ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС И СПОСОБ ШТАМПОВКИ С ОБКАТЫВАНИЕМ ДЛИННОМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
HYDRAULIC PRESS AND METHOD OF DIE FORMING WITH ROLLING OF LENGTHY ITEMS

Изобретение относится к области кузнечно-прессового машиностроения, а именно к оборудованию для штамповки.
Известны конструкции гидравлических прессов для штамповки, содержащие станину, в направляющих которой под воздействием одного или нескольких рабочих гидроцилиндров перемещается подвижная поперечина-ползун, несущая верхний штамп, а нижний ответный штамп закреплен на нижней поперечине станины.
Штамповка на таких прессах осуществляется традиционным способом с полным перекрытием штампами всей поверхности заготовки. Такая схема штамповки предопределяет большие контактные силы трения между штампами и заготовкой, возникновение застойных зон и зон затрудненной деформации и, как следствие, низкую точность штампуемых изделий, низкий коэффициент использования металла (КИМ), который при штамповке изделий из титановых сплавов находится на уровне 0,2-0,05, что говорит о потере 80% и более металла в стружку при последующей обработке поковок.
Как показала эксплуатация самого мощного гидравлического пресса силой 750 МН, имеющего 12 рабочих цилиндров и стол длиной 16 м, он может с удовлетворительной точностью штамповать поковки из титановых сплавов длиной всего 4,2 м.
Известен патент RU №2020021 С1, 30.09.1994 г., B21J 5/12 «Штамп для получения изделий типа панелей с ребрами жесткости». Анализ схемы и конструкции такого штампа показывает, что его конструктивная сложность не позволит ему надежно работать в производственных условиях, а технологические возможности не позволят штамповать изделия с переменными по размерам ребрами, бобышками, полостями. Данный штамп не обеспечивает гибкой управляемой технологии штамповки широкой номенклатуры изделий, необходимых в машиностроительном производстве.
Однако ведущие отрасли промышленности требуют получения цельноштампованных оребренных изделий длиной до 10, 16, 20 м.
Технической задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности точного деформирования длинномерных заготовок с высоким КИМ и повышение эксплуатационных показателей пресса.
Поставленная задача достигается тем, что гидравлический пресс снабжен двумя парами силовых тяг, установленными с возможностью поворота на цилиндрических цапфах, расположенных на концах подвижной поперечины, двумя ползунами, установленными с возможностью перемещения в направляющих станины и имеющими закрепленные на них цилиндрические цапфы, на которых установлены нижние концы силовых тяг, возвратными гидроцилиндрами, закрепленными на станине и соединенными с ползунами, зубчатым сектором и подпружиненной рейкой для исключения проскальзывания нижнего штампа относительно верхнего, башмаками для обеспечения вертикального положения тяг и системой программного управления, при этом рабочие гидроцилиндры, плунжеры которых расположены с упором в неподвижную поперечину, соединены с ползунами, а верхний и нижний штампы выполнены соответственно с плоской и выпуклой по радиусу рабочими поверхностями или соответственно с выпуклой по радиусу или вогнутой рабочими поверхностями.
Поставленная задача достигается тем, что цилиндрические цапфы снабжены шарнирами, например, сферическими.
Поставленная задача достигается тем, что верхний или нижний штамп снабжен эластичным инструментом в виде, например, закрепленных в нем полиуретановых подушек.
Кроме того, поставленная задача достигается тем, что используют верхний штамп с выпуклой по радиусу рабочей поверхностью и нижний штамп, имеющий длинную и короткую стороны, и осуществляют обкатывающее силовое воздействие на заготовку с регулируемым рабочим усилием при возвратно-обкатывающем движении верхнего штампа относительно длинной и/или короткой стороны нижнего штампа и локального возвратно-качательного движения в зоне ребер длинномерного изделия.
На фиг.1 и 2 представлен общий вид гидравлического пресса для штамповки с обкатыванием, на фиг.3 - схемы профиля штампов, на фиг.4 - некоторые возможные схемы режимов воздействия пресса на заготовку.
Гидравлический пресс для штамповки с обкатыванием длинномерных изделий содержит подвижную поперечину 1, несущую верхний выпуклый штамп 2, которая расположена в направляющих 3 станины 4. Нижняя неподвижная поперечина 5 несет нижний штамп 6. Подвижная поперечина 1 имеет на своих концах две пары цапф 7 и 8, на которых с возможностью проворота укреплены силовые тяги 9 и 10, нижние концы которых надеты на аналогичные цапфы 11 и 12, укрепленные на независимых ползунах 13 и 14, которые перемещаются в направляющих станины 4. На этих ползунах расположены рабочие гидроцилиндры 15 и 16, плунжеры которых упираются в нижнюю неподвижную поперечину 5.
