ГИДРОПУЛЬСАЦИОННЫЙ ПРЕСС Российский патент 1994 года по МПК B21J9/06 B21J9/12 B30B15/16 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в металлообработке и в обработке других материалов. Особенно перспективно использование гидропульсационных прессов в настольном исполнении - здесь они могут стать основным орудием труда инвалидов, надомников и крестьян, работающих в межсезонье. Широкое применение могут найти и мощные гидpопульсационные прессы в промышленном исполнении, которые найдут применение в производстве грунтоблоков для сельского строительства, в автотракторостроении при изготовлении кузовных деталей, деталей из пресс-порошков и т. д.

Известны гидропрессы пульсационного нагружения (ППН), действие которых основано на дросселировании силового потока, создаваемого золотниками-пульсаторами. Однако такие прессы неэкономичны, при их использовании требуются громоздкие теплообменники для охлаждения рабочей жидкости.

Шаговый ход применяется также в механических прессах и ножницах, где подача осуществляется с помощью винтовых механизмов, но здесь из-за больших нагрузок на трущиеся поверхности снижается надежность машин, к тому же такие машины тихоходны.

Неэффективны прессы и с использованием клиновых механизмов по тем же причинам.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решение является поэтому гидропресс с гидроцилиндрами прямого и обратного хода, где шаговая подача осуществляется с помощью винта и шестерни (5).

Однако и этот пресс является тихоходным, имеет громоздкий гидропривод большой мощности. Известные конструкции гидропрессов невозможно использовать для импульсных технологий при больших рабочих ходах, так как эффект пульсации уменьшается при сжатии большого объема рабочей жидкости.

Целью изобретения является увеличение эффективности обработки материалов, уменьшение массы и габаритов прессового оборудования. Предусматривается также реализация преимуществ пульсационных технологий: повышение точности изготовления деталей, создание условий для повышения технологической пластичности, снижение контактного трения, уменьшение мощности приводов.

Более высокая эффективность предлагаемых прессов достигается за счет повышения частоты и жесткости колебаний, а экономичность, уменьшение габаритов и массы, обеспечивается использованием в качестве гидропульсаторов роликолопастных и эксцентрикошайбовых гидромеханизмов. Одинаковая силовая гидропульсация на любом участке прессового хода создается введением винтового или иного механизма, перемещающего заготовку на инструмент или наоборот. При этом механизм, перемещающий заготовку или инструмент, соединен с приводом через пружину. Трудности, связанные с утечками рабочей жидкости, устраняются путем размещения гидропульсатора в баке и за счет полной герметизации силового поршня установкой мембраны на штоке.

Гидропульсационный пресс имеет станину, установленный с возможностью поступательного движения ползун и стол. Имеется также приводной механический исполнительный механизм хода надвигания инструмента. Средства, создающие рабочий пульсирующий ход, включают гидроцилиндр, шток которого жестко связан с ползуном, и источник переменного давления рабочей жидкости. Особенностью этого пресса в одном из вариантов является выполнение источника переменного давления рабочей жидкости в виде размещенного в баке пульсатора, имеющего полный корпус с приводным ротором. Последний снабжен лопастью. Кроме того, в кольцевом зазоре между корпусом и ротором размещена перегородка в виде ролика с дуговой лыской. Обеспечена возможность синхронного вращения ролика с ротором. Следующие отличия этого варианта решения гидропресса связаны с тем, что гидроцилиндр расположен вдоль оси ползуна, выполнен поршневым, имеет герметичное уплотнение и пружину возвратного хода. Полость пульсатора, расположенная с одной стороны от перегородки, связана с баком всасывающим каналом, а полость, расположенная с другой стороны от перегородки, связана с гидроцилиндром напорным каналом. Гидроцилиндр сообщен с баком через установленный на сливном канале распределитель. Еще одна особенность этого варианта исполнения изобретения состоит в том, что механический исполнительный механизм хода надвижения имеет вид связанного со столом кривошипно-коленного механизма с пружинным звеном, а привод кривошипно-коленного механизма и привод ротора пульсатора представляют собою мотор-редуктор с быстроходным валом для связи с ротором и тихоходным валом для связи с кривошипно-коленным механизмом. Наконец, последняя особенность этого варианта исполнения изобретения сводится к герметичному уплотнению поршневого цилиндра в виде мембраны, установленной на штоке поршня.

