Кузнечно-прессовое оборудование: классификация и устройство

Машины для выполнения ковочно-штамповочных операций (так вернее, ибо какое-либо оборудование обычно создаётся под разработанную технологию, а не наоборот) — распространённый вид устройств для металлообработки.

Например, на машино- и приборостроительных предприятиях или заводах по производству металлоконструкций на каждые 5 металлорежущих станков обязательно приходится одна единица оборудования для обработки давлением. Причём не только металлов: например, те же ПЭТ-бутылки производятся на термопластавтоматах, которые тоже представляют специализированное штамповочное оборудование.

Виды кузнечно-прессового оборудования

Всё многообразие конструкций и схем кузнечно-штамповочного оборудования (КШО) классифицируют по следующим показателям:

По температуре обрабатываемой заготовки

Машины для ковки, горячей штамповки, холодной листовой штамповки, холодной объёмной штамповки.

По виду операций, которые выполняются на машине

Различают заготовительное, основное КШО, а также КШО для заключительных стадий обработки давлением.

По способу подачи и удаления изделий из зоны обработки

Неавтоматизированное оборудование, штамповочные комплексы, машины-автоматы, автоматизированные штамповочные линии.

По типу энергоносителя

В качестве которого может использоваться электроэнергия, сжатый воздух, пар, жидкость высокого давления, а также несколько указанных источников одновременно.

По характеру обработки металла

Выделяют машины статического и динамического действия. Сюда же принято относить и установки для высокоэнергетической штамповки.

По основному технологическому параметру

Которым может быть номинальное усилие (для механических прессов), предельное усилие (для гидравлических и пневматических прессов), крутящий момент (для машин ротационного действия), энергия удара (для молотов).

Все остальные классификационные признаки — последовательность размещения основных узлов

Способ управления и т.д. — носят вспомогательный характер

Следует отметить: в вопросах названия определённых типов КШО элемент терминологической путаницы вносят различия в обозначениях технологических процессов, которые исторически приняты в отечественной и иностранной профильной литературе.

Аналогично случилось и с термином forging (в иностранной литературе понятие hot forging практически не употребляется: всё, что не делает cold forging, автоматически зачисляется в горячештамповочное оборудование). Таким образом, следует точно различать принципиальные различия в областях применения КШО у нас в стране, и за рубежом, и использовать их в дальнейшем:

Оборудование для ковки

Ковка, как операция горячей обработки штучных заготовок давлением, отличается от горячей штамповки тем, что в последнем случае для формоизменения металла обязательно нужна технологическая оснастка — штамп. Чисто ковочное КШО предназначается для заготовительных операций — чаще осадки, расплющивания, открытой прошивки — а потому не содержит повышенных требований к точности полуфабриката (который в дальнейшем ещё будет обрабатываться различными способами, в том числе, и штамповкой). Поэтому оно должно обеспечивать лишь необходимую мощность формоизменения.

Для горячей ковки металла

Применяются два различных вида КШО: ковочные молоты (см. рис. 1) и гидравлические прессы (см. рис.3). Крупные ковочные молоты могут использовать в качестве энергоносителя пар и сжатый воздух, мелкие — только сжатый воздух (см. рис.2). Гораздо реже используются газовые и гидравлические молоты. Молоты имеют преимущественно вертикальную компоновку.

Рисунок 1 — ковочный паровоздушный молот

Поскольку при ковке создаются большие динамические нагрузки, то фундамент ковочного молота с подштамповой плитой обычно отделяется от остальных его узлов, что хорошо заметно на рис.1.

Рисунок 2 — Пневматический ковочный молот.

Молоты

Для свободной ковки отечественного производства маркируются буквой М/МА и четырьмя цифрами, две первых определяют тип энергоносителя (13,15 — паровоздушный молот, 41 — пневматический молот). Две последних цифры обозначают основной параметр оборудования — массу падающих частей в тоннах. Например, марка молота МА 4134 соответствует пневматическому молоту с массой падающих частей (мпч) 250 кг, а М1345 — паровоздушному молоту с мпч 3150 кг.

Гидравлические прессы

Применяются для горячей ковки заготовок, которые отличаются особо большими габаритными размерами. Например, поковку вала океанского судна куют с несколькими нагревами металла в течение суток и даже более. В молоте такая заготовка не сможет разместиться, поэтому деформацию производит ползун ковочного пресса. Такое оборудование отличается весьма большими габаритными размерами, поскольку только в таком случае можно обеспечить необходимое давление на металл.

Для механизации

Транспортных операций — подачи, кантовки заготовки в процессе ковки и т.д. — применяются специальные манипуляторы, которые могут быть безрельсового (для сравнительно небольших поковок) и рельсового типа.

Маркировка ковочных

Гидропрессов отечественного производства выполняется буквой П, после которой указываются конструктивное исполнение пресса (первые две цифры) и его номинальное усилие в тоннах (вторые две цифры). Например, марка ПБ1341 соответствует ковочному гидропрессу усилием 12500 кН.

