Молоты для ковки и штамповки

По технологическому признаку молоты разделяют на ковочные (для свободной ковки), штамповочные (для объемной штамповки) и листоштамповочные (для штамповки листовых материалов).

Принцип действия молотов заключается в разгоне рабочих масс до скорости, обеспечивающей накопление кинетической энергии, которая называется эффективной энергией молота, и использования ее для деформирования поковки ударом во время рабочего хода. Ударный характер деформирования благоприятен для многопереходной горячей объемной штамповки массивных и тонких изделий, таких как слесарномонтажный и медицинский инструмент из стали и трудно деформируемых сплавов. Исполнительным звеном служит ударная масса (баба) с закрепленным на ней бойком или штампом. Баба, штамп, шток и поршень рабочего цилиндра образуют массу рабочих частей. Скорость рабочих частей при ударе 5…9 м/с, частота ударов – 60…80 мин1. Для снижения уровня вибраций, возникающих при ударе молоты устанавливают на виброизолированных фундаментах, например, конструкции фирмы GERB (Германия).

Молоты по кратности действия энергоносителя разделяются на две группы: простого действия и двойного действия.

У молотов простого действия движение вниз происходит под действием силы тяжести рабочих частей. Работа силы тяжести переходит в кинетическую энергию, используемую для деформирования поковки. Возвратный ход (подъем) рабочих частей осуществляется гибкими связями (канат, цепь) или пневматическими и гидравлическими цилиндрами.

У молотов двойного действия движение вниз осуществляется под действием двух факторов: силы тяжести рабочих частей и энергии, воздуха (пара), газа, жидкости.

Существенным признаком молотов является конструктивное исполнение шабота или детали, воспринимающей удар рабочей массы. Молоты с неподвижным перед ударом шаботом (жестким или виброизолированным) называют шаботными, а с подвижным, двигающимся навстречу шаботом, — бесшаботными. К бесшаботным молотам относятся также импакторы — молоты с горизонтальным встречным движением двух масс.

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

У шаботных молотов без виброизоляции шабота часть энергии передается на основание и грунт, вызывая неблагоприятные вибрации. Виброизолированный шабот уменьшает энергию, передаваемую на основание. Бесшаботные молоты почти не воздействуют на основание при ударе.

Основные размерные и главные параметры молотов регламентируются государственными стандартами.

Главным размерным параметром конструкций молотов с неподвижным шаботом служит масса рабочих частей. Размерные ряды молотов 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, является вторым главным параметром молотов с неподвижным шаботом. Например, для паровоздушных штамповочных молотов эффективная кинетическая энергия 16…80 кДж.

В зависимости от типа привода различают паровоздушные, пневматические, газовые, гидравлические молоты. Паровоздушные штамповочные молоты отечественной конструкции ОАО "Воронежпресс" (Воронеж), ОАО СКМЗ (Старокраматорский завод, Украина) и ЗАО НКМЗ (Новокраматорский завод, Украина) 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. Пар поступает к рабочему цилиндру по трубопроводу от паровых котлов или турбин теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), сжатый воздух – от компрессорных станций. Энергетическая эффективность молотов при работе на паре очень низкая 5 – 7%, на сжатом воздухе несколько выше. На вторичном рынке предлагаются паровоздушные штамповочные молоты отечественных конструкций моделей МА2140, МА2143 с массой и кинетической энергией рабочих частей соответственно 1000 кг и 26 кДж, 2000 кг и 50 кДж и другие.

На вторичном рынке предлагаются молоты с толстым штоком фирмы Beche (Германия) моделей KGL 1,6 (масса рабочих частей 1600 кг, энергия удара 16 кДж), KGL 2 (2000 кг, 20 кДж), KGL 315 (3150 кг, 31,15 кДж) и др.

Для крупных молотов применяют конструктивную схему со встречным движением двух рабочих масс, связанных механическим или гидравлическим механизмом так, что ударные нагрузки не передаются на основание. Такие молоты относят к бесшаботным. Самый крупный бесшаботный молот с двумя массами 150 000 кг и энергией удара 150 кДж с паровоздушным приводом и гидравлической связью ударных масс разработан ВНИИМетмаш и изготовлен ЗАО НКМЗ. Впоследствии конструкция модернизирована и обеспечивает энергию удара до 250 кДж.

На вторичном рынке предлагаются бесшаботные молоты с гидравлическим механизмом связи масс фирмы Beche моделей DGH 4 (две ударные массы по 4 000 кг, энергия удара 40 кДж), DGH 8 (8 000 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 ударные массы по 16 000 кг, энергия удара 160 кДж).

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

В современном производстве паровоздушные штамповочные молоты заменяют гидравлическими и газогидравлическими молотами, энергетическая эффективность которых на порядок выше, а также 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.

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

Энергоносителем в газогидравлических молотах служит сжатый газ – азот, который, действуя на поршень рабочего цилиндра, 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 рабочих частей осуществляется так же, как и у газогидравлических молотов. Скорость при ударе 5…6 м/с, частота ударов 60…80 мин1. В России промышленный образец газогидравлического молота с массой рабочих частей 1000 кг впервые изготовлен и испытан на предприятии ОАО «Инструментальный завод» (Новосибирск). Подобные конструкции предлагаются КНР.

Например, 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.

Приводные пневматические ковочные молоты применяют для ковки различных поковок в индивидуальном и мелкосерийном производстве, ремонтных подразделениях крупных производств 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 объемов нижней и верхней полостей компрессорного цилиндра воздух перетекает в соответствующие полости рабочего цилиндра, что вызывает движение рабочего поршня с верхним бойком, закрепленном на штоке рабочего цилиндра. Скорость при ударе 4,5…5 м/с, частота ударов 50…60 мин1, в отдельных конструкциях (95…220) мин1 согласно ГОСТ 71285, масса рабочих частей 75…400 кг. Молоты серии МБ41 с массой рабочих частей и энергией удара от 150 кг и 2,5 кДж до 1000 кг и 30 кДж изготавливает ОАО "Воронежпресс" (Воронеж), серии МВ41 с массой рабочих частей и энергией удара от 50 кг
и 9 кДж до 250 кг и 5,6 кДж изготавливает ОАО АМЗКПО «АКМА» (Астраханский машиностроительный завод по выпуску кузнечнопрессового оборудования»), серии МА4129 предлагает
ЗАО «НелидовПрессМаш» (Нелидово).

На вторичном рынке предлагаются молоты отечественных предприятий и фирмы Beche (Германия) моделей LG 5 с массой рабочих частей 650 кг, энергией удара 6,5 кДж, LG 6 (1000 кг и 10 кДж);

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 мин1. Бесшаботные высокоскоростные молоты моделей М7344…М4354 с энергией удара от 16 до 63 кДж изготавливает ОАО "Воронежпресс" (Воронеж).

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 мин1.

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

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