В другом варианте исполнения гидропульсационного пресса по изобретению этот процесс так же имеет станину и установленный с возможностью поступательного движения ползун. Имеются также приводной механический исполнительный механизм хода надвижения в виде винтовой пары и средства для создания рабочего пульсирующего хода, в состав которых входят гидроцилиндр со штоком и источник переменного давления рабочей жидкости. Отличительными особенностями решения в этом варианте гидропресса являются расположение гидроцилиндра вдоль оси ползуна и выполнение его поршневым с пружиной возвратного хода. Источник же переменного давления рабочей жидкости включает в этом варианте бак и пульсатор. Однако в отличие от первого варианта, пульсатор включает полный корпус с эксцентрично установленным в нем ротором и двумя перегородками для разделения полости пульсатора. В этом случае разделенные полости представляют собою возвратную связанную с баком для рабочей жидкости через гидрозамок и силовую - связанную с полостью гидрозамка. Другими особенностями этого изобретения является то, что гайка винтовой пары исполнительного механизма хода надвижения выполнена непосредственно в ползуне, а винт - с зубьями на его цилиндрической поверхности. Причем одним своим концом этот винт сочленен с гайкой, а противоположным торцом связан с торцом гидроцилиндра посредством самоустанавливающейся опоры. Приводом исполнительного механизма хода надвижения служит гидромотор, кинематически связанный через зубчатое зацепление с винтом. Элементом этого привода является также золотник для реверсирования направления вращения гидромотора, при этом вход золотника связан с возвратной полостью пульсатора, а выход - с баком.

Наконец, по третьему варианту исполнения изобретения гидропульсационный пресс опять же содержит станину, установленный с возможностью поступательного движения ползун и находящийся под ним стол, а также приводной механический исполнительный механизм хода надвижения и средства, создающие рабочий пульсирующий ход. Особенности этого исполнения изобретения выражаются в том, что средства рабочего пульсирующего хода связаны со столом, а приводной механический исполнительный механизм хода надвижения представлен в виде клина, установленного таким образом, чтобы его рабочие грани могли взаимодействовать со станиной и ползуном. Вместе с тем в состав приводного исполнительного механизма входит узел, связывающий ползун с клином при возвратном ходе, закрепленная на станине гайка и сочлененный с нею винт, несущий на своем конце шток для связи с клином при возвратном ходе винта. При этом на штоке винта установлена пружина сжатия для силового взаимодействия винта с клином при прямом ходе, а в качестве привода винта имеется двигатель. Кроме того, на станине и на клине выполнены полки, клин со станиной и ползун с клином связаны посредством подвесов с роликами, причем ролики установлены на соответствующих полках с возможностью качения.

На фиг. 1 показана принципиальная схема пресса; на фиг. 2 - компоновочная схема; на фиг. 3 и 4 - продольный и поперечный разрезы роликолопастного гидропульсатор; на фиг. 5 - конструктивное решение мембранного уплотнения в силовом гидроцилиндре; на фиг. 6 - общая схема варианта изобретения для мощного промышленного пресса; на фиг. 7 - его принципиальная схема; на фиг. 8 - исполнительное клиновое устройство для приводного механического исполнительного механизма хода надвижения.

В конкретном исполнении для одного из вариантов осуществления изобретения гидропульсатор 1 помещен в бак, вне которого находятся электродвигатель 2 с маховиком, и сообщен с силовым цилиндром, поршень 3 которого поджат пружинами 4. К штоку поршня прикреплен рабочий инструмент 5. На общей станине пресса размещен механизм перемещения детали 6, состоящий из стойки 7 с внутренней резьбой, винта 8 и привода. На схеме показан пример наиболее простого привода, включающего рычаг 9, цапфа 10 которого размещена в центральном отверстии винта. Рычаг 9 связан с винтом пружиной 11. Для поворота винта 8 имеется рукоятка или иной соответствующий привод. Осуществление холостого хода с рекуперацией энергии с использованием распределителя 13 и фильтра 12.

Собственно пресс смонтирован на столе 14, а силовой привод - под столом. Мотор-редуктор 15 привода имеет два выхода вала: быстроходный для вращения гидропульсатора 1 и тихоходный для вращения кривошипа 16. На цапфе кривошипа 16 размещен упругий элемент 18, которым подпружинен стержень 19 с упорами 20. Один упор принадлежит стойке 7, второй - плунжеру пресса.

