Молоты для ковки и штамповки

Классификация молотов: по технологии и конструкции

Кузнечные молоты — это не просто «ударить и готово». Это сложные машины, где каждая деталь работает на результат. По технологическому признаку их делят на три группы: ковочные (свободная ковка), штамповочные (объёмная штамповка) и листоштамповочные (работа с листовыми материалами).

Почему это важно? Потому что от типа молота зависит, какую деталь вы сможете сделать. Медицинский инструмент из труднодеформируемых сплавов? Слесарно-монтажный инструмент из стали? Тонкие или массивные поковки? Для каждой задачи — свой молот.

Заметьте: ударный характер деформирования — это не недостаток. Это преимущество для многопереходной горячей штамповки. Там, где нужна энергия, сосредоточенная в мгновении.

Принцип действия: как работает ударная энергия

Принцип работы молота прост и гениален одновременно. Рабочие массы разгоняются до скорости, которая обеспечивает накопление кинетической энергии — эффективной энергии молота. Эта энергия используется для деформирования поковки ударом во время рабочего хода.

Исполнительное звено — ударная масса (баба) с закреплённым бойком или штампом. Баба, штамп, шток и поршень рабочего цилиндра образуют массу рабочих частей. Скорость при ударе — 5…9 м/с. Частота ударов — 60…80 мин⁻¹.

А теперь — важный нюанс. Удар создаёт вибрации. Чтобы они не разрушали фундамент и не мешали соседнему оборудованию, молоты устанавливают на виброизолированных фундаментах. Например, конструкции фирмы GERB (Германия). Это не опция. Это необходимость.

Простого и двойного действия: в чём разница

По кратности действия энергоносителя молоты делятся на две группы. И разница между ними — не в названии, а в физике процесса.

• ✓ Простого действия: движение вниз — под действием силы тяжести рабочих частей. Работа силы тяжести переходит в кинетическую энергию для деформирования. Возвратный ход (подъём) — гибкими связями (канат, цепь) или пневмо-/гидроцилиндрами.
• ✓ Двойного действия: движение вниз — под действием двух факторов: силы тяжести рабочих частей + энергии воздуха (пара), газа или жидкости. Больше энергии = больше возможностей.

Что выбрать? Зависит от задачи. Для лёгких поковок хватит простого действия. Для сложных, энергоёмких операций — двойное.

Шаботные и бесшаботные: борьба с вибрацией

Существенный признак молотов — конструктивное исполнение шабота (детали, воспринимающей удар рабочей массы).

Молоты с неподвижным перед ударом шаботом (жёстким или виброизолированным) называют шаботными. С подвижным, двигающимся навстречу шаботом — бесшаботными. К бесшаботным относятся также импакторы — молоты с горизонтальным встречным движением двух масс.

Почему это важно? У шаботных молотов без виброизоляции часть энергии передаётся на основание и грунт. Это вызывает неблагоприятные вибрации. Виброизолированный шабот уменьшает передаваемую энергию. Бесшаботные молоты почти не воздействуют на основание при ударе.

Выбор конструкции — это выбор между стоимостью и комфортом эксплуатации. Иногда вибрация — это не просто шум. Это риск для точности и долговечности всего цеха.

Конструкция станины: доступ к рабочему пространству

По конструкции станины молоты могут быть одностоечные и двухстоечные. Ковочные молоты выполняют одностоечными и двухстоечными с арочными и мостовыми станинами — это обеспечивает свободный доступ к рабочему пространству для манипулирования поковкой. Штамповочные молоты — двухстоечные.

Простая логика: чем сложнее манипуляции с заготовкой, тем больше нужно пространства. И тем продуманнее должна быть конструкция станины.

Паровоздушные молоты: классика, которая ещё работает

Основные размерные и главные параметры молотов регламентируются государственными стандартами. Главный размерный параметр конструкций с неподвижным шаботом — масса рабочих частей. Размерные ряды составлены по геометрической прогрессии со знаменателем 1,6 (например, паровоздушные штамповочные молоты с массой рабочих частей 630…25 000 кг).

Эффективная кинетическая энергия, развиваемая ударной массой перед ударом, — второй главный параметр. Для паровоздушных штамповочных молотов — 16…80 кДж.

