Машина для сферодвижной штамповки

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к оборудованию для сферодвижной штамповки. Цель изобретения - повышение работоспособности машины для сферодвижной штамповки и улучшение условий труда путем оптимизации размеров элементов сферодвижного момента. Машина для сферодвижной штам

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ю1)5 В 21 D 37/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 2

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4626613/27 (22) 27.12.88 (46) 23.05.91. Бюл. М 19 (71) Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) Л.Т.Кривда и С.П.Гожий (53) 621.979.06 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 889219, кл. В 21 0 37/12, 12.06.78, „,!Ж„, 1650308 А1 (54) МАШИНА ДЛЯ СФЕРОДВИЖНОЙ

ШТАМПОВКИ (57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к оборудованию для сферодвижной штамповки, Цель изобретения — повышение работоспособности машины для сферодвижной штамповки и улучшение условий труда путем оптимизации размеров элементов сферодвижного момента. Машина для сферодвижной штам0 (Я

О (лЭ

О

СО

1650308

ЗО павки содержит сферодвижный механизм с приводом в виде сферического прессователя (П) 2 с водилом, установленным в сферической опоре 3, с гидравлически уплотненной кольцевой полостью, эксцентриковый ротор 6 и инструмент 19, закрепленный на П 2, механизм осевого нагружения в виде гидроцилиндра," соединенного с подвижной траверсой с нижним инструментом, и плунжер, жестко соединенный со станиной, Гидравлическая магистраль соединяет полость гидроцилиндра механизма осевого нагружения с гидравлически уплотненной кольцевой полостью опоры 3. Радиус сфериИзобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к оборудованию для сферодвижной штамповки.

Цель изобретения — повышение работоспособности машины для сферодвижной штамповки и улучшение условий труда путем оптиматизации размеров элементов сферодвижного механизма.

На фиг, 1 показана машина для сферодвижной штамповки, продольный разрез; на фиг. 2 — узел 1 на фиг. 1.

Машина для сферодвижной штамповки состоит из следующих частей. В верхней части станины 1 установлен сферодвижный механизм, прессователь 2 которого размешен в сферической опоре 3 с выполненной в ней кольцевой полостью, уплотненной двумя концентрично установленными уплотнительными кольцами 4, Водило прессователя 2 сопряжено через самоустанавливающийся подшипник 5 с эксцентриковым ротором 6, сообшенным с приводом. Гидроцилиндр 7 механизма осевого нагружения жестко закреплен на по.движной траверсе 8, связанной с возвратными цилиндрами 9. Плунжер 10 гидроцилиндра 7 крепится к нижней части станины 1. В плунжере f0 выполнено сквознць отверстие 11, соединенное гидравлической магистралью 12 с входом кольцевой полости в сферической опоре 3, В магистрали 12 установлен обратный клапан 13. Магистраль 12 через обратный клапан 14 связана с линией 15 низкого давления. К рабочей полости гидроцилиндра 7 подведена линия 16 высокого давления, через котору.а также управляется клапан 17, установленный на выходе кольцевой полости сферической опоры 3. C целью уменьшения размеров полости сферической опоры в магистраль 12 на участке Е-Д устанавливается мультипликатор 18, тогда магистраль ческой опоры 3, угол раскрытия ее кольцевой полости по среднему радиусу, диаметр

П 2 в месте перехода водила Д 2 в сферу определены из условия неотрыва сферической части П 2 от опоры 3 в процессе осуществления сферодвижной штамповки при действии на П 2 как технологического усилия со стороны механизма осевого нагружения, так и усилия гидростатической разгрузки в кольцевой полости опоры 3, чем достигается отсутствие утечки жидкости иэ кольцевой полости опоры 3. Для определения укаэанных параметров приведены расчетные зависимости. 1 з,п.ф-лы, 2 ил, 12 на этом участке разрывается. На прессователе 2 устанавливается верхний 19, а на траверсу 8 нижний 20 инструмент, На последнем уложена заготовка 21.

