2.10 Станины, подушки и фундаменты кривошипных прессов
2.10.1 Станины
Станина кривошипного пресса представляет собой корпусной элемент, в котором монтируют все узлы и детали пресса. На станине крепится главный исполнительный механизм пресса, поэтому станина служит замыкающим зве- ном, через которое передается усилие деформирования. Размеры станин опре-
нины с нижним приводом используют в основном для листоштамповочных прессов с большим номинальным усилием и для быстроходных листоштампо- вочных автоматов. Вертикальные станины занимают малую площадь и получи- ли наибольшее распространение в кривошипных прессах. Горизонтальные ста- нины применяют в ГКМ, специальных штамповочных прессах и пресс- автоматах.
Различают: 1) станины открытого типа, которые применяются в открытых прессах (рисунок 2.44, а, б); 2) станины закрытого типа, которые применяются в закрытых прессах и КГШП (рисунок 2.44, в); 3) станины ГКМ; 4) станины листогибочных прессов и ножниц; 5) станины автоматов для холодной объем- ной штамповки.
. а б в
а – одностоечная открытого типа; б – двухстоечная открытого типа;
в – закрытого типа
Рисунок 2.44 – Схемы станин кривошипных прессов
По расположению станины относительно направления движения ползуна прессы могут быть: вертикальными или горизонтальными с горизонтальным расположением станины. В открытых прессах станина имеет С-образную фор- му, штамповое пространство имеет доступ с трех сторон, что удобно для об- служивания. Однако несимметричное нагружение станины обусловливает ее значительные линейные и угловые деформации, приводящие к возникновению перекосов (рисунок 2.45).
а б
а – схема нагружения станины; б – расчетная схема рамы Рисунок 2.45 – Станина открытого типа
Станины открытого типа могут быть одностоечными и двухстоечными, ненаклоняемыми и наклоняемыми, с передвижным столом. Одностоечные ста- нины имеют замкнутое коробчатое сечение. Одностоечные станины применяют как в прессах с небольшим усилием до 400 кН, так и с усилием до 4 МН для об- работки крупногабаритных деталей. При этом применяется вставной рог или откидной регулируемый по высоте стол.
Двухстоечные станины состоят из двух несущих стоек, соединенных мест- ными ребрами и приливами. В двухстоечных станинах размещение коленчатого вала на двух опорах снижает величину напряжений при его нагружении по сравнению с консольным расположением кривошипного вала в одностоечных.
Сквозной проем между стойками на уровне штампового пространства облегча- ет удаление отштампованных деталей.
В наклоняемых прессах для удобства удаления штампованных деталей станина смонтирована не непосредственно на фундаменте, а на стойках. В стойках предусмотрен механизм наклона станины на угол около 30°, при на- клоне отштампованные детали, расположенные на столе, легко скатываются в тару. Двухстоечные наклоняемые станины более удобны и универсальны, их применяют на прессах усилием до 1,6 МН. Ненаклоняемые двухстоечные ста- нины применяют на прессах с усилием до 3,5 МН.
По технологическому принципу станины делятся на литые и сварные. Ста- нины открытых прессов, изготовляемых крупными сериями, выполняют литы- ми из серого чугуна марки СЧ 20 или СЧ 25. Сварные конструкции экономиче- ски выгодны при мелкосерийном и единичном производстве, что часто бывает при производстве прессов больших усилий (16…20 МН). Такие станины изго- тавливают сварными из листов и проката стали марки Ст 3. Преимуществом сварных станин является их высокая жесткость, что дает возможность сущест- венно облегчить пресс в целом.
образного типа открытых прессов.
а б в
а – цельная; б – составная из двух частей; в – составная из трех частей Рисунок 2.46 – Конструкции закрытых станин
Цельные станины закрытых прессов в основном делают сварными. Приме- нение сварки позволяет получать при меньшей массе более высокую жесткость конструкций по сравнению с литыми чугунными конструкциями. Сварные эле- менты станин выполняют из толстолистового проката марки Ст 3 толщиной 10- 140 мм. Цельносварные конструкции станин широко используют при производ- стве прессов с номинальным усилием от 400 кН до 20 МН.
Для прессов с большими габаритами станины выполняют составными из двух либо из трех частей – верхней траверсы со стойками и стола, либо из че- тырех частей – верхней траверсы, правой и левой стоек и стола. Станины со стойками сварно-литой конструкции применяют в мощных КГШП, с отдельно выполненными стойками – в большинстве листоштамповочных прессов закры- того типа.
Литые элементы станин выполняют из стали марок 30Л и 45Л с допускае- мым напряжением [σ] = (0,2-0,3)σв, где σв – временное сопротивление стали при растяжении.
