Кузнечно-штамповочное оборудование

Введение

    В промышленности превалирует штамповка  мелких и средних деталей, что обусловило большое распространение открытых прессов. До 80—85 % парка кривошипных прессов составляют эти сравнительно простые и удобные в эксплуатации прессы.

    Прессы  ненаклоняемые с параллельным расположением  коленчатого вала за последнее время  находят все большее применение, вытесняя прессы с валом, перпендикулярным фронту пресса. Это происходит благодаря белее удачной компоновке коленчатого вала, который не имеет консольного эксцентрика, что позволяет уменьшить размеры вала, увеличить длину хода и сделать работу на прессе более безопасной. Ненаклоняемые открытые прессы наиболее часто применяют при усилиях 0,63—4 МН. Применение стола — рога существенно увеличивает штамповое пространство. Одностоечный пресс с рогом применяют при выполнении операций, которые невозможно осуществить при обычной конструкции стола, например в мелкосерийном производстве при выполнении таких операций, как подгибка кромки, фальцовка, обработка крупных кольцеобразных деталей (типа ободов) и т. д.

    Для крупногабаритных штампов и манипулирования  громоздкими деталями применяют и двухстоечные прессы с передвижным столом и номинальными усилиями 0,1—1,6 МН. Необходимо отметить, что применение передвижного стола снижает общую жесткость пресса и точность взаимной фиксации частей штампа, поэтому такие прессы не используют для точных штамповочных работ. Эти же одностоечные прессы, но с неподвижным столом строят с усилиями от 0,01 МН (настольные) до 4 МН; имеются прессы усилием до 16 МН. Прессы с двухстоечной станиной наклоняемые усилием 0,63—1,6 МН из-за универсальности и удобств эксплуатации нашли наибольшее распространение. Основные параметры открытых прессов регламентируются ГОСТ 9408—77.

    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). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Назначение  и область применения

      В настоящее время кривошипные прессы выпускаются как в России, так и за рубежом рядом предприятий и фирм и находят все большее применение на заводах крупносерийного и массового производства.

     Пресс предназначен для выполнения различных  операций холодной штамповки   (вырубки, пробивки, гибки, неглубокой вытяжки  и т.д).    Пресс работает на одиночных, а также на непрерывных  ходах при оснащении автоматическими (валковыми, клещевыми и др.) подачами, и в этих случаях может использоваться в автоматических линиях.

     Рисунок 1.1 – Детали, изготавливаемые на прессе.  

    Таблица 1.1 - Техническая характеристика пресса

    Из  технической характеристики оборудования 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     2. Описание работы  кривошипного пресса

      Кинематическая схема представлена на рисунке 2.1.Прес работает следующим образом

         Рисунок 2.1 – кинематическая схема  кривошипного пресса КД2126

         Нажатием на кнопку «Пуск двигателя»  на пульте управления включается  электродвигатель 1 , который через  клиноременную передачу 2 вращает  маховик 3, установленный на подшипниках качения из консоли эксцентрического вала 4. Режим «Одиночный ход» предусматривает работу пресса от кнопок двурукого управления и от педали. Кнопочное двурукое управление применяется при штамповке из штучных заготовок с загрузкой и выгрузкой вручную.

         Педальное управление применяется  при штамповке из листа, полосы  или крупногабаритных заготовок,  которые в процессе опускания  ползуна необходимо удерживать руками, при наличии на прессе неподвижного  ограждения рабочей зоны, при штамповке из штучных заготовок, если имеются защитные устройства. Переключатель на электрошкафе должен быть установлен, соответственно, в положении «Кнопки» или «Педаль» Нажатием на кнопки двурукого управления (или педаль) включается воздухораспределитель, который подает сжатый воздух в пневмоцилиндр муфты-тормоза 5 – происходит отключение тормоза и включение муфты, соединяющей маховик с эксцентриковым валом.

       При вращении эксцентриковый  вал через шатун 6 перемещает  ползун 7 с закрепленной на нем  верхней плитой штампа.

