Кривошипный горячештамповочный пресс

Кривошипный горячештамповочный пресс — это кузнечно-прессовая машина циклического действия, предназначенная для пластической деформации металла в нагретом состоянии (горячей штамповки) с использованием кривошипно-шатунного механизма для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение ползуна. Относится к классу кривошипных прессов и является одним из основных видов оборудования для массового и крупносерийного производства поковок.

История

Развитие кривошипных прессов для горячей штамповки началось в конце XIX — начале XX века с появлением потребности в высокопроизводительном оборудовании для автомобильной, авиационной и оборонной промышленности. Ранние механические прессы использовали ременные и фрикционные приводы, однако с развитием электротехники и металлургии стали применяться электродвигатели и более совершенные зубчатые передачи.

В СССР производство кривошипных горячештамповочных прессов было освоено в 1930-х годах на заводах «Тяжмехпресс» (Воронеж) и «Уралмашзавод» (Свердловск). К 1960-м годам были разработаны типовые ряды прессов усилием от 10 до 100 МН (1000—10000 тс), которые стали основой для автоматизации кузнечных цехов. Современные модели оснащаются системами ЧПУ, автоматическими манипуляторами и средствами контроля температуры.

Устройство и принцип работы

Кривошипный горячештамповочный пресс состоит из следующих основных узлов:

• Станина — жесткая литая или сварная конструкция, воспринимающая рабочие нагрузки. Обычно выполняется из стали или высокопрочного чугуна.
• Кривошипно-шатунный механизм — включает коленчатый вал, шатун и ползун. Преобразует вращение вала в возвратно-поступательное движение ползуна.
• Привод — электродвигатель, маховик, муфта включения и тормоз. Обеспечивает накопление кинетической энергии и её передачу на кривошипный вал.
• Ползун — подвижная часть, к которой крепится верхняя половина штампа. Движется в направляющих станины.
• Штамповый блок — комплект из верхней и нижней частей штампа, формирующих поковку. Для горячей штамповки штампы изготавливаются из жаропрочных сталей.
• Стол — неподвижная плита, на которой устанавливается нижняя часть штампа.
• Выталкиватели — механизмы для удаления готовой поковки из штампа.

Принцип работы: заготовка, нагретая до температуры ковки (обычно 1100—1250 °C для стали), подаётся в штамп. При включении муфты маховик через кривошипный вал и шатун перемещает ползун вниз. За один или несколько ходов ползуна металл заполняет полость штампа, приобретая заданную форму. Затем ползун поднимается, выталкиватель удаляет поковку, и цикл повторяется.

Классификация

Кривошипные горячештамповочные прессы классифицируются по нескольким признакам:

По усилию

• Малые (до 10 МН) — для мелких поковок массой до 1 кг.
• Средние (10—40 МН) — для поковок массой 1—20 кг.
• Тяжёлые (40—100 МН) — для крупных поковок массой 20—200 кг.
• Особо тяжёлые (свыше 100 МН) — для поковок массой более 200 кг.

По числу кривошипов

• Однокривошипные — простейшая конструкция, применяются для поковок простой формы.
• Двухкривошипные — обеспечивают более равномерное распределение усилия, используются для длинных поковок.
• Четырёхкривошипные — для крупногабаритных поковок, требующих высокой точности.

По типу привода

• С маховиком на валу — классическая схема, маховик установлен на кривошипном валу.
• С маховиком на промежуточном валу — позволяет снизить инерционные нагрузки.
• С гидравлическим или пневматическим муфтами — обеспечивают плавное включение и регулировку хода.

По расположению штампа

• Горизонтальные — редко, для специальных операций.
• Вертикальные — наиболее распространены, ползун движется сверху вниз.

Характеристики

Основные технические характеристики кривошипных горячештамповочных прессов:

• Номинальное усилие (в МН или тс) — максимальное усилие, развиваемое прессом в рабочем ходе.
• Ход ползуна (в мм) — расстояние, на которое перемещается ползун от верхнего до нижнего положения.
• Число ходов в минуту — частота циклов, определяет производительность.
• Размеры стола (в мм) — габариты рабочей поверхности.
• Мощность привода (в кВт) — мощность электродвигателя.
• Закрытая высота (в мм) — расстояние от стола до ползуна в нижнем положении.

Примеры типовых параметров для пресса усилием 25 МН (2500 тс): ход ползуна — 400 мм, число ходов — 60 в минуту, мощность привода — 200 кВт, размеры стола — 1200×1000 мм.

Применение

Кривошипные горячештамповочные прессы используются в следующих отраслях:

• Автомобильная промышленность — штамповка коленчатых валов, шатунов, шестерён, ступиц, рычагов подвески.
• Авиастроение — производство лопаток турбин, дисков, корпусных деталей.
• Железнодорожный транспорт — изготовление колёс, осей, рельсовых скреплений.
• Сельскохозяйственное машиностроение — детали тракторов, комбайнов.
• Оборонная промышленность — корпуса снарядов, гильзы, детали вооружения.
• Нефтегазовое оборудование — фланцы, фитинги, задвижки.

Прессы обеспечивают высокую производительность (до 100—200 поковок в час) и точность (допуски до 0,5—1 мм), что делает их незаменимыми в массовом производстве.

Достоинства и недостатки

Достоинства

• Высокая производительность и цикличность работы.
• Стабильность качества поковок благодаря жёсткой кинематике.
• Возможность автоматизации процесса (роботизированные линии).
• Относительно низкая стоимость по сравнению с гидравлическими прессами аналогичного усилия.

Недостатки

• Ограниченная длина хода ползуна (по сравнению с гидравлическими прессами).
• Высокие нагрузки на механизмы, требующие регулярного обслуживания.
• Сложность регулировки усилия в процессе хода (зависит от положения кривошипа).
• Шум и вибрации при работе.

Сравнение с другими типами прессов

Производители

В России и странах СНГ основными производителями кривошипных горячештамповочных прессов являются:

• Воронежский завод тяжёлых механических прессов (ОАО «Тяжмехпресс») — выпускает прессы усилием от 10 до 100 МН.
• Уралмашзавод (ПАО «Уралмаш») — производит тяжёлые прессы для оборонной и энергетической промышленности.
• Краматорский завод тяжёлого станкостроения (Украина) — ранее выпускал прессы серии КГШП.
• Завод «Кузнечно-прессовое оборудование» (г. Рязань) — специализируется на малых и средних прессах.

Зарубежные производители: Schuler (Германия), Komatsu (Япония), Danly (США), Sumitomo (Япония).

Интересные факты

• Самый мощный кривошипный горячештамповочный пресс в мире (усилие 120 МН) был построен в 1970-х годах на заводе «Тяжмехпресс» для производства поковок для атомной энергетики.
• В СССР существовала единая система унификации прессов (ГОСТ 9731-79), что позволяло заменять штампы и оснастку между разными моделями.
• Современные прессы оснащаются системами мониторинга износа штампа и автоматической смазки, что увеличивает ресурс оборудования до 10—15 лет.

Источники

• ГОСТ 9731-79 «Прессы кривошипные горячештамповочные. Параметры и размеры».
• Справочник «Кузнечно-штамповочное оборудование» под ред. В. А. Егорова, М.: Машиностроение, 1985.
• Техническая документация ОАО «Тяжмехпресс» (Воронеж).
• Статья «Кривошипные прессы» в Большой советской энциклопедии, 3-е изд., 1973.
• Учебное пособие «Оборудование кузнечно-штамповочных цехов» авт. А. Н. Лебедев, М.: Высшая школа, 1990.