Машина работает следующим образом, Начальное положение — колебательное движение прессователя 2 совместно с инструментом 19 в сферической опоре 3 при крайнем нижнем положении подвижной траверсы 8. В этот момент от линии 15 низкого давления жидкость под давлением р через обратный клапан 14 подается в кольцевую полость сферической опоры 3, при этом обратный клапан 13 препятствует ее влиянию на гидроцилиндр 7 машины. Далее жидкость низкого давления, пройдя через полость в сферической опоре 3 и клапан 17, который выполнен нормально открытым, сливается. в бак гидросистемы, чем обеспечивается проток жидкости через сферическую опору 3 и ее охлаждение. При подключении к сети высокого давления рг линии 16 параллельно жидкость высокого давления поступает в рабочую полость гидроцилиндра 7, через отверстие 11 в плунжере 10 — в магистраль 12, а также на управление клапаном 17, который закрывается. С магистрали 12 жидкость высокого давления через клапан 13 попадает в кольцевую полость сферической опоры 3, причем клапан 14 предотвращает ее попадание в линию 15 низкого давления. В кольцевой полости сферической опоры 3 устанавливафся давление, равное давлению в рабочей полости гидроцилиндра 7, причем протока жидкости через полость кольцевой опоры 3 в этот момент нет, так как клапан 17 закрыт, После соприкосновения инструмента 19 с заготовкой 21 начинается ее штамповка. При этом, пренебрегая силами инерции и силами трения в сферодвижном механизме машины, действуют следующие силы (фиг, 2j;

1650308 6

4, . oI

2op Ф

E = 1+r 1а Г), (6) (8) А—.COSQ (2}

Рн — номинальное усилие, развиваемое ме ханизмом осевого.нагружения; Р* — усили разгрузки со стороны кольцевой полости сферической опоры 3; реактивные силы R u

Ra сферической опоры 3 на прессователь 2 в точках А и В соответственно; R, — реакция в месте сочленения водила прессователя 2 с самоустанэвливающимся подшипником 5 эксцентри будет направлена в обратную сторону по сравнению с фиг. 2, следовательно, произойдет. отрыв сферической части прессователя 2 от сферической опоры 3, а значит произойдет утечка жидкости из гидросистемы и упадет давление в линии 16, нарушится ход процесса, ухудшатся условия труда.

Для предотвращения этого явления реакция в точке В должна быть направлена к центру сферической опоры 3 (фиг, 2), а наиболее эффективным случаем является условие RB = 0 1или, другими словами, при равенстве давлений в полости гидроцилиндра 7 и полости сферической опоры 3, площадь проекции кольцевой полости сферической опоры 3 на горизонтальную плоскость должна быть меньше площади плунжера 10. Исходя из упомянутого условия R> = О и соотношения площадей, при котором RB = О, условия прочности водила прессователя 2, которое задает соотношение Rs = О при минимальных допустимых размерах элементов конструкции, составлены соотношения (1) — (12), которые определяют размеры и параметры сферодвижного механизма машины для сферодвижной штамповки г, a, dp. Решение системы уравнений (1) — (9, с девятью неизвест;:-,.ми (r, А, К, Б, Г, Е, а, do, д ) легко реализуется с помощью 3ВМ, а дальнейшая подстановка найденных неизвестных в уравнения (10)— (12) дает полную совокупность размеров и параметров, определяющих нормальную работу сферодвижного механизма

Б = сова — . i р+, (3) (.СОЯа — Г Я П Р л 2 в А1L sirl + 1 — l inp cosg+cns a

2 sino; .сова — г вйу вн1(р+у рi) П = rl+gBICSIIl(ldo Г На На147 doil л.1 1 (О д =- .а1 а1.а 74.Н! +Ha 4o — d l, - — р — j(Go92.4/ На 0,38на) СОЯ(д+) )+

+(0 38а Йа+0,92 на) 31п(д+г)) — ((О,1%|4 г — 03+0,46с4).соя(д — y)+

20 «-(046л г — do — 0,19d,l sin(B )P, lgl где А, К, Б, Г, Е, д, Фсг, cDr — обозначения, введенные для облегчения вы:ислений.

Величина А (размерность 1/M) входит в

25 зависимость для определения разности

Рн- Р*= Рн ен А, где Рн — усилие, развиваемое механизмом осевого нагружения;

Р* — усилие разгрузки в кольцевой поло30 сти гидростатического подшипника; ен — эксцентриситет приложения осево-о усилия Рн.

Величина К (единица измерения — безразмерная) учитывает потери на трение в

35 уплотнениях гидроцилиндрэ механизма осевого нагружения и входит в зависимость

Рн Sp = К Рн, где Рн — давление s кольцевой полости сферической опоры, р — площадь проекции кольцевой полости нэ горизонтальную плоскость.

С помощью величинbl Б (размерность

1/м) по зависимости

R<= Рн ен Б

45 можно определить реакцию в шарнире С (Rñ)

Реакция в точке А (фиг. 2) сферической опоры определяется с помощью величины Г

Ra = Рн ен Г.

Крутящий момент М<, действующий на водило прессователя со стороны эксцентрикового ротора, определяется с использованием параметра Е (единица измерения безразмерная)

MK = Pí ен E.

