ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КОВОЧНЫЙ ПРЕСС Российский патент 1997 года по МПК B30B1/32 B21J9/12 

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при создании скоростных высокопроизводительных гидравлических ковочных прессов.

Необходимость повышения быстроходности и производительности ковочных прессов за счет увеличения количества рабочих ходов выдвигает ряд требований к их конструкции.

Прессы традиционной четырехколонной конструкции с верхним расположением рабочих цилиндров при ковке с эксцентричной нагрузкой подвергаются значительной раскачке, что иногда приводит к разрушению колонн.

Для устранения этих давлений созданы конструкции ковочных прессов с нижним расположением рабочих цилиндров (1).

Центр тяжести таких прессов снизился по отношению к опорам пресса, что значительно повысило его устойчивость при эксцентричной ковке.

Опыт эксплуатации процессов с нижним приводом показал и отрицательные стороны такой конструкции. Они заложены в большой массе подвижных частей. Соотношение масс неподвижных и подвижных частей не превышает 1:3, поэтому реализация больших скоростей наталкивается на необходимость строительства дорогостоящих фундаментов, которые наряду с большим заглублением должны противостоять значительным вибрациям, создаваемым подвижной рамой пресса.

Другим направлением повышения быстроходности ковочных прессов является снижение массы подвижных частей. Известна конструкция ковочного пресса с верхним приводом и подвижным рабочим цилиндром, к днищу которого крепится ковочный инструмент (2).

Станина этого пресса выполнена в виде цельнолитой рамы и благодаря меньшей высоте имеет более высокую жесткость, чем рама пресса с нижним приводом. Цилиндр пресса направляется внутри отверстия верхней поперечины рамы. Плунжер цилиндра неподвижен и опирается на поперечину, скрепленную с рамой пресса. Нагрузка, возникающая от перекоса рабочего цилиндра при эксцентричной ковке, замыкается внутри рамы, благодаря повышенной жесткости которой такие прессы могут работать с эксцентриситетом вдвое большем, чем у прессов колонного исполнения.

В этой конструкции подвижной частью является только цилиндр с закрепленным к нему инструментальным набором, и отношение неподвижных частей к подвижным 5 1 вместо 1 3 для прессов с нижним приводом. Как показал технико-экономический анализ и опыт эксплуатации прессов такой конструкции целесообразно строить прессы средних усилий, не превышающих 40 МН.

В то же время уточненный динамический анализ конструкции ковочного пресса усилием 30 МН показал, что главное влияние на динамику работы пресса оказывают массы жидкости, находящиеся в его гидросистеме, а не масса подвижных частей, которая составляет только 5% А вот масса жидкости, находящаяся между дистрибутором и рабочими цилиндрами, составляет 29% (большой столб жидкости образуется в рабочих цилиндрах в конце хода подвижной поперечины), при этом также отмечается, что потери энергии, возникающие вследствие сжимаемости жидкости, составляют 19% из общего расхода энергии в рабочем цикле ковки.

Отсюда следует, что для повышения быстроходности пресса и улучшения его экономических показателей целесообразней идти по пути снижения массы жидкости гидросистемы пресса, а не массы его подвижных частей.

Ковочные прессы с верхним приводом и подвижной поперечиной, направляемой по стойкам станины, по соотношению неподвижных масс к подвижным занимают промежуточное положение между прессами с нижним приводом и прессами с подвижным цилиндром. Эти прессы строятся в основном по традиционной схеме с четырехстроечной станиной.

Прессы с верхним приводом универсальны практически могут быть построены на любую мощность. В качестве привода мощных гидравлических прессов применяются насосно-аккумуляторные станции с водной эмульсией в качестве рабочей жидкости.

Для повышения экономических показателей прессы с таким приводом выполняются со ступенями усилий, образующимися за счет включения в работу разного количества цилиндров.

В большинстве случаев прессы имеют три рабочих цилиндра одинакового диаметра, которые обеспечивают три ступени усилия. На первой ступени, равной 1/3 усилия пресса, включается один средний цилиндр; на второй ступени, равной 2/3 усилия два крайних цилиндра; на третьей ступени работают все три цилиндра. Основное отличие этих прессов, изготавливаемых различными фирмами, заключается в способе направления подвижной поперечины. Полное усилие (усилие третьей ступени) при ковке как правило используется на операции, осадки, а ковочные прессы до 70% машинного времени используют на операции протяжки с использованием второй и, главным образом, первой ступени усилия.

