ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ШТАМПОВОЧНЫЙ МОЛОТ С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
HYDRAULICALYY DRIVEN VERTICAL DIE HAMMER

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к кузнечно-штамповочному оборудования для изготовления низких заготовок с удлиненной осью.
Наиболее близким техническим решением из уровня техники является вертикальный штамповочный молот с гидравлическим приводом, который содержит станину со стойками, оснащенными направляющими, размещенную с возможностью перемещения в указанных направляющих бабу молота, установленную на стойках плиту с закрепленным на ней гидроцилиндром с поршнем, соединенным посредством штока с бабой молота и разделяющим внутренний объем на штоковую и поршневую полости, при этом штоковая полость постоянно соединена с емкостью с энергоносителем, а поршневая выполнена с возможностью периодического соединения через двухпозиционные распределители с источником жидкости высокого давления через напорный и обратный магистральный клапаны и со сливным баком через сливной клапан (Патенту RU 2334583 С2, В21J 7/28, 2006 г.).
Однако такое конструктивное исполнение вертикального штамповочного молота имеет недостаток, заключающийся в том, что оно не исключает возможности появления разрежения в поршневой полости цилиндра в крайнем рабочем положении бабы при разгоне и отскока, сопровождаемого несанкционированным, повторным, ударом. Кроме того, рабочая жидкость, вытесняемая при ходе бабы вверх, требует дополнительной энергии для ее перетекания в гидравлическую полость компенсатора.
В основу заявленного технического решения была положена задача увеличения ресурса работы молота, сокращения затрат на обслуживание и ремонт, расширения технологических возможностей, особенно при изготовлении низких заготовок с удлиненной осью, за счет замены сухого трения в рабочем цилиндре на жидкостное и устранения утечки воздуха из этой полости при эксплуатации.
Поставленную задачу достигают за счет того, что вертикальный штамповочный молот с гидравлическим приводом, содержащий станину со стойками, оснащенными направляющими, размещенную с возможностью перемещения в указанных направляющих бабу молота, установленную на стойках плиту с закрепленным на ней гидроцилиндром с поршнем, соединенным посредством штока с бабой молота и разделяющим внутренний объем на штоковую и поршневую полости, при этом штоковая полость постоянно соединена с емкостью с энергоносителем, а поршневая выполнена с возможностью периодического соединения через двухпозиционные распределители с источником жидкости высокого давления через напорный и обратный магистральный клапаны и со сливным баком через сливной клапан, согласно изобретению дополнительно снабжен двумя обратными клапанами и гидрокомпенсатором, подсоединенным к напорной части первого и к запорной части второго и функционально обеспечивающим подачу жидкости из него в момент разрежения в поршневой полости или при перемещении бабы вниз, при этом первый из клапанов запорной частью и второй напорной частью подсоединены к поршневой полости гидроцилиндра, а запорная часть обратного магистрального клапана подсоединена к штоковой полости цилиндра.
На чертеже показана принципиальная гидравлическая схема штамповочного молота с гидравлическим приводом.
Штамповочный молот состоит из станины 1 со стойками 2 с направляющими 3, бабой 4, установленной подвижно в направляющих 3, плиты 5, размещенной в верхней части станины 1, с закрепленным на ней цилиндром 6 с поршнем 7, делящим внутренний объем цилиндра 6 на две полости: штоковую полость 8 со штоком 7а, постоянно соединенную каналами 9, 10, трубопроводами 11, 12, 13 с аккумулятором 14 с энергоносителем под давлением, а также соединенную трубопроводом 15, через напорную часть 16а обратного магистрального клапана 16 и его запорную часть 16б, трубопроводами 17, 12, 11, каналами10, 9 с насосом 18, и поршневую полость 19, периодически соединяемую: с полостью 8 - трубопроводами 20, 21 через клапан удара 22, управляемого распределителем 23, трубопроводами 24, 11, каналами 10, 9; с аккумулятором 14 трубопроводами 20, 21 через клапан 22, трубопроводами 24, 12, 13; с насосом 18 - через напорную часть 16б обратного магистрального клапана 16, его запорную часть 16а, трубопроводами 17, 12, 24 через клапан 22, трубопроводы 21, 20; с полостью 8 - трубопроводами 20, 25 через напорную часть 26а обратного клапана 26, трубопроводом 27, каналами 10, 9; с гидравлической полостью компенсатора 28 - трубопроводом 29 через напорную часть 30а обратного клапана 30, его запорную часть 30б, трубопроводами 31, 32; с гидравлической полостью компенсатора 28 - трубопроводами 32 и 33, через напорную часть 34б обратного клапана 34, его запорную часть 34а и трубопровод 35, со сливом 36 - трубопроводом 37, через клапан слива 38, управляемый распределителем 39, трубопроводами 40 и 41.