Паровоздушные штамповочные молоты отечественной конструкции (ОАО «Воронежпресс», ОАО СКМЗ, ЗАО НКМЗ) с массой рабочих частей 1000…25000 кг широко применялись в массовом производстве на заводах автотракторной промышленности (ГАЗ, ЗиЛ, ЧТЗ). Они могут работать на перегретом паре или сжатом воздухе.

Энергетическая эффективность при работе на паре — очень низкая, 5–7%. На сжатом воздухе — несколько выше. Но даже с этим недостатком паровоздушные молоты остаются на вторичном рынке: модели МА2140, МА2143 с массой и кинетической энергией рабочих частей 1000 кг/26 кДж, 2000 кг/50 кДж и другие.

На вторичном рынке также предлагаются молоты с толстым штоком фирмы Beche (Германия): модели KGL 1,6 (1600 кг, 16 кДж), KGL 2 (2000 кг, 20 кДж), KGL 315 (3150 кг, 31,15 кДж) и др.

Бесшаботные молоты для крупных задач

Для крупных молотов применяют конструктивную схему со встречным движением двух рабочих масс, связанных механическим или гидравлическим механизмом. Ударные нагрузки не передаются на основание. Такие молоты относят к бесшаботным.

Самый крупный бесшаботный молот с двумя массами по 150 000 кг и энергией удара 150 кДж (паровоздушный привод, гидравлическая связь ударных масс) разработан ВНИИМетмаш и изготовлен ЗАО НКМЗ. Впоследствии конструкция модернизирована и обеспечивает энергию удара до 250 кДж.

На вторичном рынке фирма Beche предлагает бесшаботные молоты с гидравлическим механизмом связи масс: модели DGH 4 (две массы по 4000 кг, 40 кДж), DGH 8 (8000 кг, 80 кДж), DGH 10 (10 000 кг, 100 кДж), DGH 13 (13 000 кг, 130 кДж).

Фирма Huta Zygmund (Чехия) предлагает бесшаботный молот модели МРМ 16000 В (две массы по 16 000 кг, 160 кДж).

Горизонтальные бесшаботные молоты с пневматическим приводом получили название импакторов. Импакторы с горизонтальным механизмом для перемещения поковок по позициям штамповки и программным управлением изготавливает фирма Chambersburg (США).

Газогидравлические и гидравлические: новый стандарт эффективности

В современном производстве паровоздушные штамповочные молоты заменяют гидравлическими и газогидравлическими молотами. Энергетическая эффективность последних — на порядок выше. Также их заменяют винтовыми прессами и кривошипными горячештамповочными прессами. Паровоздушные ковочные молоты заменяют гидравлическими молотами и ковочными прессами.

Эти машины оборудуются системами программного управления, обладают высокой энергетической эффективностью. Прогресс налицо.

Принцип работы газогидравлических молотов

В последние десятилетия получают распространение новые конструкции газогидравлических и гидравлических молотов с программным управлением. Конструкции разработаны фирмами Massey (UK), Lasco, Banning (Германия), ZDAS (Чехия).

Энергоносителем в газогидравлических молотах служит сжатый газ — азот. Действуя на поршень рабочего цилиндра, он ускоряет рабочие части молота, сообщая им кинетическую энергию, необходимую для штамповки или ковки. Для возвратного хода применяют жидкость под давлением (минеральное или синтетическое масло, водные эмульсии), которая воздействует на кольцевую площадь поршня.

В гидравлических молотах на поршень рабочего цилиндра воздействует жидкость под давлением от насосов и аккумуляторов. Энергия давления жидкости при разгоне массы рабочих частей переходит в кинетическую энергию. Возвратный ход — так же, как у газогидравлических.

Скорость при ударе — 5…6 м/с. Частота ударов — 60…80 мин⁻¹. В России промышленный образец газогидравлического молота с массой рабочих частей 1000 кг впервые изготовлен и испытан на предприятии ОАО «Инструментальный завод» (Новосибирск). Подобные конструкции предлагает КНР.

Пример реконструкции: на ОАО ТПМ (Рязань) проведена реконструкция паровоздушного ковочного молота массой рабочих частей 1300 кг с арочной станиной на основе привода КНР.

На вторичном рынке фирма Eumuco (Германия) предлагает молоты моделей HOG 25a (2500 кг, 25 кДж), HOG 100a (10000 кг, 100 кДж) и др.

Пневматические ковочные: для малых серий и ремонта

Приводные пневматические ковочные молоты применяют для ковки различных поковок в индивидуальном и мелкосерийном производства, ремонтных подразделениях крупных предприятий и в кузницах малых предприятий.