Под ползунами 13 и 14 расположены возвратные цилиндры 17 и 18.
В нижний штамп 6 укладывается заготовка 19. В качестве заготовок могут выступать прокатанные плиты, плоские слитки с машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), предварительно фасонированные поковки или слитки, листовые заготовки, двух- и многослойные листы, полосы, плиты из разнородных металлов и сплавов, скомпактированные и спеченные порошковые полуфабрикаты.
На предлагаемом гидравлическом прессе можно осуществлять процесс холодной, теплой, полугорячей, горячей, изотермической штамповки и штамповки в условиях сверхпластичности.
Для обеспечения штамповки изделий с нагревом и экономии тепловой энергии гидравлические прессы могут укомплектовываться тоннельными подвижными печами 20 и 21, перемещения которых будет происходить по программе, согласованной с движениями верхнего штампа 2.
Предлагаемый пресс может обеспечивать штамповку изделий, длина которых превосходит длину развертки верхнего выпуклого штампа 2 и может быть кратной этой длине. С этой целью нижний штамп располагается на подвижном столе 22, который приводится в движение, например, от гидроцилиндров. На каждой кратной части заготовки гидропресс переключается на новую программу перемещений штампа и силовых воздействий на заготовку.
Предлагаемый гидропресс штампует широкий класс изделий: с односторонним оребрением панелей, когда оребрение формируется в нижнем штампе 6, а верхний штамп 2 является гладким; с двухсторонним оребрением панелей, балок, лонжеронов, монорельсов, стоек и других изделий; с использованием для листовой штамповки эластичного инструмента в виде блоков, например, из полиуретана, которые могут быть укреплены на верхнем штампе 2.
Для исключения проскальзывания верхнего штампа 2 относительно нижнего штампа 6 последние снабжены, например, зубчатыми сектором 23 и рейкой 24, причем последняя установлена на упругих элементах 25 (фиг.2).
Для обеспечения вертикального положения силовых тяг 9 и 10 и исходного положения подвижной поперечины 1 предусмотрены башмаки 26, например, с гидроприводом (фиг.2).
Гидравлический пресс работает следующим образом.
В исходном положении подвижная поперечина 1 под воздействием возвратных цилиндров 17 и 18 находится в верхнем положении, силовые тяги 9 и 10 имеют вертикальное положение и фиксируются, например, башмаками 26.
Верхний штамп 2 (фиг.3) может быть выполнен плоским, а нижний штамп 6 - выпуклым по радиусу.
Верхний выпуклый штамп 2 может также обкатываться по нижнему 6, который имеет выпукло-вогнутую поверхность, соответствующую конфигурации и сложности штампуемого изделия.
Штампы 2 и 6 могут, при необходимости, иметь криволинейный профиль и в поперечном сечении.
После того как в нижний штамп будет загружена исходная заготовка 19, по команде на рабочий ход в рабочие цилиндры 15 и 16 подается жидкость низкого давления, а из возвратных цилиндров 17 и 18 жидкость удаляется на слив. Подвижная поперечина 1 с выпуклым верхним штампом 2 опускается вниз до соприкосновения с заготовкой 19. В этот момент включается программа штамповки, которая в зависимости от конфигурации поковки, имеющей продольные, поперечные, угловые ребра, полости, бобышки и др., обеспечивает подачи расчетных объемов рабочей жидкости в рабочие цилиндры 15 и 16, обеспечивает в них необходимые давления, что предопределяет необходимые перемещения независимых ползунов 13 и 14 и, следовательно, через тяги 9 и 10 поворот подвижной поперечины 1 со штампом 2 и силовое обкатывание последнего по заготовке 19 под рабочим усилием.
Например, можно осуществить следующий режим штамповки изделия (фиг.4). После соприкосновения верхнего штампа 2 с заготовкой 19 жидкость повышенного давления подается в рабочий цилиндр 16, а цилиндр 15 соединяется со сливом непосредственно или через дроссельные устройства. Подвижная поперечина 1 посредством силовых тяг 9 и 10 поворачивается вправо, и верхний штамп 2 производит силовое обкатывающее воздействие на заготовку 19. Если в зоне этого обкатывающего воздействия находится, например, ребро или бобышка, то требуется создание особых условий для благоприятного течения металла в них.
