МНОГОБОЙКОВОЕ КОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
MULTIPLE-HEAD FORGING FACILITY

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к многобойковым ковочным устройствам, и может быть использовано при ковке слитков и заготовок на гидравлических ковочных прессах.
Оно может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности при производстве поковок и изделий с удлиненной осью круглого, квадратного и прямоугольно поперечного сечения из конструкционных, инструментальных, нержавеющих, жаропрочных и других труднодеформируемых сталей и сплавов.
Известен инструмент для радиальной ковки полосовых заготовок, состоящий из четырех бойков, два из которых имеют по два рабочих участка на каждом бойке, разделенных вырезом, а два других - по одному рабочему участку, заходящему в вырезы первой пары бойков [1].
Этот инструмент обеспечивает получение поковок прямоугольного сечения в широком диапазоне размеров высокого качества на радиально-ковочных машинах, на которых предусмотрена регулировка закрытой высоты бойков.
К недостатку этого инструмента следует отнести невозможность использования его в известных четырехбойковых ковочных устройствах на гидравлических ковочных прессах с тем же эффектом, что и на радиально-ковочных машинах.
Известно четырехбойковое ковочное устройство, состоящее из двух держателей верхнего и нижнего бойков с наклонными поверхностями, кинематически связанных с ними двух держателей боковых бойков наклонными поверхностями, соответствующими наклонным поверхностям держателей верхнего и нижнего бойков, с помощью восьми направляющих П-образного поперечного сечения, установленных на боковых поверхностях держателей верхнего и нижнего бойков, каждая из которых с одной стороны закреплена неподвижно на боковой поверхности держателя верхнего или нижнего бойка, а с другой стороны своей наклонной плоскостью имеет подвижный контакт с наклонной плоскостью держателя бокового бойка, и четырех бойков, прикрепленных к держателям бойков [2].
Недостатком этого устройства является то, что оно не предусматривает регулировку закрытой высоты бойков, а следовательно, в нем нельзя изготавливать поковки прямоугольного сечения в широком диапазоне размеров в одном комплекте бойков.
Известно также четырехбойковое ковочное устройство, содержащее выполненные с наклонными поверхностями и расположенные в одной плоскости держатель верхнего бойка и держатель нижнего бойка, два держателя боковых бойков, кинематически связанные с упомянутыми держателями верхнего и нижнего бойков, расположенные в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения держателей верхнего и нижнего бойков, и выполненные с наклонными поверхностями, соответствующими наклонным поверхностям держателей верхнего и нижнего бойков, а также бойки, прикрепленные к упомянутым держателям бойков, причем бойки, прикрепленные к держателям, расположенным в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей, имеют по два рабочих участка, расположенных с каждой стороны от плоскости симметрии устройства, а бойки, прикрепленные к держателям, расположенным в другой плоскости, имеют по одному рабочему участку, выполненному с возможностью расположения между упомянутыми двумя рабочими участками бойков [3].
Известная конструкция четырехбойкового ковочного устройства обеспечивает его переналадку в промежутках времени между ковкой слитков (заготовок).
Недостатком известного устройства является то, что при необходимости изготовления поковок прямоугольного сечения других размеров требуется длительная трудоемкая переналадка устройства. Кроме того, эта переналадка не может быть выполнена во время ковки заготовки (между ее проходами), что иногда требуется по технологии для более глубокой деформационной проработки структуры металла заготовки.
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача путем изменения конструкции ковочного устройства уменьшить трудоемкость и время на его переналадку, а также обеспечить возможность переналадки устройства на другие размеры во время ковки между проходами заготовки.
