающие части поднимаются с помощью ремня, зажимаемого между подвижным и неподвижным роликами, при вращении которых сила трения тянет ремень. По второй схеме ремень наматывается на вращающийся шкив. Преимущества второй схемы подъёма по сравнению с первой – отсутствие нагрузки на ремень со стороны нажимных роликов. При наматывании на шкив ремень проскальзывает, в результате чего оба нагреваются. Чтобы поддерживать необходимую температуру , применяют водяное охлаждение. В настоящее время в качестве материала для ремней используют текстиль. Одновременно проводят исследования возможности применения нейлона и других синтетических материалов. Основным недостатком последних считают низкое значение модуля упругости (большое пружинение). Молоты с ремнём выпускают с массой падающих частей до 750 кг.
Для листовой холодной штамповки при производстве деталей из алюминиевых сплавов, а также при изготовлении деталей сложной геометрической формы, используют молоты с канатом. На них можно производить штамповку мягкими свинцово-цинковыми штампами при широкой возможности регулирования энергии ударов. Большой ход бабы позволяет производить глубокую вытяжку, а большие размеры стола допускают изготовление деталей с габаритами 1200 1400 мм. и более.
Молоты с цепью действуют аналогично молоту с ремнём. Цепь наматывается на барабан, который шпонкой связан с валом. Вращение вал получает через фрикционную однодисковую муфту. Для удержания падающих частей в верхнем положении используется дисковый тормоз. Чтобы уменьшить ударные нагрузки на цепь молота, её соединяют с бабой через демпфирующее устройство. На рис. представлен молот с цепью.
Все эти молоты служат для осадки мелких заготовок, для различного рода просечных работ, для штамповки ножевых и других изделий.
КРИВОШИПНЫЕ молоты используются для нанесения быстрых и лёгких ударов, следующих непрерывно один за другим, например для изготовления столовых и перочинных ножей, подков, подковных гвоздей, медицинских мелких инструментов и пр.
Наиболее простым молотом этого типа является молот Брадлея, общий вид которого изображён на рис. .Как видно из рисунка, конструкция этого молота сходна со старинными хвостовыми молотами. Он состоит из литой чугунной станины 1, на выступ 2 которой ставится шабот 3, молотовища 4 – деревянного или стального, механизма привода, двух резиновых буферов 5 для усиления ударов, механизма для колебания нижних буферов и педали управления.
При вращении кривошипного вала шатун то поднимает то опускает тягу10 , что вызывает поворот рабочего вала справа налево и наоборот. Повороты рабочего вала, в свою очередь , вызывает поворот эксцентрика, сидящего на валу и, следовательно, подъём и опускание молотовища.
Рессорно-пружинные молоты бывают трёх основных видов: а) с нижним расположением рабочего вала; б) с верхним расположением рабочего вала;
в) без отбойные. Отечественный рессорный молот представлен на рис. .
Конструкция его имеет много общего с конструкцией рычажного молота: почти такая же литая чугунная станина с гнёздами для шабота, который крепится болтами к станине, кривошипный механизм - с эксцентриком и механизм управления – в виде педали. Однако эластичное устройство этого молота резко отличается от эластичного устройства рычажных молотов. Вместо деревянного и стального молотовища с буфером в рессорном молоте в качестве эластичного рычага поставлена плоская рессора. В середине на верху станины имеется два прилива в виде кронштейнов для крепления рессоры, сзади внизу –коренные
подшипники для рабочего вала, на противоположной стороне вверху выступ с.
направляющими для бабы
Вес падающих частей у этих молотов не превышает 150 кг., число ходов в минуту до 300, ход бабы от 150 до 300 мм., потребляемая мощность 2-8 л.с.
Пневматические молоты, выпускаемые отечественной промышленностью, предназначены для выполнения операций ковки на плоских и вырезных бойках. Они быстроходны, позволяют регулировать эффективную энергию удара в процессе работы, обладать сравнительно высоким к. п. д., просты по устройству не требуют тщательного ухода. Основные размеры, скоростные и энергетические параметры пневматических молотов определены ГОСТ 712, согласно которому их строят с массой падающих частей 30-1000 кг. Масса шабота этих молотов равна 12-кратной массе падающих частей. Скорость движения последних в момент удара должна достигать в пределах 5-7,5 м/c. Молот с двусторонним действием воздуха рис.