Величина д также использована для упрощения записи зависимостей, определяется по формуле (8), входит в формулы (10) и

1650308 (11) для определения радиусов кольцевой полости (r> и гг);

p — угол трения в сферической опоре прессователя; ,и=tg p —; 5 - угол наклона оси прессователя;

L — конструктивное расстояние от центра качаний прессования до места сочленения водила прессователя с эксцентриковым ротором; 10

m — масса качающихся частей сферодвижного механизма;

g — ускорение свободного падения;

P> — номинальное усилие, развиваемое механизмом осевого нагружения; 15 ен — эксцентриситет приложения осевого усилия;

H> — высота качающегося инструмента;

He — расстояние от центра качаний прессователя до места перехода сферы 20 прессователя в водило;

P — давление в кольцевой полости сферической опоры, причем Рн = рг k где pr— г давление в полости гидроцилиндра осевого нагружения, k — коэффициент мультиплика- 25 ции мультипликатора, установленного в магистраль, соединяющую полость гидроцилиндра механизма осевого нагружения с кольцевой полостью сферической опоры, в случае отсутствия в указанной ма- 30 гистрали мультипликатора k = 1;

r — радиус сферической опоры прессователя; сг.

Э =(„) (0,25 14(p )P, о — 1 и т — 1 — пределы выносливости материала прессователя при изгибе и круче- 40 нии соответственно;

К1 и Кт — эффективные коэффициенты концентрации напряжений прпи изгибе и кручении соответственно; гаги er — масштабный фактор при изги- 45 бе и кручении соответственно;

P — коэффициент, учитывающий состояние поверхности; фг — коэффициент чувствительности материала прессователя к асимметрии цик- 50 ла нагружения;

l4 и Кэ — коэффициенты эквивалентных нагрузок при изгибе и кручении соответственно, а радиусы кольцевой полости сферической опоры (г1 и гг) on еделены по зависимостям

r> = 0,92 На 0,38Hà ) сов(д+ y )+

+ 0,38 — На + 0,92На) sin((0+y ), (10) гг =(0,19 ч4 гг — дТ+ 0,46с4) сов(д у )+

+ (0 46 V4 (— do О 19с1о) 3!п(д - y ), (11) тогда усилие разгрузки в полости сферической опоры равно

P* = р . (r> - гг ). (12)

При выборе размеров элементов сферодвижного механизма по приведенным зависимостям (1) — (12) усилие разгрузки в полости сферической опоры (Р*) будет несколько меньше усилия, развиваемого механизмом осевого нагружения (P<), но при этом будет гарантировано отсутствие явлений отрыва сферического прессователя от сферической опоры и утечки в этом месте жидкости гидросистемы, а также падения давления в кольцевой полости сферической опоры в процессе работы, что повысит работоспособность машины, улучшит условия труда. При сферодвижной штамповке детали 21 обеспечена гирростатическая разгрузка в сферической опоре 3, а также за счет выбора оптимальных размеров ее кольцевой полости гар" íòèðîâàíî повышение работоспособности и улучшение условий труда. По окончании штамповки линия 16 высокого давления обесточивается, клапан

17 открывается, возвратными гидроцилиндрами 9 подвижная траверса 8 приводится в нижнее положение, давление в магистрали

12 падает и через линию 15 низкого давления, кольцевую полость сферической опоры

3 и клапан 17 возобновляется проток жидкости.

Примером конкретного исполнения машины для сферодвижной штамповки с размерами и параметрами, определенными по приведенному условию R8 = 0 и по зависимостям (1) — (12), может служить машина со следующими расчетными величинами, найденными с помощью вычислительной техники.

Задаваемые величины: Рн = 5000000.0 H (500,0 тс); ен = 0,1 м; m = 10000,0 Н. cñ/è (1000 кг); p =-0,08 рад, тогдаp = tg p4g08, у-Я044 рад (2 ЗО ); 1 = 1,0 м; Н = 0,05 м; рн г, = 0,3 х 10 Н/м; Нь = — <4, материал водила — Сталь 40Х, термообработка при Тт

= 840-860 С и отпуск при ТО = 180-200 С, твердость НВСэ 45-50, для этих значений выбраны табличные данные К 0 è Кго --1 и

7- — 3, - f3Ô I -NK

Расчетные величины: г = 0,32 м; dp =

= 0,211 м; а = 0,876 рад (50015 ); Ra = 673000

Н (67300 кгс); Rl = О; Rc = 508000H (50800 кгс); г1 = 0,288 м; гг = 0,188; Р* = 4500000,0 Н (450,0 тс)

Для снижения размеров сферической опоры 3 за счет повышения давления в ее кольцевой полости в магистраль 12 на учаl:-50308

E = »<+i г) .