Поставленная задача достигается тем, что в многобойковом ковочном устройстве, содержащем выполненные с наклонными поверхностями и расположенные в одной плоскости держатель верхнего бойка и держатель нижнего бойка, два держателя боковых бойков, кинематически связанные с упомянутыми держателями верхнего и нижнего бойков, расположенных в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения держателей верхнего и нижнего бойков, и выполненные с наклонными поверхностями, соответствующими наклонным поверхностям держателей верхнего и нижнего бойков, а также бойки, прикрепленные к упомянутым держателям бойков, причем бойки, прикрепленные к держателям, расположенным в одной из двух взаимно перпендикулярных плоскостей, имеют по два рабочих участка, расположенных с каждой стороны от плоскости симметрии устройства, а бойки, прикрепленные к держателям, расположенным в другой плоскости, имеют по одному рабочему участку, выполненному с возможностью расположения между упомянутыми двумя рабочими участками бойков, новым является то, что оно снабжено по меньшей мере одной системой для перемещения по меньшей мере одного бойка относительно его держателя, содержащей соединенный с трубопроводами подвода и слива рабочей жидкости гидроцилиндр со штоком или плунжером и системой управления, гидропривод и устройство измерения положения бойка относительно его держателя, указанный по меньшей мере один боек соединен со штоком или плунжером по меньшей мере одного гидроцилиндра с возможностью фиксированного перемещения относительно соответствующего держателя в вертикальной или горизонтальной плоскости симметрии устройства, гидроцилиндры расположены в корпусах соответствующих держателей бойков, а в трубопроводы подвода рабочей жидкости встроены обратные клапаны.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системами перемещения верхнего, нижнего и боковых бойков относительно их держателей.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системами перемещения боковых и нижнего бойков относительно их держателей.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системами перемещения боковых и верхнего бойков относительно их держателей.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системами перемещения боковых бойков относительно их держателей.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системами перемещения верхнего и нижнего бойков относительно их держателей.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системой перемещения нижнего бойка относительно его держателя.
Поставленная задача достигается тем, что оно снабжено системой перемещения верхнего бойка относительно его держателя.
Поставленная задача достигается тем, что боковые бойки имеют по два рабочих участка, а верхний и нижний бойки - по одному рабочему участку, выполненному с возможностью расположения между двумя рабочими участками боковых бойков.
Кроме того, поставленная задача достигается также тем, что к каждому держателю боковых бойков прикреплено по два бойка.
Патентуемое многобойковое ковочное устройство поясняется схемами (фиг.1-12).
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
На фиг.1 представлено многобойковое ковочное устройство в статическом состоянии, оснащенное системами перемещения боковых бойков, верхнего и нижнего бойков относительно их держателей бойков, вид спереди; на фиг.2 - часть системы перемещения нижнего бойка, включающая боек, соединенный с плунжером гидроцилиндра; на фиг.3-многобойковое ковочное устройство, оснащенное системами перемещения боковых бойков и нижнего бойка относительно их держателей бойков; на фиг.4 - многобойковое ковочное устройство, оснащенное системами перемещения боковых бойков и верхнего бойка относительно их держателей бойков; на фиг.5 - многобойковое ковочное устройство, оснащенное системами перемещения боковых бойков относительно их держателей бойков; на фиг.6 - многобойковое ковочное устройство, оснащенное системами перемещения верхнего и нижнего бойков относительно их держателей бойков; на фиг.7 - многобойковое ковочное устройство, оснащенное системой перемещения нижнего бойка относительно держателя этого бойка; на фиг.8 - многобойковое ковочное устройство, оснащенное системой перемещения верхнего бойка относительно держателя этого бойка; на фиг.9 - схема расположения рабочих участков "А", "А", "А", "А" двух боковых бойков относительно рабочих участков верхнего и нижнего бойков; на фиг.10 - схема расположения рабочих участков "А", "A", "A", "A" двух боковых бойков, каждый из которых имеет привод от двух гидроцилиндров, относительно рабочих участков верхнего и нижнего бойков; на фиг.11 - схема расположения рабочих участков "А", "А", "А", "A" четырех боковых бойков относительно рабочих участков верхнего и нижнего бойков; на фиг.12 - многобойковое ковочное устройство в процессе работы (показано заштрихованное поперечное сечение заготовки).