Рисунок 3 — Ковочный гидравлический пресс с манипулятором.

Оборудование для горячей объёмной штамповки

Точность горячей штамповки должна быть по определению выше, чем ковки: во многих случаях непосредственно после деформирования деталь не нуждается в последующей доработке.

Поэтому класс горячештамповочного оборудования дополняется, кроме штамповочных молотов, ещё кузнечными бульдозерами, кривошипными горячештамповочными прессами (КГШП) и горячештамповочными автоматами. В эксплуатации продолжает оставаться некоторое количество горизонтально-ковочных машин (ГКМ).

Паровоздушные

Штамповочные молоты конструктивно отличаются от ковочных меньшими значениями энергии удара и более жёсткой конструкцией, которая связывает между собой шабот, подштамповую плиту и стойки молота (в которых перемещается баба) в единую топологическую систему.

Даже при использовании мощных паровоздушных штамповочных молотов (ППШМ) по заготовке приходится наносить несколько ударов, пока она не приобретёт форму, установленную штампом. Горячая штамповка выполняется обычно с одного нагрева, поэтому скорость деформирования имеет очень большое значение. Поэтому все ППШМ — молоты двойного действия, в которых баба дополнительно разгоняется основным энергоносителем. Фото общего вида ППШМ с сомкнутым штампом представлено на рис. 4.

Рисунок 4 — Паровоздушный штамповочный молот.

ППШМ

Простые с конструктивной точки зрения машины, но надлежащую точность горячей объёмной штамповки они не всегда обеспечивают. Причины:

• Вибрация элементов оборудования и штампа;
• Остывание поковки при многократных ударах бабы молота;
• Износ рабочих элементов гравюры штампа.

Виду этого штампы на КГШП — составные (а не цельные, как на молотах), и представляют собой совокупность отдельных вставок, которые располагаются в последовательности, соответствующей стадиям деформирования заготовки. Это облегчает переналадку штампа, оптимизирует время вспомогательных операций и снижает вибрации при работе оборудования.

Фото общего вида современного КГШП представлено на рис. 5.

Рисунок 5 — КГШП номинальным усилием 165 МН.

Маркировка

Такого оборудования отечественного производства также представляет собой комбинированное буквенно-цифровое обозначение: первой идёт буква К, последующие две первых цифры (80 или 85) указывают на конструктивные особенность машины, а две последних — на её номинальное усилие. Например, КГШП модели КБ8544 обладает номинальным усилием 25 МН.

В условиях массового производства

Мелких и средних поковок типа толкателей клапанов, железнодорожных костылей, крупных метизов экономически целесообразно применять горячештамповочные автоматы (ГША).

В отличие от ГКМ

Эти машины имеют встроенный механизм перемещения полуфабриката от одной позиции к другой, включают в себя узлы автоматической подачи и удаления отштампованных изделий, а также оснащаются встроенными электронагревательными установками (см. рис. 6). Мировыми лидерами в производстве такого КШО являются фирмы Hatebur (Швейцария), Malmedie (Бельгия-Нидерланды) и Peltzer (Германия).

Рисунок 6 — Общий вид горячештамповочного комплекса на базе ГША модели АМР-70.

Свою нишу в производстве поковок методом горячей объёмной штамповки достойно заполняют винтовые прессы с дугостаторным приводом (см. рис. 7).

Эти машины сочетают в себе принципы статического и динамического деформирования, поскольку работают со скоростями ниже, чем молоты, но выше, чем КГШП. Штамповка происходит перемещающимся внгих винтом, который получает движение от гайки, раскручиваемой специализированным дугостаторным двигателем с бегущим электромагнитным полем.

Винтовые прессы

Применяются для производства поковок из алюминиевых сплавов, мелких и средних стальных поковок, изделий, которые имеют тонкие рёбра и перемычки. Из-за простоты управления, возможности автоматизации и низкой стоимости винтовые машины нашли широкое применение и в холодной штамповке.

Например, обозначение АКФ 1730 указывает на автоматизированный комплекс на базе винтового пресса с дугостаторным приводом номинальным усилием 1 МН.

Рисунок 7 — Винтовой пресс с дугостаторным приводом усилием 1600 кН.

Кузнечные бульдозеры

(или горизонтально-гибочные машины, см. рис. 8) применяются для горячей гибки заготовок из толстой полосы.

Это — оборудование, которое отличается простотой конструкции и высокими эксплуатационными показателями. Используются кузнечные бульдозеры преимущественно в средне- и мелкосерийном производстве, поскольку не отличаются высокой производительностью.

Их маркировка

Включает в себя букву И (этот индекс присваивается всем видам КШО, которые выполняют гибку заготовок) и 4 цифры; две последние традиционно указывают на номинальное усилие оборудования. Например, И1230 — горизонтально-гибочная машина усилием 1000 кН.

Рисунок 8 — Горизонтально-гибочная машина.

