УЗЕЛ СОЕДИНЕНИЯ ШТОКА С БАБОЙ МОЛОТА Российский патент 1997 года по МПК B21J13/06 

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Конкретное к конструкции кузнечно-штамповочных молотов.

Известен узел соединения штока с бабой молота по изобретению (авт.св. N 1473894, 1987 г. ). Этот узел состоит из конического хвостовика и штока, размещенного в гнезде бабы посредством установленных в зазоре промежуточных: пакетов разрезных колец, полувтулок и разрезной втулки.

Недостатками этого узла является сложность конструкции из-за большого количества деталей, трудность взаимоподгонки (сопрягаемости) контактных поверхностей. В связи с этим долговечность такого узла не может быть достаточно высокой.

Известен так же узел "Устройство для соединения штока с бабой молота" по авт.св. 1639868, 1989 г.

Этот узел содержит конический хвостовик штока, установленный в осевой полости бабы с переходной втулкой. При этом на наружной поверхности втулки у выходного участка выполнены канавки, а внутренняя полость ее сопряжена с хвостовиком штока.

Недостатком этого узла является недостаточная долговечность, поскольку канавки на наружной поверхности втулки, уменьшив поверхность контакта с сопрягаемой поверхностью гнезда, приведут к ускоренному разрушению этих поверхностей из-за повышенных удельных нагрузок и напряжений давления.

Кроме того, известно, что сплошные втулки, применяемые на производственном объединении "Ижсталь" в г. Ижевске, не дают достаточного повышения долговечности такого узла соединения.

Известен узел соединения штока с бабой молота по [1]
Недостатком этого узла так же как и узлов с переходными втулками является небольшая долговечность по причине низкой стойкости штока, (он ломается в сечении выше хвостовика,в непосредственной близости).

Причем небольшая долговечность этого узла с одной стороны определяется не только его высокой сложностью конструкции, но и тем, что в зоне контакта верхней части конуса хвостовика штока с бабой возникают (при совместном изгибе и сжатии) большие растягивающие напряжения, что приводит к усталостным трещинам, которые в конечном счете приводят к разрушениям хвостовика. Наличие пустотелой полости 7 с жидкостью, воспринимающей энергию удара поршня. В этом случае пустотелая часть подвержена давлению жидкости изнутри штока, что приводит к дополнительным растягивающим напряжениям по линии контакта хвостовика с бабой в зоне перехода от конической части и цилиндрической. Таким образом увеличиваются напряженное состояние, что увеличивает вероятность усталостного напряжения штока на уровне верха бабы.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение долговечности узла соединения штока с бабой молота за счет повышения стойкости штока.

Эта задача решается тем, что узел соединения штока с бабой молота, содержащий размещенный в осевом гнезде бабы хвостовик штока, сопряженный с гнездом по конической поверхности, изготовлен так, что на штоке на переходе от конической части к цилиндрической выполнена выемка со скругленным краем, обращенным к конической части, при этом длина l и глубина h выбраны из соотношений

где d_м.хв. максимальный диаметр хвостовика в его верхней части.

Обоснование пределов в соотношениях.

При l/d_м.хв. <0,25 длина выемки l недостаточна, так как при просадке хвостовика штока в глубину гнезда в бабе выемка может полностью войти во внутрь гнезда. В этом случае прекратится положительное воздействие выемки на предотвращение возникновения микротрещин, так как опасная зона поломки штока переместится выше выемки в место, которое будет плотно охвачено входным верхним сечением гнезда.

При l/d_м.хв. > 0,30 длина выемки будет неоправданно большой. Возможность же просадки хвостовика в гнездо ограниченна. Поэтому верхнее входное сечение гнезда не сможет переместиться выше верхней границы такой длинной выемки.

При h/d_м.хв.<0,008 недостаточной будет глубина h выемки, что приведет к снижению достигаемого результата из-за неощутимой малой глубины. Причем при некоторой просадке хвостовика и заглублении выемки в гнездо при изгибах штока при асимметричных нагружениях штока в зоне выемки будет соприкасаться с верхним входными кромками гнезда, что также будет снижать достигаемый результат.

При h/d_м.хв.> 0,012 глубина выемки на штоке будет излишне большой, поскольку достигаемый результат от этого не повысится, а сечение штока в зоне выемки уменьшится и снизит его прочностные характеристики.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого узла соединения штока с бабой молота; на фиг.2 узел 1 этого соединения в увеличенном масштабе; на фиг.3 - известный узел соединения; на фиг.4 условная схема изгиба штока молота и разворота падающих частей (бабы со штампом) при асимметричном ударе верхней половины штока о поковку; на фиг.5 условно схематично показано упруго-деформированное состояние верхней части хвостовика предлагаемого штока; на фиг.6 то же, хвостовика известного штока.