Важнейшим узлом гидропульсационного пресса является роторный гидропульсатор. В корпусе 21 (цельный, неразъемный - фиг. 3) выполнены гнезда, в которых размещены вал 22 с рабочей лопастью 23 и замыкатель 24, синхронизированные во вращении шестернями 25. В корпусе выполнена рабочая полость, ограниченная дуговой накладкой 26. В качестве исполнительного органа используется поршень 27 (фиг. 5) с уплотнением 28 и возвратными пружинами 29. Полную герметизацию силового цилиндра со штоком 30 обеспечивает кольцевая мембрана 32, внутренним контуром закрепленная на штоке, а внешним - в расточке корпуса 31, в которой размещено и уплотнительное кольцо 33.

По схеме на фиг. 6 и 7 вариант осуществления гидропульсационного пресса по изобретению мыслится прежде всего в рамках использования в качестве мощного промышленного назначения оборудования. Он включает станину 34, состоящую из поперечных пластин, скрепленных траверсами 35 и 36, а также матрицу 37 и инструмент-пуансон 38. На станине размещен гидропульсатор 39 (фиг. 7), представляющий собою эксцентриковый гидромеханизм. Корпус этого механизма имеет рабочие полости: силовую 40 и возвратную 41. В составе этого механизма имеются приводной вал с эксцентриком 43, замыкатель 44 и подводы 45, 46. В полости 47 гидроцилиндра установлен силовой поршень 48 с пружиной 49 и штоком 50. Последний имеет самоустанавливающуюся опору 51, охватывающую сферическую пяту 52 на шестерне 53 с винтом 54, ввернутым в гайку 55 траверсы 35. Шестерня 53 соединена с другой шестерней 56, приводимой от гидромотора 57. Система гидропульсатора и гидромотора включает также бак 58, распределитель 59 и гидрозамок 62, соединенный с приводом 46 возвратной полости 41 гидропульсатора, и имеет подвод 63 от бака 58. Управление гидрозамком 62 осуществляется от силовой полости 40 гидропульсатора через трубопровод 64.

При небольшом технологическом ходе инструмента и заготовки шестеренно-винтовой механизм шагового перемещения целесообразно заменить на клиновой механизм того же назначения (фиг. 8). В этом случае конструкция пресса значительно упрощается. Клиновой механизм имеет следующий вид. На станине 65 пресса выполнена полка 66, на которую поставлены ролики 68, связанные подвесами 67 с клином 69. Клин также имеет полку 70 с роликом 71 и подвесом 72, закрепленными на плите 73 плунжера 74 с установленным на нем инструментом 75. Гидропульсатор 76 находится в нижней части станины 65. Возвратно-поступательное движение клина при рабочем и обратном ходе осуществляется с помощью винта 77, работающего от двигателя 78. На штоке винта, выступ 80 которого размещен в гнезде клина, установлена пружина 79.

В настольном горизонтальном исполнении гидропульсационный пресс работает следующим образом (фиг. 1-4).

При вращении вала 22 роторного гидропульсатора в полость поршня 3 (фиг. 1) вытесняется рабочий объем жидкости. Осуществляется перемещение поршня на расчетную величину в направлении деформации ранее придвинутой заготовки. После поворота лопасти 23 до момента нахождения ее в выемке замыкателя 24 с соответствующими проходными сечениями под воздействием пружин 4 поршень 3 выталкивает жидкость через гидропульсатор обратно в бак. При этом рабочий инструмент 5 отходит от заготовки 6, а винт 8 под воздействием привода с рычагом 9 и ранее сжатой пружиной 11 досылает заготовку вслед за инструментом, Происходит "шаговая" деформация заготовки при возвратно-поступательном движении поршня 3 и рабочего инструмента 5. Во время же технологических пауз при включении распределителя 13 полость гидроцилиндра сообщается с баком и колебаний поршня 3 нет. Жидкость, просачиваюшаяся через уплотнение 28 (фиг. 5) поршня 27 и через зазор между корпусом 31 и штоком 30, герметично отделена мембраной 32 и может вытесняться в бак.