Оборудование для холодной штамповки

Холодноштамповочное КШО различают по выполняемым операциям, среди которых:

1. Разделительные/заготовительные.
2. Штамповка листового материала.
3. Штамповка из полосы или ленты.
4. Формообразующие операции с листовым металлом (вытяжка, гибка).
5. Холодная объёмная штамповка — выдавливание, высадка.
6. Комбинированная штамповка из листа — листообрабатывающие центры.

В качестве заготовительного оборудования используются кривошипные или дисковые ножницы. Первые могут резать как сортовой, так и профильный прокат, в то время, как дисковые ножницы предназначены для роспуска только тонколистового металла в виде рулонов или широкой ленты.

Сортовые ножницы

Для резки прутка чаще встречаются в цехах горячей или холодной объёмной штамповки. Они представляют собой однокривошипные механические прессы с устройствами для подачи прутка и его удерживания во время разрезания.

Листовые ножницы

Машины горизонтального исполнения, которые оснащаются двумя шатунами, поскольку зона реза должна быть несколько больше ширины листа. Листовые ножницы могут иметь гидравлический привод, что используется в моделях, работающих с металлом толщиной более 16 мм.

Комплексы

На базе кривошипных ножниц оснащаются приводными рольгангами, поворотными столами и другими механизмами, снижающими трудоёмкость резки.

Например, модель Н1830 — кривошипные сортовые ножницы усилием 1000 кН, а НК3414 — листовые ножницы для резки листа толщиной до 2,5 мм. Внешний вид оборудования представлен на рис. 9, 10, 11.

Рисунок 9 — Многодисковые ножницы.

Рисунок 10 — Сортовые ножницы.

Рисунок 12 — Листовые ножницы с наклонным ножом

Листовую холодную штамповку ведут на механических или гидравлических прессах вертикального исполнения

Механические прессы различаются по следующим характеристикам

Количеству кривошипов

Один, два или четыре.

По форме станины

Открытая или закрытая.

По количеству стоек

Одна или две.

По наличию или отсутствию узлов

Автоматизации штамповки.

По количеству ползунов

Простого или двойного действия.

Для операций листовой штамповки, не требующих большого хода ползуна (пробивка, вырубка, гибка, неглубокая вытяжка) используются однокривошипные открытые прессы вертикального типа. Для глубокой вытяжки применяют прессы двойного действия.

Гидравлические прессы в холодной штамповке используются реже, поскольку не отличаются высокой производительностью.

Общей тенденцией для холодноштамповочного КШО считается удобство управления оборудованием, для чего прессы часто оснащают автоматическими подачами, сбрасывателями, питателями.

Кривошипные механические прессы

Отечественного производства маркируются буквой К, а гидравлические — буквой Г. Принцип формирования остальных символов в маркировке не отличается от рассмотренного выше.

Отдельную категорию холодноштамповочного КШО составляют

Листообрабатывающие центры

Они особенно эффективны в условиях мелкосерийного производства, когда из одного и того же листа можно штамповать (в основном, вырубкой и пробивкой) одновременно несколько различных по конфигурации деталей. Такое оборудование имеет роторное исполнение.

Типовые представители КШО для холодной листовой штамповки представлены на рис. 13, 14, 15.

КШО

Для холодной объёмной штамповки разделяют на две группы

Прессы для холодного выдавливания, а автоматы для холодной высадки.

Первую группу составляют

Вертикальные (реже — горизонтальные) прессы с механическим или гидравлическим приводом. Поскольку при холодном выдавливании требуется развивать большие технологические усилия, обеспечивая оборудованию одновременно и значительную жёсткость, то вместо традиционной кривошипной схемы в данном случае применяется схема кВ кривошипно-коленчатым механизмом.

Она даёт возможность при сравнительной компактности конструкции обеспечивать необходимые нагрузки деформирования заготовки. Такие машины маркируются обозначением К00 или К83/82 (последние две цифры, которые здесь не указаны, определяют номинальное усилие пресса).

Для накатывания резьбы на полуфабрикатах

Выпускаются резьбонакатные станки. Они могут быть трёх исполнений:

Плашечного

Где резьба получается работой двух плашек — подвижной и неподвижной:

Роликового

Пригодного для накатки резьбы на изделиях без головки;

Планетарного

При котором накатка выполняется инструментом типа «ролик-сегмент».

Многие холодновысадочные автоматы снабжаются резьбонакатными головками, и могут производить полностью готовые метизы. Примеры современного оборудования , предназначенного для операций холодной объёмной штамповки показаны на рис. 16 и 17.

Примеры работы различных видов КШО можно посмотреть на многих видео YouTube.

Например, на видеоролике представлена работа паровоздушного молота с мпч 8000 кг.

Здесь:можно наглядно увидеть работу кривошипного пресса для холодной контурной гибки по задаваемой программе.

В ролике разъясняется устройство многопозиционного холодновысадочного автомата для изготовления болтов.

Рисунок 13 — Двухкривошипный пресс простого действия со станиной закрытого типа.

Рисунок 14 — Однокривошипный открытый пресс с С-образной станиной.

Рисунок 15 — Современный листообрабатывающий центр.