Лекція 13. Тема 2.3. Кувальне обладнання: класифікація, характеристика, особливості конструкції, галузь застосування.

Лекція 13.

Тема 2.3. Кувальне обладнання: класифікація, характеристика, особливості конструкції, галузь застосування.

Кувальний молот - обладнання ударної дії. У цьому випадку пластична формозміна заготовки відбувається через комбіновану дію зусилля деформування Р і кінетичної енергії W, яку запасає при своєму переміщенні деформуючий інструмент (бійок). Така енергія, у свою чергу, залежить від маси рухомих частин молота m і швидкості їх зіткнення v з металом заготовки:

W = mv2/2

З наведеної залежності випливає – що вища швидкість рухомих частин молота, то ефективніше виконується деформація. При цьому по заготовці може наносити кілька послідовних ударів бойка з робочим інструментом.

Кувальні молоти переважно застосовуються для пластичного деформування об'ємних заготовок із прутка або зливка. Разом з тим вони широко використовуються і в авіаційній промисловості для обробки тиском листових заготовок із сплавів, що важко деформуються, на основі титану.

Класифікація кувальних молотів може бути проведена за такими параметрами:

1.За типом  енергоносія, який здатний розігнати бойок до необхідної швидкості. Таким енергоносієм можуть бути: пара, стиснене повітря (разом, і окремо), рідина високого тиску, газ або певні механічні вузли в конструкції молота.

2.За конструктивними особливостями молоти можуть випускатися двохстоїчними та одностоїчними.

3.По траєкторії переміщення бойка кувальні молоти можуть бути вертикальними та горизонтальними.

4.За способом створення необхідної енергії деформування кувальні молоти поділяються на молоти простої та подвійної дії.

Молоти часто відносять до обладнання, призначеного переважно для гарячого кування, але це не так. Операції вільного кування – плющення, осадка, протяжка та деякі інші – виконуються молотами, робоча поверхня бойка у яких не має якогось профілю. У той же час, прикріпивши до бойка штамп, успішно проводять і операції гарячого штампування.

Пароповітряні кувальні молоти.

Рисунок 1.Пароповітряний молот: 1 - важіль, 2 - тяга, 3, 4 - золотниковий пристрій для регулювання подачі пари, 5 - робочий циліндр, 6 - поршень, 7 - напрямні, 8 - шток, що з'єднує поршень з бабою, 9 - станина, 10 - баба , 11 - верхній бойок, 12 - нижній бойок, нерухомо закріплений, 13 - шабот, що лежить на дубовій подушці на окремому фундаменті.

Конструкція молотів цього типу включає такі вузли:

• Робочий циліндр, у якому створюється необхідний рух енергоносія;

• Механізм управління, за допомогою якого проводиться цілеспрямована подача енергоносія до робочого циліндра;

• Поршень зі штоком;

• Баба, яка одним кінцем прикріплюється до штока, а на протилежному кінці має посадкову поверхню під гладкий бік, або штамп;

• Дві напрямні стійки;

• Шабот - потужна основа машини.

Такі молоти традиційно мають рамну конструкцію, що відрізняється, з одного боку, стійкістю проти ударних навантажень, що періодично виникають, а, з іншого боку, пружністю. Раму утворюють напрямні стійки (забезпечені пружинами для компенсації відносних переміщень під час удару бойка/штампу по заготовці), підциліндрова плита та шабот. На підциліндрову плиту встановлюється робочий циліндр, до якого підводяться трубопроводи подачі енергоносія – пари. Однак тривалі роки експлуатації парових молотів виявили суттєві недоліки пари – важкі умови роботи вузлів молоту та коваля, а також складніші конструкції паропроводів. Тому в сучасних конструкціях пароповітряних молотів використовується суміш пари зі стисненим повітрям. Пара надходить від котелень, а стиснене повітря – від компресорних станцій. Така комбінація сприяє поліпшенню умов праці, і збільшенню  ККД  устаткування.

Пар запасає необхідну енергію під час свого нагрівання (використовується перегріта пара тиском не нижче 7…9 атмосфер, і температурою не нижче 1110…1200 ⁰С, яка добре стискається), а повітря – внаслідок свого стиску компресорами до тисків не нижче 8…10 атмосфер.

Проходячи трубопроводами, пароповітряна суміш потрапляє у верхню порожнину робочого циліндра, і розганяє поршень до швидкостей щонайменше 7…10 м/с. Кінетична енергія руху частин молота, що падають, — поршня зі штоком і баби з робочим інструментом — при зіткненні з поковкою перетворюється на енергію деформування металу, при цьому ККД процесу досягає 94…98%.

Для здійснення зворотного ходу коваль, використовуючи важелі системи управління, подає енергоносій у нижню порожнину робочого циліндра. При цьому рухливі частини роблять хід угору. Обмеження ходу поршня забезпечується запобіжним клапаном системи управління, яким відсікається подача енергоносія при наближенні поршня циліндра до кришки.