В промышленном варианте гидропресс работает по циклограмме следующего содержания (фиг. 5-8): установка заготовки на матрицу 37, ход подачи инструмента 38, рабочий ход с обеспечением "шагового" перемещения и гидропульсации, обратный ход и получение штамповки. При вращении вала с эксцентриком 42 последний вводится то в силовую 40, то в возвратную 41 полости гидропульсатора 39. При этом замыкатели 44 воспринимают перепад давления, возникающий в полостях. По подводу 45 из полости 40 жидкость вытесняется в полость 47 гидроцилиндра и перемещает поршень 48, сжимая пружину 49. При этом невращающаяся шестерня 53 с винтом 54, траверсой 55 и инструментом совершает "шаговое" перемещение для деформации заготовки под заданным давлением, а шток 50 с самоустанавливающейся опорой 51 равномерно передает силу на пяту 52 шестерни 53 и затем - на инструмент, обеспечивая "шаговую" деформацию получаемого изделия. Когда же эксцентрик перемещается в возвратную полость 41, пружина 49 возвращает поршень 48 вверх и нагрузка на пяту 52 исчезает. Жидкость, вытесняемая эксцентриком 43 из полости 41 через распределитель 59, вращает гидромотор 57, а от него - шестерни 56 и 53. При этом винт 54 вывертывается из гайки в траверсе 55, оставляя ее с инструментом в неподвижном положении в контакте со штампуемым изделием. Таким образом осуществлен цикл "шагового" деформирования изделия за один оборот вала гидропульсатора.

После необходимой полной деформации, произведенной за много "шагов", распределитель 59 переключается на реверс, и траверса 55 с гайкой поднимается. Готовое изделие снимается и устанавливается новая заготовка.

Когда для деформации достаточен очень малый ход, шестеренно-винтовой механизм заменяется клиновым. В этом варианте пресс, предназначенный для выколотки, клепки и т. п. (фиг. 8), выполняется по схеме настольного (как на фиг. 1), но в вертикальном положении. При этом гидропульсатор 76, установленный отдельно внизу, осуществляет силовое колебательное воздействие, а клиновой механизм необходим в качестве опоры "шаговой" деформации, производимой гидропульсатором. При рабочем ходе двигатель 78 постоянно вращает винт 77. Во время нагрузки клин останавливается, а пружина 79 сжимается. Когда же нагрузка на винте снимается при обратном ходе поршня гидропульсатора, пружина толкает клин, перемещая инструмент 74 вслед за поршнем гидропульсатора. Инструмент упирается в заготовку, клин останавливается и последующий ход поршня гидропульсатора осуществит следующую "шаговую" деформацию. По окончании операции при реверсивном вращении двигателя клин возвращается в исходное положение. При этом ролики 68 и 71 с подвесами 67 и 72 приподнимают плунжер 74 также в исходное положение.

Преимущества предлагаемого технического решения очевидны.

Конструктивные схемы гидропульсационных прессов, которыми осуществляется "шаговая" деформация, обеспечивают эффективную реализацию прогрессивных импульсных технологий обработки материалов. Упрощается оборудование: силовые насосные установки заменяются гидропульсаторами, играющими роль "гидравлического рычага" без каких-либо распределительных органов в их конструкции. При этом обеспечивается значительное снижение металлоемкости прессового оборудования, улучшается его компактность. (56) Авторское свидетельство СССР N 314589, кл. В 21 J 9/06, 1969.

Патент Великобритании N 1405974, кл. В 21 J 9/12, 1975.

Патент Великобритании N 1158192, кл. В 30 В 1/32, 1972.

Патент Великобритании N 1352375, кл. В 30 В 1/40, 1974.