А—

К =1 — — IA, ГП Я

Рн

2. 2

os(j+cos(cc стке Д-Е встаивается мультипликатор 18, тогда давление в кольцевой полости сферической опоры 3 определяется как рн = рг k, 2 где k — коэффициент мультипликации мультипликатора 18. В остальном при примене- 5 нии в машине для сферодвижной штамповки мультипликатора 18 принцип работы остается прежним.

Применение предлагаемой машины для сферодвижной штамповки с размерами и па- 10 раметрами сферодвижного механизма, определенными по зависимостям (1) — (12), позволяет, по сравнению с rtpoToTMlloM, повысить работоспособность машины и улучшить условия труда на ней, По предварительным 15 оценкам, за счет предотвращения утечки жидкости из-за отрыва прессователя от сферической опоры при сферодвижной штамповке, а значит и.предотвращения падения давления в гидросистеме и снижения скорости штампов- 20 ки, производительность машины увеличивается в1,3 раза.

Формула изобретения

1. Машина для сферодвижной штамповки, содержащая станину со смонтирован- 25 ным в ней сферодвижным механизмом с приводом в виде сферического прессователя с водилом, установленного в сферической опоре с гидравлически уплотненной кольцевой полостью, эксцентриковый ротор 30 и верхний инструмент, закрепленный на прессователе, механизм осевого нагружения в виде гидроцилиндра, соединенного с подвижной траверсой, несущей нижний инструмент, и расположенного в нем плунже- 35 ра, жестко соединенного со станиной, гидравлическую магистраль, соединяющую полость гидроцилиндра механизма осевого нагружения с гидравлически уплотненной кольцевой полостью сферической опоры, 40 отличающаяся тем, что, с целью повышения работоспособности машины и улучшения условий труда на ней путем оптимизации размеров элементов и параметров сферодвижного механизма, радиус г 45 сферичеекой опоры, уголь ..раскрытия кольцевой полости сферической опоры по среднему радиусу.гср, диаметр dp прессователя в месте перехода водила в сферу определяют из системы уравнений 50 а = 4+ агсз п((dо РЙ вЂ” Н,v4Pб, ))

2.1 д = gp(doVP+Ha +На 4 бо

Я>н — - — (0,92 P — Нд — 0,38Нд) с(Б(д+у)+

+(0,381/Р— На +ОЯ2 Нд}. sin(D+y)p— — ((О,1994 Ð вЂ” Я+0,46do) Соя(д y)+

+(0,46>4 г — do — 0,19do) sin(6 — ) ))2, где А, К, Б, Г, Е, д, ©o., Ф вЂ” обозначения, введенные для облегчения вычислений (в описании дано определение указанных величин;

p — угол трения в сферической опоре прессователя; ,и = tQo — коэффициент трения между прессователем и сферической опорой; у- угол наклона оси прессователя;

L — конструктивное расстояние от центра качаний прессователя до ".=ста сочленения водила прессователя с эксцентриковым ротором;

g — ускорение свободного падения;

m — масса качающихся частей пресса сферодвижного механизма;

PH — номинальное усилие, развиваемое механизмом осевого нагружения; ен — эксцентриситет приложения осевого нагружения;

Н вЂ” высота качающегося верхнего инструмента;

Нб — расстояние от центра качаний прессователя до места перехода сферической поверхности прессователя в водило;

pH — давление в кольцевой полости сферической опоры, рн = P<, где P< — давление в рабочей полости гидроцилиндра осевого нагружения;

Ко 2

Фгг = (—..р-), Фт,=(. ) (0,25 Кэ(+фф)) а — и r — > — пределы выносливости материала прессователя при изгибе и кручении соответственно;

1650308

Фиг.1

Составитель Н, Чернилевская

Редактор А. Мотыль Техред M,Моргентал Корректор С. Черни

Заказ 1567 Тираж 502 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

К и К т — эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении соответственно; >ие — масштабные факторы при изгибе и кручении соответственно;

Р- коэффициент, учитывающий состояние поверхности прессователя; фг- коэффициент чувствительности материала прессователя к асимметрии цикла нагружения;

Кэ и Кэ — коэффициенты эквивалентных нагрузок при изгибе и кручении соответственно, а радиусы r> и rz кольцевой полости сферической опоры on еделены по зависимостям г1 =(0,92 — Н -0,38На) соз(д + y )+

+(0,38 — На + 0,92На) з!п(д +у ));

rg = ((0,19 V4 г — бо + 0,46 dp) соз(д

-y ) + (0,46 V4 г — do - 0,19 do) з1п(д - y )), 2. Машинаnon. 1,оTllичаloщаясsl тем, что в магистрали, соединяющей рабо10 чую полость гидроцилиндра механизма осевого нагружения с кольцевой полостью сферической опоры, установлен гидравлический мультипликатор.