Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В промышленности известны различные типы машин и установок, принцип работы которых основан на пульсирующем приложении нагрузки: электромагнитные, механические, пневматические, гидравлические, комбинированные. Из всего перечисленного многообразия типов оборудования наибольшее распространение получили машины с механическим и гидравлическим приводами.
По функциональному назначению механизмы машин и установок с пульсирующей нагрузкой можно разделить на три основные группы: устройство для возбуждения пульсирующих нагружений; исполнительный рабочий орган; привод. Исполнительный рабочий орган в машинах с пульсирующей нагрузкой предназначен для осуществления основного технологического формоизменения заготовки. Устройство для возбуждения пульсирующих нагружений передает нагрузку на исполнительный рабочий орган. В машинах с механическим приводом это устройство служит одновременно и исполнительным рабочим органом, а в машинах (прессах) с гидравлическим приводом оно выполнено в виде распределителей потока жидкости.
Вид устройства для возбуждения пульсирующих нагружений является основным классификационным признаком рассматриваемых машин. На рис. 45 приведена классификация наиболее распространенных типов современных машин с пульсирующей нагрузкой с механическим и гидравлическим приводом. Различают машины и установки с механическим приводом: с дебалансным, кулачковым, кривошипно-шатунным и кривошипно-коленным возбудителем. Усилие в широко известных машинах с дебалансным возбудителем развивается за счет вращения неуравнрвешенной инерционной массы. Передача движения исполнительным органам в машинах с кулачковым возбудителем осуществляется в результате вращения кулачкового звена, снабженного выступами и впадинами. Указанные машины развивают усилия не более 100 кН, при этом частоту нагружений выбирают в зависимости от усилия в пределах до 200 Гц. Машины с кривошипно-шатунным и кривошипно-коленным возбудителями пульсирующих нагружений могут быть созданы на более высокие усилия, например, до 500—800 кН при частоте нагружений рабочего органа до 15—20 Гц.
Преимущество вибрационных прессов с механическим приводом -возможность жесткой регулировки частоты нагружений и амплитуды ползуна. Слабым звеном этих прессов является приводная группа (связь эксцентрика с шатуном) из-за трудности создания надежного устройства, передающего большие усилия при высокой скорости вращения эксцентрикового вала (1000-1500 об/мин).
При усилиях свыше 500—1000 кН, частоте нагружений плунжера 20—30 Гц и амплитудах, превышающих величину упругой деформации, возникают значительные ускорения рабочих органов машин, которые повышают нагрузки на детали узлов, их износ, вызывают недопустимые шумы. Увеличение мощности влечет за собой резкое возрастание маховых масс и, соответственно, динамических сил, воспринимающихся подшипниками, срок службы которых в этих условиях составляет не более 200 ч.
Поэтому более перспективными оказались гидравлические машины и установки, которые можно создать на большие усилия и частоты. Одним из главных рабочих органов в этих прессах является возбудитель гидравлических импульсов (пульсатор), предназначенный для образования пульсаций давления жидкости в рабочей магистрали. В настоящее время для создания пульсаций давления в прессах с гидравлическим приводом применяются в основном следующие типы возбудителей: золотники с возвратно-поступательным движением; вращающиеся золотники с радиальным расположением окон; золотники (диски), вращающиеся с торцевым распределением; поршни с возвратно-поступательным движением; клапаны прямого действия; плавающие клапаны непрямого действия.
Из литературных источников известны устройства с применением вибраторов, выполненных в виде обычных золотников. В этих устройствах распределение потока жидкости от насосов в силовой цилиндр производится при помощи возвратно-поступательного движения золотника. Несмотря на простоту устройства, гидравлические вибраторы золотникового типа имеют следующие недостатки: отсутствует синхронизация открытия окон золотника с подачей жидкости от насосов и ростом давления в рабочем цилиндре; невозможно герметизировать и как следствие этого — постоянные утечки рабочей жидкости из-за использования минеральных масел повышенной чистоты; поэтому даже незначительное загрязнение их приводит к быстрому износу трущихся поверхностей, увеличению утечек и сокращению срока службы вибратора.
За последние годы были предприняты попытки создания гидравлических импульсных прессов и устройств с применением вибраторов клапанного типа. Одним из представителей этой группы является устройство для автоматического управления гидравлическим вибратором, схема которого (возбудитель клапанного типа прямого действия) была разработана в ЭНИКМАШе.