Обозначение позиций: 1 шток (верхняя часть), 2 хвостовик (нижняя часть штока), 3 баба (штамподержатель верхнего штампа), 4 штамп (верхняя половина), 5 штамп (нижняя половина), 6 штамподержатель нижнего штампа, 7 поршень цилиндра для осуществления работы молота, 8 поковка (фиг.4), d^м.хв. диаметр максимальный хвостовика штока, l длина выемки на нижнем конце верхней цилиндрической части штока (до хвостовика), h глубина этой выемки, R радиус округления при переходе от верхней границы штока к выемке; А, B, C, B₁ и C₁ обозначения точек очертаний переходного участка от верхней границы хвостовика к примыкающей к ней части штока предлагаемого узла соединения на фиг.5 и известного узла на фиг.6.

Известный узел соединения штока со штамподарежателем (прототип) изображен на фиг.3, предлагаемый на фиг. 1 и 2 и состоит из примыкающей к хвостовику части 1 штока, хвостовика 2, бабы 3.

Монтаж узла соединения (как известной, так и предлагаемой конструкции) осуществляется так, что хвостовик 2 конусной формы вводится в осевое гнездо (отверстие) бабы 3 и забивается с натягом до верхней границы хвостовика.

В процессе работы молота с помощью поршня 7 (в цилиндре) шток с бабой поднимаются, чтобы затем опустить их вниз и нанести удар верхней половиной штампа 4 по поковке 8, находящейся на нижней половине штампа 5. Такие удары повторяются несколько раз для полного формирования поковки.

Первые удары штампа по поковке приводят нередко к асимметричным (боковым) нагрузкам (из-за несимметричных форм исходной заготовки). Поэтому шток молота может подвергаться упругой изгибающей деформации (см. фиг.4).

При многократных упругих изгибающих деформациях штока возникают усталостные микротрещины, затем макротрещины, приводящие к поломке штока.

Поломка штока, как известно из практики, чаще всего происходит в сечение несколько выше узла соединения (вблизи хвостовика).

Чтобы объяснить и понять механизм образования микротрещин, приводящих к поломке, приведена фиг. 6 (где показан упругий изгиб штока при асимметричном ударе). Для пояснения замедления образования трещин при предлагаемом узле приведена фиг.5.

На фиг. 5 и 6 показаны пунктирной линией очертания хвостовиковой зоны штока до забивки хвостовика в гнездо штамподержателя. Отмечены точки А, В и С. После забивки хвостовика с натягом в гнездо штамподержателя при известном узле (фиг. 6) хвостовик 2 упруго сжат и принял очертания показанные сплошной линией. При этом точки В и С переместились соответственно на место точек В₁ и С₁. Как видно по чертежу, линия АВ₁С₁ длиннее линии АВС. Следовательно, зона АВС в результате подвергнута растяжению, создано предварительно напряженное состояние еще до начала работы. В процессе работы эксцентричной ударной нагрузки и изгиба штока (как показано на фиг.4) напряжения растяжения по линии АВС (АВ₁С₁) еще более возрастут. Это и приводит в результате многократных повторений скачков напряжений к возникновению микро-, а затем макротрещин и в конечном итоге к поломке штока.

При предлагаемом узле соединения штока с бабой (фиг.5) при забивке хвостовика в гнездо первоначальные очертания (показанные пунктиром) по линии точек А, В, С, примут положение (показано сплошной линией) точек AB₁ и C₁. Линия точек AB₁С₁ меньше линии ABC. Значит зона ABC штока подвергнута сжатию (а не растяжению, как в известном узле фиг.6). При изгибе штока вправо ( фиг. 4) зона ABC должна подвергаться (как и в предыдущем случае) растяжению. Предварительное напряжение сжатия в предлагаемом узле AB₁С₁ компенсируется (снимается) при таком изгибе штока. И если изгиб создает большее (сверх компенсации) напряжение, то все равно это будет значительно меньше, чем при известном узле соединения.

В случае изгиба штока влево, то есть в противоположную сторону в отличие от предыдущего, произойдет складывание сжимающих напряжений (включая сжатие от забивки хвостовика в гнездо с натягом), что предпочтительнее растяжения, так как металл лучше противостоит сжимающим напряжениям, чем растягивающим. Следовательно, стойкость и долговечность штока при предлагаемом узле соединения возрастут в значительной степени по сравнению с известным.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к конструкции кузнечно-штамповочных молотов. Сущность изобретения: узел соединения штока с бабой молота содержит размещенный в гнезде бабы хвостовик штока, сопряженный с гнездом по конической поверхности. На штоке на переходе от конической части к цилиндрической выполнена выемка со скругленным краем, обращенным к конической части. Размеры выемки (длину l и глубину h) выбирают из соотношений

где d_м.хв. - максимальный диаметр хвостовика в его верхней части. 6 ил.

Узел соединения штока с бабой молота, содержащий размещенный в осевом гнезде бабы хвостовик штока, сопряженный с гнездом по конической поверхности, отличающийся тем, что на штоке на переходе от конической части к цилиндрической выполнена выемка со скругленным краем, обращенным к конической части, при этом ее длина l и глубина h выбраны из соотношений

где d_{м . х в} максимальный диаметр хвостовика в его верхней части.