     В конце хода ползуна вниз выполняется  технологическая операция, а при  подходе ползуна к верхнему положению  командоаппарат автоматически выключает  воздухораспределитель, который соединяет  пневмоцилиндр муфты-тормаза с атмосферой (происходит выхлоп сжатого воздуха из пневмоцилиндра), муфта отключается, а тормоз под действием пружин включается, останавливая эксцентриковый вал и ползун в верхней мертвой точке.  Для последующего хода ползуна необходимо отпустить и повторно нажать обе кнопки двурукого управления или педаль 0. Режим «Непрерывные ходы» имеет только кнопочное управление. Переключатель режимов на электрошкафе останавливается в положение «Непрерывные ходы».  Подвижный экран ограждения рабочей зоны необходимо опустить в нижнее положение (при поднятом экране воздухораспределитель не исключается).

     При нажатии на кнопки двурукого управления включается воздухораспределитель, отключается тормоз, муфта соединяет маховик с эксцентриковым валом, и ползун пресса совершает непрерывные коды автоматически. При нажатии на кнопку «Стоп» командоаппарат отключает муфту и включает тормоз, эксцентриковый вал и ползун останавливается в верхней мертвой точке. 
 
 
 
 
 
 
 

     3. Устройство и работа  пресса и его составных частей

     Станица  пресса чугунная, коробчатой формы, воспринимает все усилия, возникшие при штамповке.

В верхней  части станины в буксах  запрессованы бронзовые втулки, служащие опорой для эксцентрического вала. С левой  стороны имеется букса с увеличенным диаметром для удобства монтажа и демонтажа эксцентрикового вала. Спереди на специально обработанных местах станины крепятся  призматические направляющие ползуна, одна из них регулируемая.

Регулировка осуществляется винтами с помощью  резьбового соединения. Передняя часть станины закрыта дверкой .

     На  рабочей плоскости стола закреплена подштамповая плита с Т-образными  пазами для крепления штампов.

     Для работы «на провал» в столе  и плите предусмотрены отверстия, а в нижней части стола –  резьбовые отверстия для крепления  пневмоподушки.

     Привод  пресса осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу и маховик к эксцентриковому валу.

       Электродвигатель установлен на  качающейся подмоторной плите.  Натяжение ремней регулируется винтом и гайкой.

     Ползун  является рабочим органом пресса, к которому крепится верхняя часть  штампа. Он имеет коробчатую форму  с призматическим направляющими и крепится к эксцентриковому валу посредством регулировочного винта  и разъёмного шатуна. В корпусе и крышка шатуна установлены бронзовые вкладыши подшипника скольжения, охватывающие эксцентриковую втулку. Шаровая головка регулировочного винта  заключена между опорой  и верхним плавающим вкладышем.

     Шаровая головка, опора и плавающий вкладыш  помещены в стакан. После регулировки зазора в шаровом соединении гайка , ввернутая в стакан, стопорится шпонкой . Опорой стакана служит срезная предохранительная шайба, рассчитанная на разрушение при перегрузке пресса. При срезании предохранительной шайбы необходимо приподнять шатун с регулировочным винтом и стаканом, вращая маховик пресса в режиме «Ручной поворот», заменить предохранительную шайбу, опустить шатун с регулировочным винтом и стаканом в первоначальное положение, затянуть гайку  и застопорить ее винтом.

     Величина  штампового пространства регулируется вращением за шестигранник регулировочного винта с помощью гаечного ключа. Установленная величина штампового пространства фиксируется стопорными втулками, которые стягиваются винтом. Нижний предел регулировки ограничивается фиксатором. Величина регулировки определяется по линейке.

            В нижней части ползуна имеются  отверстия для крепления верхней  плиты штампа и отверстие под  ее хвостовик. Хвостовик крепится  прижимом  посредством двух шпилек  и гайках.

         Стопорный винт  служит для  отталкивания прижима при снятии  штампа. В пазу ползуна расположено  коромысло выталкивателя. Регулируемые  по высоте упоры  для коромысла закреплены на станине.

     Стопорные втулки удерживаются от проворачивания винтами. На ползуне закреплены кронштейны, к которым крепится уравновешиватели ползуна.

         Муфта-тормоз смонтирована внутри  маховика, опорами которого является радиальные шарикоподшипники, насаженные на втулку. Втулка устанавливается на эксцентриковый вал.

