15. Винтовые прессы

К винтовым прессам относятся машины, в которых энергия привода преобразуется в полезную работу посредством винтового механизма. По типу привода различают винтовые прессы:

1) фрикционные;

2) фрикционно-муфтовые;

3) электровинтовые;

4) гидровинтовые.

В винтовых прессах применяют несамотормозящие винтовые механизмы с углом подъема резьбы 12  16 , что больше угла трения, поэтому движущее воздействие может осуществляться либо крутящим моментом, либо осевой силой, действующими на винт или гайку.

Различают следующие конструктивные схемы винтовых прессов.

1) с вращающимся винтом и с гайкой, закрепленной неподвижно (рис. 55):

а - возможно воздействие на винт крутящим моментом;

б - возможно воздействие на винт осевой силой.

Рис. 55.

1 - ползун; 2 - станина; 3 - винт; 4 - гайка;

5 - подшипниковые соединения винта с ползуном;

6 - маховик

2) с вращающимся винтом и гайкой, движущейся поступательно вместе с ползуном (рис. 56).

Рис. 56.

3) с поступательно движущимся винтом и вращающейся гайкой (рис. 57).

Рис. 57.

4) с неподвижно закрепленным винтом и гайкой вращающейся и перемещающейся вместе с ползуном (рис. 58).

Рис. 58.

15.1. Технологические особенности штамповки на винтовых прессах

Винтовые прессы осуществляют деформацию металла за счет энергии, запасенной их подвижными частями и в основном это энергия вращательного движения маховика. Энергия за ход пресса полностью расходуется при деформации. В зависимости от величины пути, на котором расходуется накопленная энергия, а путь зависит от сопротивления металла деформации, развивается большее или меньшее усилие на ползуне. Чем выше сопротивление поковки, тем больше развиваемое прессом усилие, и тем на меньшем пути расходуется накопленная подвижными частями энергия. Если поковка отсутствует и происходит удар штампов друг о друга, то есть холодный удар или жесткий удар, то возникает особенно большое усилие, что может вызвать аварию пресса. Для снижения нагрузки на ползуне в момент жесткого удара винтовые прессы часто оснащаются предохранительными устройствами, которые устанавливаются в соединениях винта с маховиком.

Для винтовых прессов принято различать три вида усилий:

1. номинальное;

2. допустимое;

3. максимальное.

Рис. 59. Схема номинального усилия

Номинальным (рис. 59.) принято считать усилие, которое создается прессом при высадке условной расчетной заготовки типа головки со стержнем. При работе с номинальным усилием 80  85 % эффективной энергии используется полезно на деформацию поковки.

Допустимое усилие может возникать при штамповке тонких поковок типа турбинных лопаток, когда пластическая деформация поковки в направлении движения ползуна пресса мала. Тогда имеет место полужесткий удар, и усилие может в 1,6 раза превышать номинальное. При работе с допустимым усилием полезная работа составляет 45  50 % от всей эффективной энергии. Допускается длительная работа пресса с таким усилием, если имеется фрикционный предохранитель (рис. 60).

Рис. 60. Схема допустимого усилия

Максимальное усилие возникает, когда отсутствует пластическая деформация, например, при холодном ударе или когда в штампе нет заготовки. В этом случае полезная работа равна нулю, а эффективная энергия расходуется на трение в механизме и упругую деформацию деталей пресса. Максимальное усилие может быть в 2,5  2,8 раза выше номинального. Работать в таком режиме не разрешается (рис. 61).

Рис. 61. Схема максимального усилия

На винтовых прессах, как и на молотах не требуется производить точную регулировку закрытой высоты, у них отсутствует явление заклинивания, скорость ползуна находится в пределах 0,6  1,5 м/сек, что хорошо удовлетворяет условиям горячей штамповки.

К недостаткам следует отнести трудности получения заготовительных операций, например, осадка в открытом штампе при работе с посадкой на упоры. Необходимость переключения на обратный ход в системе управления при работе последовательными ударами. Ударное продольное и поворотное воздействие на фундамент.

15.2. Основные параметры винтовых прессов

Основные параметры характеризуются эффективной энергией, номинальным усилием, размерами рабочей зоны, производительностью. Они устанавливаются по ГОСТ 713 - 81 или в специальных случаях выбираются на основе анализа технологических требований.

15.3. Эффективная энергия

Принцип действия винтовых прессов заключается в разгоне рабочих частей приводом во время холостого хода вниз до определенной скорости с целью накопления кинетической энергии вращательного и поступательного движения.

, (172)

, (173)

, (174)

где m - масса поступательно движущихся частей;

Y - осевой момент инерции вращающихся частей.

Для винтового механизма характерно соотношение

, (175)

где h - шаг винта.

С учетом этого можно записать:

. (176)

15.4. Винтовой рабочий механизм

Рис. 62. Винты фрикционных прессов

Применяются следующие профили резьбы:

Рис. 63. Профили резьбы винтов:

а - прямоугольный; б - трапециевидный; в - упорный

При одинаковом шаге наиболее предпочтительным считается упорный профиль резьбы за счет более низких напряжений в основании витка, меньших цикловых потерь на трение, лучшей технологичности.

Для винтов, совершающих винтовое движение наиболее существенным являются напряжения сжатия на участке от ползуна до гайки:

, (177)

. (178)

Для винтов, совершающих только вращательное движение на участке от гайки до опоры винта, имеют место суммарное напряжение от сжатия и кручения.

, (179)

, (180)

где  = 12 - 16 - угол подъема резьбы;

 - угол трения в резьбе ( = arctg).

Эквивалентное напряжение:

, (181)

откуда

. (182)

Для наиболее применяемых  = 12 30  и  = 3 .

. (183)

Ход винта - перемещение, которое он получает при повороте гайки на один оборот. Для винта с однозаходной резьбой понятия ход винта и шаг винта однозначны h = t.

С целью измельчения профиля применяют многозаходную резьбу с числом заходов  = 3  6.

, (184)

, (185)

Наружный диаметр резьбы:

, (186)

Внутренний диаметр резьбы:

, (187)

Высота гайки:

, (188)

к.п.д. винта в период рабочего хода:

, (189)