По этой схеме были разработаны и изготовлены экспериментальные образцы гидравлических инерционных прессов ГИП 300 и ГИП 100/50. Однако в прессах данной конструкции невозможно осуществить независимую регулировку таких параметров, как усилие, частота и амплитуда плунжера
В процессе совершенствования вибрационного оборудования в ЭН ИКМАШе были разработаны новые схемы прессов с пульсирующей нагрузкой (ППН). В этих прессах рабочая жидкость от насосов подводится непосредственно в рабочую полость цилиндра, чем обеспечивается более полное использование энергии для деформации заготовки. В данном случае усилие пресса подсчитывается как произведение площади плунжера на давление жидкости.
В настоящее время в промышленности применяются промышленные прессы усилием до 12,5 МН. Ниже приведена техническая характеристика прессов ППН-100 и ППН-315.
Комплекс оборудования на базе ППН для калибрования тонкостенных титановых профилей состоит из гидравлического пресса ППН, механизированного стеллажа, толкающего и тянущего механизмов, приемного стола и нагревательной печи. Механизированный стеллаж представляет собой раму, снабженную подвижными лентами, на которых располагаются заготовки. Толкающий механизм предназначен для приема заготовки со стеллажа и подачи ее с помощью тележки в нагревательную печь, зону штампа и в тянущий механизм. Тянущий механизм снабжен тележкой с захватом, осуществляющим зажим и протягивание профиля.
Работа комплекса оборудования осуществляется в следующей последовательности. Профильные заготовки с предварительно нанесенной на их поверхность технологической смазкой раскладывают на стеллажи и включают гидропривод пресса. Подающим механизмом крайняя заготовка сбрасывается со стеллажа на направляющие лотки толкающего механизма и затем тележкой проталкивается через штамл в захват тянущей тележки и одновременно подается команда на пуск в работу пульсатора. В результате плунжер пресса начинает совершать возвратно-поступательные перемещения с заданной частотой. Соответственно части составного штампа совершают такие же перемещения, деформируя заготовку. Протягивание заготовки в момент раскрытия штампа осуществляется тянущей тележкой. После выхода откалиброванного изделия из штампа тележка останавливается, а со стеллажа на линию обработки подается очередная заготовка. Технологический цикл повторяется.
Работа комплекса оборудования может осуществляться в полуавтоматическом режиме или с ручным управлением.
Система управления прессом ППН-315 включает пресс 4, пульсатор 11, клапан управления 7, систему трубопроводов 12 с аккумуляторами и другими элементами, насос 13 и аппаратуру управления (рис. 46) .
Пресс 4 содержит цилиндр 3, в котором размещены рабочая 2 и возвратная 10 полости и плунжер 8 (исполнительный орган). На плунжере установлен штамповый блок, состоящий из верхнего 5 и нижнего 7 кубиков, в которых расположен калибрующий штамп в.
При подаче жидкости от насоса 13 в полость 2 совершается рабочий ход плунжера 8, а при сливе жидкости из этой полости — обратный ход, который осуществляется под действием давления рабочей жидкости со стороны возвратной полости 10. При рабочем ходе части штампа смыкаются по направляющим кубиков 5 и 7 и деформируют изделие. При обратном ходе части штампа 6 расходятся, что позволяет осуществить продольную подачу заготовки. Подача заготовки производится периодически с частотой нагружения плунжера 8. Скорость продольной подачи заготовки можно определить как произведение величины подачи за один цикл на частоту нагружения плунжера 8.
Пульсация давления жидкости в рабочей полости осуществляется посредством пульсатора 11, который срабатывает автоматически. Команда на повторение рабочего цикла поступает на клапан только после набора полного, заранее заданного рабочего усилия на плунжере 8 пресса, что обеспечивает гарантированное замыкание штампа и, следовательно, высокую точность геометрических параметров калибруемого изделия. Пульсатор обеспечивает герметичность системы при рабочем ходе плунжера и соединяет ее со сливом в момент обратного хода.
Усилие пресса регулируют, изменяя давление воздуха в пневмосистеме 9 пульсатора 11, частоту нагружений — изменяя производительность насоса 13, и амплитуду плунжера — изменяя ход клапана управления 1.