Многобойковое ковочное устройство состоит из держателя верхнего бойка 1, держателя нижнего бойка 2, держателей боковых бойков 3, 4, бойков 5-8, боковых направляющих, обеспечивающих синхронное разведение и сведение боковых бойков 6, 8 (на фиг. не показаны), систем перемещения бойков 5-8 относительно держателей этих бойков 1-4 (фиг.1). Системы перемещения бойков 5-8 относительно держателей бойков 1-4 включают гидроцилиндры 9-12 с системами управления 21-24, гидропривод 30, трубопроводы 29, гидравлические блоки управления с обратными клапанами 31-34, устройства измерения положения бойков относительно держателей этих бойков 25-28 (фиг.1). При этом гидроцилиндры 9-12 могут иметь поршни 13-16 со штоками 17-20, которые соединены с бойками 5-8 (фиг.1), или же гидроцилиндры могут иметь плунжеры 35, соединенные с бойками (фиг.2).
Многобойковое ковочное устройство может быть оснащено системами перемещения как всех бойков, так и нескольких или одного бойка относительно их держателей бойков (фиг.1, 3-8).
Гидроцилиндры 9-12, расположенные в держателях бойков 1-4 обеспечивают перемещения бойков 5-8 относительно их держателей на определенную величину, что позволяет формировать заготовку прямоугольного поперечного сечения с разными размерами на каждом проходе (фиг.1, 3-8).
Наибольшими технологическими возможностями изменения закрытой высоты бойков обладает конструкция многобойкового ковочного устройства, у которой все бойки оснащены системами перемещения относительно их держателей бойков (фиг.1).
Однако и многобойковые ковочные устройства, у которых один или несколько бойков оснащены системами перемещения бойков относительно их держателей, также позволяют получать поковки прямоугольного сечения в определенном диапазоне размеров, несколько меньшем, чем устройство, у которого все бойки оснащены этими системами (фиг.3-8).
1
2
3
4
В патентуемом многобойковом ковочном устройстве предлагаются также две разные по конструкции пары бойков с двумя рабочими участками (фиг.9, 10). Бойки 6, 8 одной пары при сближении заходят в вырезы бойков 5, 7 другой пары (фиг.1, 9). При этом рабочие поверхности "А", "А", "А", "А" бойков 6, 8 находятся со стороны крайних участков рабочих поверхностей "С" бойков 5, 7. За счет такой формы бойков достигается наилучшее течение металла при пластической деформации заготовки прямоугольного сечения.
1
2
3
4
Возможен вариант конструкции многобойкового ковочного устройства, у которого бойки 5, 7, прикрепленные к держателям верхнего и нижнего бойков 1, 2, имеют по одному рабочему участку "С", заходящему между рабочими участками "A", "А", "А", "А" бойков 6, 8, прикрепленных к держателям боковых бойков 3, 4 (фиг.1,9).
Такая конструкция обеспечивает более быструю переналадку устройства на новые размеры поперечного сечения поковки по сравнению с устройством, оснащенным только системой перемещения верхнего или нижнего бойка (фиг.7, 8).
5
6
7
8
Более надежная работа многобойкового ковочного устройства обеспечивается, когда каждый боек 38, 39 имеет по два гидроцилиндра (40, 41 и 42, 43) (фиг.10). В этом случае крепление бойков 38, 39 к штокам 44-47 лучше делать по краям опорных поверхностей бойков, что уменьшает их перекосы при обжатии заготовки рабочими участками "А", "А", "A", "A" (фиг.10).
9
10
11
12
Конструктивно возможен вариант многобойкового ковочного устройства, у которого к каждому боковому держателю 52, 53 прикреплено по два боковых бойка (бойки 54, 55 и бойки 56, 57) (фиг.11). В этом случае 4 бойка имеют 4 гидроцилиндра (58, 59, 60, 61), 4 штока (62, 63, 64, 65) и четыре поршня (66, 67, 68, 69), которые обеспечивают перемещения этих бойков относительно их держателей (фиг.11). У бойков 54-57 рабочие поверхности "А", "А", "А", "A" также находятся со стороны крайних участков рабочих поверхностей "С" верхнего 5 и нижнего 7 бойков, что обеспечивает лучшее течение металла при пластической деформации заготовки прямоугольного сечения.
Работа многобойкового ковочного устройства осуществляется следующим образом.