     Муфта-тормоз, жестко сблокированная, многодисковая, фрикционная с пневматическим включением состоит из ведущей, ведомой и  тормозной частей. В ведущую часть входят ведущие диски с фрикционными накладками, в ведомую – ступица  с неподвижно присоединенным поршнем, цилиндр, перемещающийся вдоль оси, опорные диски  муфты и тормоза, установленные на резьбе ступицы  и поршня, нажимной диск тормоза, жестко установленный на цилиндре, и промежуточный диск. Тормозная часть состоит из тормозного диска с фрикционными накладками.

     Работа  муфты-тормоза происходит следующим  образом: сжатый воздух через воздухоподводящую  головку  и эксцентриковый вал  поступает в пневмокамеру, перемещая цилиндр  вдоль оси эксцентрикового вала в сторону муфты и зажимая ведущие диски. Диски муфты связаны с постоянно вращающимися маховиком через пальцы. Происходит передача крутящего момента через ступицу  на эксцентриковый вал. В момент торможения валы сжатый воздух выпускается из пневмокамеры в атмосферу через воздухопроводящую головку, соединительный рукав и трехходовой клапан. При этом цилиндр под действием пружин  возвращается в сторону тормоза и зажимает тормозной диск, сидящий на пальцах, связанных со станиной. Происходит торможение подвижных частей пресса.

     Вал эксцентриковый состоит из собственно вала и эксцентриковой втулки.

     Регулировка величины хода ползуна осуществляется вращением эксцентриковой втулки, которая входит в зацепление с валом через зубчатое эвольвентное зацепление и выводится из зацепления вращением гайки.

     После установки необходимой  величины хода ползуна втулка вводится в зацепление с эксцентриковым валом и стопорится болтом.

         На левый конец вала устанавливается  командоаппарат. Привод автоматических подач осуществляется через его втулку.

       Уравновешиватель предназначен  для устранения влияния веса  ползуна и верхней половины  штампа на работу пресса и  для предотвращения произвольного опускания ползуна в аварийных случаях (обрыв регулировочного винта в шатуне или шпилек крышки шатуна).

     По конструкции уравновешиватель  представляет собой пневматический  цилиндр одностороннего действия, подвешенный на станине.

     Шток 4 с помощью оси соединен с кронштейном  ползуна. Сжатый воздух поступает в пневмоцилиндр  из ресивера через отверстия в нижней крышке. Поршень постоянно тянет ползун вверх за шток, при ходе вниз сжатый воздух вытесняется из уравновешивателя в ресивер.

     Заливки масла в полость поршня производится через отверстия в верхней крышке 1.

     Пневматическая  система предназначена для обеспечения  работы муфты-тормаза, уравновешивателей  и защитного устройства.

     Давление  воздуха, поступающего из общезаводской  магистрали, должно быть не менее 0,5 МПа  и контролируется манометром МНТ. Включение  и отключение воздушной сети пресса производится запорным вентелем. Сжатый воздух поступает через фильтр-влагоотделитель и регулятор давления с манометром в ресивер. С ресивером связано реле давления, отключающее пресс при падении давления ниже 0,35 МПа, и предохранительный клапан, настроенный на давление 0,5 МПа и опломбированный.

     Из  ресивера сжатый воздух поступает по одной магистрали к уравновешивателям  ползуна  и, а по другой – через маслораспылитель  в сдвоенный клапан включения муфты-тормоза.

     Запорный  вентиль, фильтр-влагоотделитель, регулятор  давления, реле давления, предохранительный  клапан и манометры объединены в  пневматическом блоке. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4. Техника безопасности

     4.1. Для предупреждения несчастных  случаев при обслуживании пресса необходимо соблюдать всеобщие правила по технике безопасности.

     4.2. Обслуживающему персоналу необходимо  выполнять следующие требования:

     а) во время работы электродвигателя запрещается  снимать ограждения, чистить, обтирать и смазывать пресса;

     б) перед началом работы необходимо убедиться в исправности инструмента и правильности его настройки. Запрещается наладка и подналадка пресса в процессе его работы;

     в) при переходе на режим «ручной  проворот» необходимо убедиться  в полной остановке маховика. Категорически  запрещается производить какие-либо работы зоне ползуна при переключении режимов;

     г) периодически проверять надежность заземления пресса (плотное прижатие провода и отсутствие грязи и ржавчины в соединении);

     д) периодически проверять четкость срабатывания блокировочных устройств;

     е) следить за исправностью работы тормозного устройства. При выключении муфты и электродвигателя при работе пресса в автоматическом режиме ползун должен останавливаться в заднем положении.