Внаслідок ударного характеру роботи пароповітряних молотів (особливо потужних, які мають сумарну масу падаючих частин від 10 т і більше), його деталі та вузли працюють у несприятливих умовах, а удари рухомих частин спричиняють струс ґрунту. Тому вся конструкція молота розташовується на масивному шаботі: чавунній або сталевій плиті, маса якої повинна бути в 20...30 разів більша, ніж маса частин, що падають.

Для ефективного гасіння вібрацій шабот укладається глибоко в ґрунт на спеціальну дерев'яну подушку, основою якої служить торцеві бруски з міцної деревини (дуба, кедра). Якщо молот буде використовуватися для переходів вільного кування, маса шабота може бути знижена в 1.5 ... 2 рази. Шабот часто виконується у вигляді чотиригранної призми меншою основою вгору: це збільшує стійкість і знижує навантаження на ґрунт.

Пароповітряні молоти відносяться до молотів подвійної дії, оскільки деформуючий вплив створюється як сумарною масою частин, що падають, так і їх швидкістю, яка має максимальне значення при крайньому нижньому становищі баби.

Пневматичні кувальні молоти.

Рисунок 2. Пневматичний кувальний молот: а- загальний вигляд; б- улаштування; в – кінематична схема.1 – бруси; 2-шабот; 3 – клини; 4,5 –нижній і верхній бойки; 6- шток; 7,12 – поршні; 8,13 – компресорні циліндри; 9-11 – крани керування; 14 – шатун; 15 – кривошипний вал; 16 – редуктор; 17 – пасова передача; 18 – електродвигун; 19 – станина; 20,21 – рукоять регулювання.

Таке обладнання відносять до приводних молотів одинарної дії. Маса падаючих частин пневматичних молотів значно менше, ніж пароповітряних, і перевищує 1000 кг. Однак через високу швидкість розгону поршня кінетична енергія такого обладнання досягає 30 кДж, що на 15% перевищує аналогічний показник пароповітряного молоту тієї ж робочої характеристики. Це проявляється меншими питомими втратами енергоносія при  виконанні операцій пластичного деформування.

Принцип дії.

При включенні електродвигуна відбувається стиск повітря у циліндрі компресора. Після досягнення необхідного тиску система управління відкриває шлях енергоносію у верхню порожнину робочого циліндра. Це викликає переміщення штоку (деталь рухається в подовжених напрямних станини) з швидкістю, що постійно зростає. Наприкінці робочого ходу штамп (або гладкий бойок, який прикріплений до баби молота) завдає удару по заготовці і здійснює її деформацію. Сила удару регулюється педаллю, що входить до комплекту системи управління обладнанням. У невеликих молотах замість педалі передбачається робоча ручка.

Конструкція пневматичних молотів компактніша, а довжина трубопроводів – менша, що позитивно позначається на показнику швидкохідності. Крім того, під таке обладнання не потрібен масивний та громіздкий шабот. Ці обставини сприяють поширенню пневматичних молотів у невеликих виробничих цехах, майстеренях, що займаються художнім куванням, а також на ремонтно-інструментальних виробництвах.

Розрізняють пневматичні молоти простої та подвійної дії. У першому випадку баба молоту повертається у своє вихідне положення внаслідок розрідження, яке утворюється в робочому циліндрі під час прямого ходу поршня в циліндрі компресорної установки. В пневматичних молотах подвійної дії передбачається спеціальний розподільчий механізм, який з який з'єднує між собою верхню та нижню порожнини робочого циліндра. Цей механізм керує узгодженим переміщенням обох поршнів: по'єднує між собою верхню та нижню порожнини робочого циліндра.

Поршень компресора рухається вгору, стиснене повітря штовхає поршень робочого циліндра вниз і навпаки. Це, хоч і ускладнює конструкцію молота, проте сприяє більш швидкому переміщенню поршнів, яке не залежить від можливих коливань тиску стисненого повітря в системі.

Основними робочими режимами пневматичних кувальних молотів є:

• холостий перебіг баби (використовується під час перевірки працездатності устаткування);

• утримування баби навісу (характеризується невеликими по амплітуді коливаннями бойка, і використовується переважно при кантуванні заготовок);

• притискання поковки (відрізняється тривалим перебуванням баби у своєму крайньому нижньому положенні, і сприяє кращому оформленню розмірів поковки, особливо з високовуглецевих сталей);

• поодинокий удар;

• автоматичні удари, що завдаються послідовно.

Контрольні питання.

1.Яке обладнання вважають кувальним?

2.Поясніть суть роботи пароповітряного молоту.

3.Поясніть суть роботи пневматичного молоту.

4.Складіть кластер про класифікацію кувальних молотів.

5.Чи можливо здійснювати штампування на кувальних молотах?