Они работают на сжатом воздухе, поступающем от встроенного компрессора с электродвигателем. Управление молотом — ручное, с помощью поворотных кранов, изменяющих сечение каналов, соединяющих попарно верхние и нижние полости компрессорного и рабочего цилиндров.

Это требует высокой квалификации оператора. При движении поршня компрессора вследствие изменения объёмов нижней и верхней полостей компрессорного цилиндра воздух перетекает в соответствующие полости рабочего цилиндра. Это вызывает движение рабочего поршня с верхним бойком, закреплённым на штоке рабочего цилиндра.

Скорость при ударе — 4,5…5 м/с. Частота ударов — 50…60 мин⁻¹, в отдельных конструкциях — 95…220 мин⁻¹ (согласно ГОСТ 71285). Масса рабочих частей — 75…400 кг.

Отечественные производители:

• ★ ОАО «Воронежпресс» (Воронеж): серия МБ41, масса рабочих частей и энергия удара от 150 кг/2,5 кДж до 1000 кг/30 кДж
• ★ ОАО АМЗКПО «АКМА» (Астрахань): серия МВ41, от 50 кг/9 кДж до 250 кг/5,6 кДж
• ★ ЗАО «НелидовПрессМаш» (Нелидово): серия МА4129

На вторичном рынке также предлагаются молоты отечественных предприятий и фирмы Beche (Германия): модели LG 5 (650 кг, 6,5 кДж), LG 6 (1000 кг, 10 кДж).

Высокоскоростные молоты: когда нужна экстремальная скорость

Высокоскоростные молоты конструкции фирм Dynapack (США), ЭНИКМАШ ОАО «Воронежпресс» (Воронеж) применяются в опытных производствах авиапромышленности.

Энергоносителем газовых высокоскоростных молотов является азот, находящийся под высоким давлением в специальной полости над рабочим поршнем. При отрыве поршня от торцевого уплотнителя сжатый газ, воздействуя на поршень и верхнюю крышку цилиндра, вызывает разгон рабочих частей и реактивно — станины с цилиндром.

При разгоне рабочих частей и встречном движении станины внутренняя энергия газа переходит в кинетическую энергию движения масс. Молоты применяют для однопереходной штамповки поковок сложной геометрии.

Скорость при ударе — 18…20 м/с. Частота циклов — 5…10 мин⁻¹. Бесшаботные высокоскоростные молоты моделей М7344…М4354 с энергией удара от 16 до 63 кДж изготавливает ОАО «Воронежпресс» (Воронеж).

Газовые молоты Petroforge: принцип ДВС

Газовые молоты Petroforge (UK) работают по принципу двигателей внутреннего сгорания. Энергоносителем является смесь жидкого горючего вещества с воздухом. Скорость при ударе — до 15…20 м/с. Частота ударов — 50…60 мин⁻¹.

Пневматические листоштамповочные молоты серии МЛ с массой рабочих частей 2820…9320 кг для штамповки эластичной средой в свинцово-цинковых штампах предлагает АМЗКПО «АКМА» (Астрахань).

Что в сухом остатке? Кузнечные молоты — это не архаика. Это эволюционирующая технология. От паровоздушных к газогидравлическим. От ручного управления к программному. От борьбы с вибрацией к её исключению.

Заметьте: выбор молота — это не просто «взять мощнее». Это баланс между энергией удара, точностью, вибрационной нагрузкой, стоимостью эксплуатации и квалификацией оператора. Инженерная задача, а не покупка «на глаз».

А в кузнечном производстве, где каждая поковка — это не просто деталь, а результат многопереходной технологии, именно такой подход даёт качество. Не удача. А расчёт.

Бочаров Ю.А.

Проф., д.т.н. МГТУ им. Н.Э.Баумана

 

 

Литература:

1. Бочаров Ю.А. Кузнечно­штамповочное оборудование. – М.: Академия, 2008. – 480 с.

2. Машиностроение: энциклопедия. – Т. IV: Машины и оборудование кузнечноштамповочного и литейного производства / [Ю.А. Бочаров, И.В. Матвеенко и др. ; под ред. Ю.А. Бочарова и И.В. Матвеенко]. – М.: Машиностроение, 2005.– 960 с.

3. PRESS TRADE pressenhandel GmbH, http://www.presstrade.com