Патент Великобритании N 1346017, кл. В 30 В 1/32, 1974.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для импульсных воздействий в малоотходных производствах, например для колебания рабочих инструментов прессов. Сущность: гидропресс содержит станину, гидроцилиндр с поршнем, гидропривод гидропульсатора с напорным и всасывающим каналами и механизм хода надвижения. Механизм хода надвижения снабжен подпружиненным приводом. Гидроцилиндр с поршнем имеет возвратную пружину. Гидропульсатор сообщен каналами с гидроцилиндром. Гидропресс снабжен распределителем холостого хода. Гибропресс может быть снабжен эксцентриково-шайбовым гидропульсатором с двумя рабочими полостями (силовой и возвратной) и гидроцилиндром. Привод механизма шагового перемещения может быть выполнен в виде винта и шестеренной передачи, имеющей пружинную связь с валом двигателя, или в виде клинового механизма, клин которого перемещается пружиной. 6 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ГИДРОПУЛЬСАЦИОННЫЙ ПРЕСС, содержащий станину, установленный с возможностью поступательного движения ползун, стол, приводной механический исполнительный механизм хода надвижения и средства рабочего пульсирующего хода, включающие гидроцилиндр, шток которого связан с ползуном, и источник переменного давления рабочей жидкости, отличающийся тем, что источник переменного давления рабочей жидкости выполнен состоящим из бака и пульсатора, включающего полый корпус, установленный в полости корпуса приводной ротор с лопастью и перегородку в виде ролика с дуговой лыской, установленного в кольцевом зазоре между корпусом и ротором с возможностью синхронного с ротором вращения, гидроцилиндр расположен вдоль оси ползуна, выполнен поршневым с герметичным уплотнением, с пружиной возвратного хода, при этом полость пульсатора, расположенная с одной стороны от перегородки, связана с баком всасывающим каналом, полость пульсатора, расположенная с другой стороны от перегородки, связана с гидроцилиндром напорным каналом, а гидроцилиндр связан с баком посредством установленного на сливном канале распределителя холостого хода. 2. Пресс по п. 1, отличающийся тем, что механический исполнительный механизм хода надвижения выполнен в виде кривошипно-коленного механизма с пружинным звеном, связанного со столом, привод кривошипно-коленного механизма и привод ротора пульсатора выполнен в виде мотора-редуктора с быстроходным валом для связи с ротором и с тихоходным валом для связи с кривошипно-коленным механизмом. 3. Пресс по п. 1, отличающийся тем, что герметичное уплотнение поршневого цилиндра выполнено в виде мембраны, установленной на штоке поршня. 4. Пресс по п. 1, отличающийся тем, что пульсатор размещен в баке. 5. Гидропульсационный пресс, содержащий станину, установленный с возможностью поступательного движения ползун, приводной исполнительный механизм хода надвижения в виде винтовой пары и средства рабочего пульсирующего хода, включающие гидроцилиндр со штоком и источник переменного давления рабочей жидкости, отличающийся тем, что гидроцилиндр расположен вдоль оси ползуна, выполнен поршневым с пружиной возвратного хода, источник переменного давления рабочей жидкости выполнен состоящим из бака и пульсатора, включающего полый корпус, эксцентрично установленный, в полости корпуса ротор и две перегородки для разделения полости пульсатора на возвратную полость, связанную с баком для рабочей жидкости посредством гидрозамка, и на силовую полость, связанную с полостью поршневого цилиндра и с управляющей полостью гидрозамка, гайка винтовой пары исполнительного механизма хода надвижения выполнена в ползуне, винт выполнен с зубьями на его цилиндрической поверхности, одним концом сочленен с гайкой, а противоположным торцем связан с торцем штока гидроцилиндра посредством самоустанавливающейся опоры, привод исполнительного механизма хода надвижения выполнен в виде гидромотора, кинематически связанного посредством зубчатого зацепления с винтом, и золотника для реверсирования направления вращения гидромотора, при этом вход золотника связан с возвратной полостью пульсатора, а выход - с баком. 6. Гидропульсационный пресс, содержащий станину, установленный с возможностью поступательного движения ползун, установленный под ползуном стол, приводной механический исполнительный механизм хода надвижения ползуна, и средства рабочего пульсирующего хода, отличающийся тем, что средства рабочего пульсирующего хода связаны со столом, приводной механический исполнительный механизм хода надвижения ползуна выполнен состоящим из клина, установленного с возможностью взаимодействия рабочими гранями со станиной и ползуном, узла связи ползуна с клином при возвратном ходе, закрепленной на станине гайки, сочлененного с гайкой винта со штоком для связи с клином при возвратном ходе винта, установленной на штоке винта пружины сжатия для силового взаимодействия винта с клином при прямом ходе и связанного с винтом двигателя. 7. Пресс по п. 6, отличающийся тем, что на станине и на клине выполнены полки, клин связан со станиной и ползун связан с клином посредством подвесов с роликами, при этом ролики установлены на соответствующих полках с возможностью качения.