Многобойковое ковочное устройство устанавливают в рабочее пространство пресса и включают гидропривод 30 системы перемещения одного или нескольких бойков относительно их держателей бойков (фиг.1, 3-8). С помощью гидропривода 30 рабочая жидкость, пройдя систему трубопроводов 29 и блоки управления с обратными клапанами 31-34, попадает в гидроцилиндры 9-12. Рабочая жидкость перемещает внутри гидроцилиндров 9-12 поршни 13-16 со штоками 17-20 с закрепленными на них бойками 5-8 в заданное положение относительно держателей бойков 1-4. Необходимое технологическое положение бойков 1-4 задается оператором пресса с пульта пресса включением систем управления 21-24 и устройств измерения положения бойков 25-28 (фиг.1, 3-8).
После того как бойки займут заданное технологическое положение в многобойковом ковочном устройстве (определенную закрытую высоту бойков), оператор включает гидравлический ковочный пресс. При подъеме подвижной траверсы пресса с верхней плитой вверх держатель верхнего бойка 1, прикрепленный к верхней плите пресса, также перемещается вместе с верхним бойком 5 вверх. Одновременно с помощью боковых направляющих держатель верхнего бойка 1 разводит в стороны держатели боковых бойков 3, 4 вместе с боковыми бойками 6, 8, открывая рабочее пространство устройства при том технологическом положении бойков, которое было предварительно выставлено оператором пресса с помощью систем управления 21-24 и устройств измерения положения бойков 25-28 (фиг.1, 3-8).
Затем заготовку с помощью манипулятора подают в рабочую зону устройства. После этого включают рабочий ход пресса, при котором его подвижная траверса перемещает в многобойковом ковочном устройстве держатель верхнего бойка 1 вместе с бойком 5 в направлении к заготовке и вместе с бойком 7 обжимает ее в вертикальной плоскости (показано заштрихованное поперечное сечение) (фиг.12). Одновременно с помощью наклонных поверхностей держатель верхнего бойка 1 перемещает в направлении к заготовке держатели 3, 4 боковых бойков 6, 8, которые обжимают ее в радиальном и тангенциальном направлениях (фиг.12). В процессе обжатия заготовки бойками 5-8 в гидроцилиндры 9-12 передаются значительные технологические усилия, создающие большие давления рабочей жидкости в этих гидроцилиндрах (фиг.12). Обратные клапаны, расположенные в блоках управления 31-34 на трубопроводах подвода рабочей жидкости, удерживают объемы рабочей жидкости в гидроцилиндрах 9-12 и за счет этого обеспечивают неизменное положение бойков 5-8.
После окончания процесса ковки или при переходе на другое поперечное сечение заготовки оператор пресса с пульта управления включает системы управления гидроцилиндрами 9-12 и дает команду на перемещение бойков 5-8 в новое положение. При этом срабатывают клапаны, расположенные в гидравлических блоках управления 31-34 (одни на открытие, а другие на закрытие соответствующих трубопроводов - на фиг. не показаны), и поступающая в гидроцилиндры 9-12 рабочая жидкость перемещает поршни 13-16 (плунжеры 35) в новое положение (фиг.1-8).
Такая конструкция устройства обеспечивает быструю переналадку размеров не только в промежутках между ковкой заготовок, но и в процессе самой ковки заготовки между ее проходами, что особенно важно при изготовлении поковок прямоугольного поперечного сечения. При использовании патентуемого устройства существенно уменьшается трудоемкость при его переналадке по сравнению с прототипом, т.к. не требуется длительная замена регулировочных пластин, подкладываемых под боек.
Патентуемое многобойковое ковочное устройство позволяет за счет быстрого изменения закрытой высоты бойков уменьшить время на его переналадку при получении поковок прямоугольного поперечного сечения в 15-40 раз.
Источники информации
1. Ковка на радиально-обжимных машинах. В.А.Тюрин, В.А.Лазоркин, И.А.Поспелов и др. Под общ. ред. В.А. Тюрина. - М.: Машиностроение, 1990, с.13-16.
2. Патент РФ №2242322, МКИ B21J 13/02, 7/16, 2003 г.
3. Патент РФ №2257278, МКИ B21J 13/02, 27/07, 2005 г.