Для контроля давления жидкости и газа установлены манометры 42 в гидросистеме и 43 в пневмосистеме. Насос 18 предохраняют от перегрузок обратным магистральным клапаном 16 и предохранительным клапаном, встроенным в систему управления насосом. Аккумулятор 14 заправляют газом (воздухом) через вентиль 44. Вибрации грунта от ударов молота снижают пружинными 45 и пневматическими 46 амортизаторами. На бабу 4 и стол 47 станины 1 крепят верхнюю 48 и нижнюю 49 части штампа с заготовкой 50. Компенсатор 28 имеет поршень 51 с ограниченным ходом Δ упорами 52 и пружину 53, создающую на поршень 51 расчетную по величине силу.
Распределитель 23 разделен на полости 23а и 23б, а распределитель 39 на полости 39а и 39б. Полость 13а соединена: с аккумулятором 14 - трубопроводами 54, 55, 12 и 13; с полостью 22а - клапана 22 - каналом 56 и трубопроводом 57; со сливом 36 - трубопроводами 58 и 41; с полостью 22б клапана 22 - каналом 59 и трубопроводом 60. Полость 39а распределителя 39 соединена: с аккумулятором 14 - трубопроводами 61, 55, 12 и 13; с частью 38а клапана слива 38 - каналом 62 и трубопроводом 63; со сливом 36 - трубопроводами 64, 59, 41; с частью 38б - каналом 65 и трубопроводом 66.
Цикл работы штамповочного молота состоит из разгона, рабочего и возвратного ходов. Разгон начинают с пуска, с переключения распределителя 23 в положение влево, при котором жидкость под давлением от аккумулятора 14 по трубопроводам 13, 12 53 через канал 54 полости 23а распределителя 23 поступит в часть 22а клапана 22. Сила давления в полости 22а переключит клапан 22 в положение, при котором соединит полость 19: с полостью 8 цилиндра 6 - трубопроводами 20, 21, каналом 22б, трубопроводами 24, 11 и каналами 10 и 9; с аккумулятором 14 - трубопроводами 12, 13; с насосом 18 - трубопроводом 17 через клапан 16. Жидкость под давлением поступит в полость 19, при этом давления в полостях 19 и 8 будут, практически, одинаковыми. Под действием силы давления, равной произведению величины давления на площадь поперечного сечения штока 19а, и сил тяжести бабы 4, поршня 19 и штока 19а произойдет разгон бабы 4 с частями штампа 48 в направлении заготовки 50 неподвижной нижней части штампа 49. На нагрузочной фазе рабочего хода произойдет удар по заготовке 50 штампом 48 и деформация ее в поковку, сопровождаемая отскоком бабы 4 вверх за счет упругой энергии поковки и соударяющихся частей: бабы 4, штампов 48 и 49. При отскоке поршень 7 сожмет жидкость в полости 19 и повысит в ней давление до величины, превышающей давление, поддерживаемое обратным клапаном 26. Часть объема жидкости из полости 9 вытеснится по трубопроводам 20 и 25 через напорную полость 26а клапана 26 и его запорную полость 26б, по трубопроводу 29, каналу 9 в полость 8 или по каналу 10, трубопроводам 11, 12, 13 в аккумулятор 14. Сила давления остановит поршень 7 и бабу 4 в промежуточном положении.