Наибольшее распространение получили пневматические молоты с м. п. ч. до 400 кг.
Основные узлы пневматического молота следующие: станина отлитая заодно с рабочим и компрессорным цилиндрами; пустотелая баба, которая одновременно служит поршнем и штоком рабочего цилиндра; шабот; воздухораспределительное устройства и привод. Последний состоит из электродвигателя, ременной и зубчатой передач, кривошипного вала, шатуна и поршня компрессорного цилиндра
Энергоноситель здесь, как и у паровоздушного молота, --сжатый воздух, однако принципы действия этих молотов различны. В пневматическом молоте баба движется под действием сжатого воздуха, который, подобно упругому элементу, сжимается и расширяется в замкнутых объёмах нижних и верхних полостей компрессорного и рабочего цилиндров. Таким образом, воздух энергоноситель обеспечивает гибкую связь между бабой молота и поршнем компрессорного цилиндра. В процессе работы соответствующие полости компрессорного и рабочего цилиндров с помощью распределительных устройств соединены или разъединены в зависимости от выполняемого молотом хода или цикла.
Работой пневматических молотов управляют при помощи кранов, поворачивающихся от рукоятки или педали. Молот позволяет осуществлять следующие циклы; холостые хода, удержание падающих частей на весу. Автоматические и единичные удары, прижим поковки.
Для выбора мощности электродвигателя пневматического молота необходимо знать работу, расходуемую за один двойной ход падающих частей. На основе индикаторных диаграмм строим график равнодействующих сил, приложенных к поршню компрессорного цилиндра в функции угла поворота кривошипа , и диаграмму крутящих моментов на кривошипном валу в зависимости от угла поворота.
Молоты с неподвижным шаботом обладают существенным недостатком: ударное воздействие подвижных частей передаётся через фундамент на грунт, вызывая колебания последнего и сотрясение зданий и оборудования.
Бесшаботные молоты классифицируются по типу привода подвижных частей: паро-воздушные, механические и гидравлические. Общий вид бесшаботного штамповочного молота показан на рис. . Две бабы: верхняя 1 и нижняя 2 движутся навстречу друг другу. В большинстве конструкций бабы имеют примерно равную массу и одинаковый ход. Существуют также бесшаботные молоты, у которых массы баб существенно различаются. Величины ходов этих баб обратно пропорциональны массам. Внешнее усилие, развиваемое паровоздушным, газовым или гидравлическим рабочим цилиндром, действует на одну из баб, а движение другой осуществляется специальным механизмом связи 3, которым обе бабы связаны между собой. Имеются также конструкции молотов с независимым приводом обеих баб.
В большинстве конструкций движение баб происходит в вертикальной плоскости. Известны также молоты с горизонтальным движением баб.
При соударении баб, движущихся во встречном направлении, почти вся накопленная ими кинетическая энергия расходуется на работу деформации поковки. Энергия, затрачиваемая на упругую деформацию штампа и бабы , незначительная.
Ударной нагрузке в основном подвергаются только соударяемые части: штамп и баба. Усилия штамповки на фундамент почти не передаётся, поэтому размеры фундаментов бесшаботных молотов в 8—10 раз меньше фундаментов молотов с неподвижным шаботом. Колебаний грунта и сотрясений зданий и оборудования не наблюдается.
Верхняя баба соединена с нижней двумя стальными лентами, перекинутыми через блок, свободно вращающиеся на осях. Блоки изготовлены литьём из алюминиевого сплава, чтобы уменьшить их инерционность и избежать пробуксовывания в момент удара. Для смягчения ударного воздействия баб на ленты, соединение их с бабами осуществлено через резиновые амортизаторы.
Механизм управления обеспечивает работу молота полными единичными ударами и последовательными регулируемыми ударами.
Ленточный механизм связи является наиболее ответственным узлом. Ленты изготавливают составными из 20—30 стальных полос толщиной 0,3—0,8 мм. шириной 120—130 мм. Материалом для лент качественная сталь (например, сталь 50), подвергаемая закалке
Молоты с ленточным механизмом связи изготавливают с энергией удара до 500 кдж.