Это можно достигнуть, например, обеспечив локально-непрерывное возвратно-качательное движение штампа в зоне ребра или бобышки. Подобный режим достигается тем, что подача жидкости под давлением и слив в рабочих цилиндрах 15 и 16 производится попеременно по специальной программе, основанной на расчетах пластического течения металла в штампе (фиг.4). После того как металл заполнит ребра или бобышки, возможно, например, продолжить обкатывающее движение штампа 2 по заготовке вправо под усилием или без усилия деформирования. Если по пути этого обкатывания встречается новое ребро, бобышка или полость, то возможно снова обеспечить локально-непрерывное возвратно-качательное воздействие в их зоне.
После достижения верхним штампом 2 правого края заготовки 19 система управления и гидропривод переключаются на совершение обкатывающего движения штампа 2 влево, что достигается подачей жидкости под давлением в рабочий цилиндр 15 и управляющего слива или дросселирования жидкости из цилиндра 16.
При этом обкатывании могут возникнуть аналогичные ситуации, когда необходимо будет возвратно-качающими силовыми воздействиями направить металл заготовки 19 в ребра, бобышки, полости в левой части поковки.
Описанные обкатывания вправо-влево верхнего штампа 2 по заготовке 19 могут совершаться сколь угодно долго до полного и качественного заполнения металлом заготовки и весьма сложных полостей, ребер, бобышек в штампах.
После окончания процесса штамповки по команде на возвратный ход возвратные цилиндры 17 и 18 поднимают ползуны 13 и 14 и через тяги 9 и 10 верхнюю поперечину 1 со штампом 2. Во время возвратного хода все системы пресса, включая и башмаки 26, согласовывают свои действия так, что тяги 9 и 10 приходят в вертикальное положение и вывешивают подвижную поперечину 1 по оси пресса в ее верхнем исходном положении.
Цикл окончен.
Отштампованная поковка-изделие известными способами выталкивается из нижнего штампа и удаляется из рабочей зоны пресса.
Для некоторого класса деталей (панелей, балок и др.) может возникнуть необходимость в поперечных возвратно-обкатывающих перемещениях верхнего штампа 2 относительно нижнего штампа 6.
В этом случае ползуны 13 и 14 будут представлять собой двойные независимые ползуны, каждый из которых несет один из рабочих 15 и 16 цилиндров и связан с одним из возвратных цилиндров 17 и 18.
Данная конструкция предлагает исполнение тяг 9 и 10 с элементами, которые обеспечивают поворот этих тяг в плоскости, перпендикулярной повороту тяг относительно цапф 7 и 8, а также цапф 11 и 12 с помощью шарнирных соединений, например сферических.
Таким образом, предлагаемое техническое решение может быть охарактеризовано следующими совокупностями признаков.
Гидравлический пресс для штамповки длинномерных изделий с ребрами, содержащий станину с направляющими, в которых установлена подвижная поперечина, несущая верхний штамп, неподвижную поперечину с нижним штампом, две пары силовых тяг; установленные с возможностью поворота на цилиндрических цапфах, расположенных на концах подвижной поперечины, два ползуна, установленные с возможностью перемещения в направляющих станины и имеющие закрепленные на них цилиндрические цапфы, на которых установлены нижние концы силовых тяг, соединенные с ползунами рабочие гидроцилиндры, плунжеры которых расположены с упором в непожвижную поперечину, возвратные гидроцилиндры, закрепленные на станине и соединенные с ползунами, зубчатый сектор и подпружиненную рейку для исключения проскальзывания нижнего штампа относительно верхнего, башмаки для обеспечения вертикального положения силовых тяг и систему программного управления, при этом верхний и нижний штампы выполнены соответственно с плоской и выпуклой по радиусу рабочими поверхностями или соответственно с выпуклой по радиусу или вогнутой рабочими поверхностями. Цилиндрические цапфы снабжены сферическими шарнирами. Верхний и нижний штампы снабжены эластичным инструментом в виде полиуретановых подушек.
Способ штамповки длинномерных изделий с ребрами на гидравлическом прессе в верхнем и нижнем штампах, включающий силовое воздействие верхним штампом на уложенную на нижний штамп заготовку, при этом используют верхний штамп с выпуклой по радиусу рабочей поверхностью и нижний штамп, имеющий длинную и короткую стороны, и осуществляют обкатывающее силовое воздействие на заготовку с регулируемым рабочим усилием при возвратно-обкатывающем движении верхнего штампа относительно длинной и/или короткой стороны нижнего штампа и локального возвратно-качательного движения в зоне ребер длинномерного изделия.