     4.3. Для безопасной работы на прессе предусмотрены следующие блокировки:

     а) электродвигатель привода не включится  при открытой дверке электрошкафа, а также при снятом ограждении маховика;

     б) электродвигатель привода не включится  в режиме «ручной проворот»;

     в) реверс электродвигателя возможен только в режиме «наладка»;

     г) муфта привода не включится (или выключится) в режиме «автоматическая работа» в следующих случаях:

     - рабочая зона не закрыта ограждением;

     - давление в и пневмосистемах  выше или ниже допустимых;

     Примененная блокировка, при которой электродвигатель привода автомата не может быть включен до включения электродвигателей насосов смазки, дает гарантию подачи смазки до начала работы автомата.

     4.4. Для защиты оператора от мелких  отлетающих частей металла и  брызг охлаждающей жидкости, для  исключения возможности захвата  движущимися частями одежды, волос и рук обслуживающего персонала предусмотрено ограждение пресса, отдельные части которого (ограждение маховика, ограждение рабочей зоны) имеют блокировочные устройства.

     4.5. Освещение рабочей зоны производится  лампой местного освещения, установленной  на станине.

     4.6. Категорически запрещается включать  пресса и работать на нем посторонним лицам.  
 

     5. Расчеты

     5.1. Кинематика кривошипно-шатунного  механизма

     Коэффициент шатуна l  в соответствии с рекомендациями /1, с. 72/ при типе пресса – пресс однокривошипный простого действия, принимается  0,1.

     Радиус  кривошипа, мм;

     где H – ход ползуна.

     Перемещение ползуна центрального механизма определяется по формуле /1, с. 30, 2/

     где S – путь ползуна, мм;

     R – радиус кривошипа, мм;

     a - угол поворота коленчатого вала;

     Угловая скорость вращения коленчатого вала определяется по формуле 

     где n – частота ходов ползуна в минуту при непрерывной работе, мин^-1.

     Скорость  ползуна центрального механизма определяется по формуле  /1, с. 34, 7/

     Ускорение ползуна центрального механизма определяется по формуле /1, с. 34, 9/

     Произведем  расчеты для угла поворота коленчатого  вала a=5 град. 

     Перемещение ползуна центрального механизма

     Скорость  ползуна центрального механизма

     Ускорение ползуна центрального механизма

     Результаты  расчета представлены в таблице 5.1

     Таблица 5.1- Значения перемещений, скоростей и ускорений ползуна пресса в зависимости от угла поворота кривошипа. 

     Рисунок 5.1 - График зависимости хода ползуна пресса от угла поворота кривошипного вала 

     Рисунок - 5.2. График зависимости скорости хода ползуна пресса от угла поворота кривошипного вала 

     Рисунок - 5.3. График зависимости ускорения ползуна пресса от угла поворота кривошипного вала. 
 
 
 
 

     5. 2. Определение основных  размеров коленчатого  вала и шатуна

     Описание  коленчатого вала приведено в разделе 3. 

     Рисунок 5.4 - Эскиз коленчатого вала

     Диаметр опорных шеек вала определяется по формуле /2,с.54/

     где   Р_н – номинальное усилие, МН.

     Принимаем d₀=80 мм.

     Диаметр шейки консоли вала для маховика с муфтой для включения определяется по формуле /1,с.133,табл.15/

     _{Эксцентриситет  шатунной шейки вала определяется по формуле /1,с.135/} 

     где Н_мин и Н_макс – наименьший и наибольший ход ползуна соответственно. 

     _{Эксцентриситет  эксцентрика определяется по формуле:} 

     где Н_мин и Н_макс – наименьший и наибольший ход ползуна соответственно.

     .

     Диаметр шатунной шейки вала определяется по формуле /1,с.133,табл.15/ 
 

     Принимаем d_ш = 125 мм.

     Диаметр шатунной шейки определяется по формуле /1,с.133,табл.15/ 
 

     где t – минимальная толщина стенки эксцентрика. 
 

     Принимаем d_А= 180 мм.

     Длина опорной шейки вала l₀ и длина шатунной шейки вала l_л определяются по формулам /1,с.133,табл.15/