В качестве прототипа изобретения по наибольшему количеству сходных признаков и технической сущности выбран гидравлический ковочный пресс, содержащий станину, выполненную в виде верхней и нижней неподвижных поперечин, стянутых колоннами, подвижную траверсу, направляемую по колоннам, три рабочих цилиндра, размещенные в верхней поперечине, плунжеры которых соединены с подвижной траверсой, возвратные и уравновешивающие цилиндры, а также переходную плиту, жестко скрепленную с подвижной траверсой.

Переходные плиты служат для крепления к ним верхнего ковочного инструмента, ими оснащаются все подвижные траверсы ковочных прессов (3).

При работе ковочного пресса на протяжке и отделки валов (как отмечалось выше эти операции занимают до 70% машинного времени пресса и производится в основном на первой ступени усилия), подвижная траверса опускается в промежуточное или почти в нижнее положение, все три рабочих цилиндров заполняются большим объемом жидкости. Далее жидкость высокого давления подается в средний рабочий цилиндр и производится деформация поковки на величину рабочего хода; на эту же величину хода пополняется жидкость низкого давления боковые рабочие цилиндры. После окончания рабочего хода производится сброс жидкости высокого давления из среднего рабочего цилиндра и подача ее в возвратные цилиндры. Под воздействием усилия возвратных и уравновешивающих цилиндров подвижная траверса совершит на величину обратного хода, при этом жидкость из всех трех цилиндров вытесняется на слив и произойдет перемещение ее большого объема, затем произойдет перемещение ее большого объема, затем цикл повторяется.

При работе гидравлических ковочных прессов развиваются сравнительно высокие скорости перемещений подвижной траверсы (при рабочих ходах до 120 мм/с, а при подъеме и спускании до 300 мм/с) с резкими остановками. В результате происходит повышенная раскачка пресса и гидроудары в гидросистеме пресса отрицательно влияющие на работоспособность и динамику работы пресса, при этом производится снижение скоростей перемещения подвижной траверсы и уменьшение количества ходов в минуту, что вызывает потерю производительности пресса.

Кроме того, при работе пресса на первой ступени, производится перемещение масс всех подвижных частей пресса и всего объема жидкости, находящегося между дистрибутором и рабочими цилиндрами, что вызывает дополнительные энергетические затраты.

Задачей изобретения является повышение производительности и улучшение работоспособности пресса, а также снижение его энергетических затрат.

Реализация поставленных задач достигается за счет того, что при работе пресса на первой степени боковые рабочие цилиндры вместе с подвижной траверсой фиксируются неподвижно в верхнем исходном положении за счет подачи жидкости высокого давления в возвратные цилиндры. При этом средний рабочий цилиндр опирается на промежуточную плиту и установлен в центральное отверстие подвижной траверсы с возможностью вертикального перемещения относительно последней вместе с переходной плитой, плунжер среднего рабочего цилиндра закреплен к верхней неподвижной поперечине, при этом уравновешивающие цилиндры соединены с переходной плитой, которая снабжена направляющими относительно колоны, а в отверстии подвижной траверсы предусмотрены направляющие для среднего рабочего цилиндра.

Таким образом значительная часть (около 2/3) массы жидкости гидросистемы и массы подвижных частей исключаются из перемещений при работе пресса на первой степени усилия.

На чертеже показан общий вид пресса.

Гидравлический ковочный пресс включает станину, воспринимающую рабочее усилие и состоящую из двух неподвижных поперечин верхний 1 и нижней 2, стянутых колоннами 3 с помощью разъемных гаек 4, подвижную траверсу 5 с центральным отверстием 6, направляемую при перемещениях по колоннам с помощью направляющих 7.

Со стороны верхней неподвижной поперечины размещены три рабочих цилиндра средний 8 и боковые 9, а также уравновешивающие цилиндры 10, штоки соединены с переходной плитой; возвратные цилиндры 12 смонтированы на нижней неподвижной поперечине, их плунжера 13 соединяются с кронштейнами подвижной траверсы. С нижней плоскостью 14 подвижной траверсы сопрягается переходная плита 15, которая прижимается к этой плоскости уравновешивающими цилиндрами, находящимися под постоянным давлением жидкости от гидропривода пресса (на чертеже условно не показано).

Средний рабочий цилиндр своим днищем опирается на переходную плиту 15 и соединяется с ней креплением 16, при этом его корпус 17 установлен в центральном отверстии 6 подвижной траверсы 5 с возможностью вертикального перемещения относительно последней вместе с переходной плитой 15.

Плунжер 18 среднего рабочего цилиндра закреплен с помощью гайки 19 к верхней неподвижной поперечине, а в центральном отверстии подвижной траверсы предусмотрены направляющие 20 для среднего рабочего цилиндра. Кроме того переходная плита 15 снабжена направляющими 21 для центровки относительно колонн.