Детали разъемных станин соединяют в целое специальными шпильками, изготовленными из нормализованной стали 45. Предварительное усилие затяж- ки шпилек должно превышать номинальное усилие пресса с тем, чтобы не до- пустить раскрытия зазоров в стыках составных элементов станины. Для цен- тровки соединяемых шпильками деталей в стыках прокладывают цилиндрические шпонки вдоль и поперек фронта пресса.
Стол пресса предназначен для крепления штампа или рабочего инструмен- та (матрицы, пуансона), а также для установки устройств механизации и авто- матизации подачи заготовок в штамп и нижних выталкивающих устройств для
удаления изделий или отходов. Стол должен обладать достаточной жесткостью, а плоскость стола должна быть строго параллельна торцовой плоскости ползу- на. В столе пресса предусмотрено центральное сквозное отверстие для удале- ния отходов или готовых деталей при работе «на провал» при вырубке- пробивке и Т-образные пазы для крепления штампа.
Некоторые одностоечные универсальные прессы оборудованы подвижным столом для регулирования закрытой высоты пресса в широких пределах. Боль- шинство специализированных прессов имеют неподвижный стол и снабжены набором подкладных плит для регулирования высоты штампового пространст- ва. Расчет станин прессов представляет сложную задачу. В связи с этим при расчете применяют приближенные методы, в том числе метод сеток, вариаци- онные методы, методы конечных элементов и др.
Станины открытых прессов, как правило, рассчитывают по формулам пря- мого бруса. Большинство станин открытых прессов имеют значительно изме- няющиеся поперечные сечения по высоте из-за наличия направляющих, отвер- стий и др. Напряжение растяжения в опасном сечении II–II (рисунок 2.45, а) рассчитывают по формуле
,
где M – изгибающий момент, M = PН·y1. Здесь PН – номинальное усилие; y1 – расстояние от линии силы до центра тяжести расчетного сечения. hр = y1 – a; JII
– момент инерции сечения II–II; FII – площадь опасного сечения станины.
Для определения деформации открытого пресса в качестве расчетной схе- мы принимают незамкнутую раму (рисунок 2.45, б). В таком случае суммарное перемещение по линии действия номинального усилия определяется как сумма линейных и угловых деформаций длин l1 и l2 участков рамы в опасных сечени- ях I–I, II–II и III–III под действием номинального усилия PН.
Цельные станины закрытого типа рассчитывают как симметрично нагру- женную раму, в которой реальные детали заменены стержнями постоянного се- чения (рисунок 2.47, а). Затем строят суммарную эпюру изгибающих моментов, один из возможных вариантов которой представлен на рисунке 2.47, б.
При расчете приводят реакции опор главного вала к центрам тяжести се- чения стоек, т.е. перенесят силы 0,5PН на осевую линию вертикальных стерж- ней рамы. Перенос компенсируется изгибающим моментом
, где l – расстояние между опорами главного вала.
Дальнейшее решение ведут методами, известными из курса сопротивления материалов: устанавливают наибольшие напряжения (растяжения или сжатия) в опасных сечениях и сравнивают их с допускаемыми:
а б
а – схема нагружения станины; б – вид эпюры изгибающих моментов Рисунок 2.47 – Расчетная схема станины закрытого типа
Суммарная деформация станины в вертикальном направлении складывает- ся из прогиба траверсы δтр от изгибающего момента, удлинения стоек δст от растягивающей силы и прогиба стола δстол от изгибающего момента и попереч- ной силы
δв = δтр + δст + δстол.
Действием изгибающего момента на стойки можно пренебречь, так как он вызывает лишь их искривление (сближает между собой) и не влияет на дефор- мацию системы по вертикали.
В настоящее время для наиболее часто применяемых типов рам вычислены значения моментов в характерных точках.
Расчет разъемных станин сводится к расчету стяжных шпилек и проверке напряжений затяжки в стойках. При этом задаются числом стяжных шпилек, которое обычно принимают равным четырем. По эмпирическим формулам в зависимости от типа пресса и номинального усилия PН, кН определяют диаметр стяжной шпильки в опасном сечении d1, мм. Для универсальных листоштампо- вочных прессов . Для двухкривошипных и четырехкривошипных прессов и листоштамповочных автоматов , для чеканочных прес- сов .
Затем определяют усилие затяжки Pз = φзPН. Значения коэффициента за- тяжки φз выбирают в зависимости от типа пресса.
Далее определяют напряжение затяжки в шпильках .
Для определения угла поворота гайки при затяжке находят деформации шпилек и станины.
Для затяжки шпилек завертывают гайки до отказа, делают риски на каж- дой гайке и станине, на станине отмечают меткой угол αз, на который необхо- димо повернуть гайку, затем шпильки нагревают и закручивают гайки на необ- ходимый угол. После остывания шпилек станина оказывается стянутой с необходимым усилием затяжки.