Во избежание повторного движения бабы 4 вниз и исключения повторного удара, закрывают клапан 22 на стадии разгона до удара ввиду кратковременности рабочего хода и длительности переключения распределителя 23 и клапана 22. Для этого переключают распределитель 23 в положение, показанное на чертеже, когда жидкость под давлением от аккумулятора 14 по трубопроводам 13, 55, по распределителю 23, трубопроводу 60 подают в полость 22б клапана удара 22 и перемещают канал влево, отсоединяя трубопровод 21 от трубопровода 24. С этого момента полость 19 отсоединят от давления аккумулятора 14 и полости 8. Теперь при отскоке поршень 7, при повышении давления выше рабочего, вытеснит часть жидкости из полости 19 по трубопроводам 20, 25 в напорную 26а и запорную 26б части клапана 26, трубопровод 29 и канал 9 в полость 8 или по каналу 10, трубопроводам 11, 12 и 13 в аккумулятор 14. При останове поршня 7 и бабы 4 в промежуточном положении не произойдет повторного разгона бабы 4, из-за отсутствия силы давления в полости 19. Сила давления жидкости в полости 8 остановит подвижные части: бабу 4, поршень 7 и шток 7а - в промежуточном положении и будет удерживать их во взвешенном состоянии до открытия клапана слива 38, соединяющего полость 19 со сливом 41.
Закрыть клапан 22 и открыть клапан 38 одновременно нельзя ввиду выброса жидкости из зон высокого давления; аккумулятор, насос, полость 8 на слив. Поэтому сначала закрывают клапан 22, а через минимальный промежуток времени открывают клапан слива 38. В этот минимальный промежуток времени, составляющий сотые и десятичные доли секунды, поршень 7 будет двигаться по инерции вниз. В замкнутом объеме полости 19 давление начнет падать и станет ниже атмосферного. Для предотвращения разрежения в полости 19 обеспечивают неразрывность потока жидкости в полости 19 и в трубопроводе 35 в соответствии со следующим условием:
0
0
т
т
Sυ=Sυ,
0
т
0
т
где S - площадь поперечного сечения полости 19; S - площадь поперечного сечения трубопровода 35; υ - скорость поршня 7 к началу рабочего хода; υ - скорость потока на выходе из трубопровода 35.
Для обеспечения данного условия выполнены следующие технические решения.
1. При разгоне, когда в полость 19 подают жидкость под давлением из полости 8 и аккумулятора 14, она по трубопроводу 29 через напорную часть 30а клапана 30 и его запорную часть 30б по трубопроводам 31 и 32 поступает в гидравлическую полость компенсатора 28. Сила давления перемещает поршень 51 до упора 52, сжимая при этом пружину 52 на величину Δ. Происходит накопление потенциальной энергии компенсатора. При падении давления в полости 19 поршень 51 вытесняет жидкость под давлением, создаваемым пружиной 52, по трубопроводам 32, 33 через напорную часть 34б клапана 34 и его запорную часть 34а по трубопроводу 35 в полость 19. Высокое давление жидкости, при ее вытеснении из гидравлической полости компенсатора, создаст сила пружины 52.
2. Поршень 7 выполнен с уплотнениями в виде пружинных колец, допускающих утечки жидкости. При разгоне давление жидкости в полостях 8 и 19 одинаковы, поэтому герметичность поршня не нужна. При падении давления в полости 19, произойдет восполнение в ней объема жидкости из полости 8 через прорези в кольцах. Кольца устанавливают для сокращения потерь при возвратном ходе.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в машиностроении и может быть реализован в качестве вертикального штамповочного молота с гидравлическим приводом в организации технологических процессов, связанных с обработкой металлов давлением;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно за счет замены сухого трения в рабочем цилиндре на жидкостное и устранения утечки воздуха из этой полости при эксплуатации.
Указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, неизвестной на дату приоритета из уровня техники и достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) результата.
В соответствии с изложенным, заявленный объект соответствуют условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.