К переходной плите 15 крепится верхний ковочный инструмент (бойки) 22, а на нижней неподвижной поперечине установлен передвижной стол 23, на котором закреплен нижний инструмент 24.

Пресс работает следующим образом.

При ковке на второй ступени усилие, развиваемое двумя боковыми рабочими цилиндрами 9, передается на заготовку через подвижную траверсу 5, промежуточную плиту 15 и верхний боек 22, на третьей степени к усилию, развиваемому двумя боковыми рабочими цилиндрами, подключается усилие, развиваемое средним рабочим цилиндром 8, которое передается на заготовку также через переходную плиту 15 и верхний боек. При подъеме верхнего бойка после рабочего хода все рабочие цилиндры соединяются со сливом, а в возвратном цилиндре 12 подается жидкость высокого давления; усилие, развиваемое возвратными цилиндрами, преодолевая массы подвижной траверсы 5 и плунжеров боковых цилиндров 9, а также сопротивления жидкости в этих цилиндрах, будет совершать подъем подвижной траверсы на заданную величину, при этом одновременно будет подниматься промежуточная плита 15 с прикрепленным к ней верхним бойком 22 под воздействием усилия уравновешивающих цилиндров 10.

При работе пресса на первой ступени усилия возвратные цилиндры 12 постоянно запитываются жидкостью высокого давления от гидропривода пресса, подвижная траверса под воздействием усилия возвратных цилиндров занимает верхнее исходной положение. После подачи заготовки в рабочую зону пресса на нижний боек 24 в средний рабочий цилиндр 8 через отверстие неподвижного плунжера 18 подается жидкость высокого давления от гидропривода, преодолевая усилие уравновешивающих цилиндров корпус 17 среднего рабочего цилиндра 8 вместе с переходной плитой 15 и верхним бойком 22 опустятся сначала до касания с заготовкой, а затем на величину ее деформации до заданного размера, совершая рабочий ход.

После окончания рабочего хода прекращается подача жидкости высокого давления в средний рабочий цилиндр и его полость через отверстие в неподвижном плунжере 13 соединяется со сливом.

Под воздействием усилия уравновешивающих цилиндров 10 переходная плита 15 вместе с верхним бойком 22 совершит подъем на заданную величину, вытесняя жидкость только из полости среднего рабочего цилиндра на слив в гидропривод.

После разворота или подачи заготовки рабочий цикл пресса повторяется до получения необходимой геометрии поковки.

Таким образом, при работе пресса на первой ступени усилия исключаются из перемещений массы подвижной траверсы и плунжеров возвратных и боковых цилиндров, а также масса жидкости, находящаяся между дистрибутором (распределителем гидроуправления) и боковыми рабочими цилиндрами, благодаря чему значительно уменьшаются гидроудары в гидросистеме пресса и его раскачка, появляется возможность увеличить скорости перемещения верхнего бойка, в результате чего повышается производительность пресса, снижение его энергетических затрат и улучшение работоспособности.

Сущность изобретения: гидравлический ковочный пресс содержит станину в виде верхней и нижней неподвижных поперечин, стянутых колоннами. Подвижная траверса пресса выполнена с центральным отверстием. Со стороны верхней поперечины расположены три рабочих цилиндра. С подвижной траверсой сопрягается переходная инструментальная плита. Средний рабочий цилиндр установлен в центральном отверстии подвижной траверсы и опирается на переходную плиту. При этом средний цилиндр соединен с плитой с возможностью их совместного перемещения относительно подвижной траверсы. Плунжер цилиндра закреплен к верхней неподвижной поперечине. Переходная плита выполнена с направляющими относительно колонн. 1 ил.

Гидравлический ковчный пресс, содержащий станину, выполненную в виде верхней и нижней неподвижных поперечин, стянутых колоннами, подвижную траверсу с центральным отверстием, расположенную с возможностью перемещения по колоннам, три рабочих цилиндра, размещенные со стороны верхней неподвижной поперечины, возвратные и уравновешивающие цилиндры и переходную плиту, сопрягаемую с нижней плоскостью подвижной траверсы, отличающийся тем, что средний рабочий цилиндр установлен в центральном отверстии подвижной траверсы с возможностью опоры на переходную плиту и соединен с последней с возможностью их совместного перемещения по направляющим, смонтированным в отверстии подвижной траверсы и на переходной плите в местах ее сопряжения с колоннами, при этом плунжер цилиндра закреплен к верхней неподвижной поперечине, а штоки уравновешивающих цилиндров соединены с переходной плитой.