четырехбойковое ковочное устройство для ковочных прессов

Формула изобретения

1. Четырехбойковое ковочное устройство для ковочных прессов, содержащее держатели верхнего и нижнего бойков с наклонными плоскостями, кинематически связанные с ними держатели боковых бойков с наклонными плоскостями, соответствующими наклонным плоскостям держателей верхнего и нижнего бойков, установленные с возможностью перемещения относительно держателей верхнего и нижнего бойков и связанные с ними посредством разводящих направляющих, антифрикционные пластины, установленные на наклонных плоскостях держателей бойков, и четыре бойка с рабочими поверхностями, отличающееся тем, что держатели боковых бойков имеют в продольном сечении форму, близкую к форме трапеции, с центром масс системы «держатель бокового бойка - боковой боек», не выходящим за пределы продольного сечения держателя бокового бойка, разводящие направляющие установлены или на боковых поверхностях держателей бойков в количестве по меньшей мере четырех, или на наклонных плоскостях держателей бойков в продольной плоскости симметрии устройства в количестве по меньшей мере двух, или на боковых поверхностях и на наклонных плоскостях держателей бойков в продольной плоскости симметрии устройства в количестве по меньшей мере шести, внутренние плоскости разводящих направляющих выполнены охватывающими плоскости смежных держателей бойков или деталей, жестко закрепленных на этих держателях бойков, с образованием замкового соединения, при этом в нижней части наклонной плоскости каждого держателя бокового бойка выполнены выступы, в которые упираются антифрикционные пластины, рабочая поверхность каждого бойка в поперечном сечении состоит из центрального рабочего участка и двух боковых, при этом максимальная ширина рабочей поверхности бойка (b_max) и длина поверхности скольжения антифрикционной пластины (1) связаны отношением b _max/1 1,5.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ширина центрального рабочего участка бойка (b_c) и длина бойка (L) связаны следующим отношением b_c/L=0,2-1,1.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что держатель нижнего бойка имеет в поперечном сечении Т-образную форму с широкой частью со стороны его опорной поверхности.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что держатели верхнего и нижнего бойков имеют в поперечном сечении Т-образную форму с широкой частью со стороны их опорных поверхностей.

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что на боковых поверхностях держателей бойков установлено восемь разводящих направляющих.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на наклонных плоскостях держателей верхнего и нижнего бойков установлены центрирующие направляющие в продольной плоскости симметрии устройства, а на наклонных плоскостях держателей боковых бойков установлено по две антифрикционные пластины П-образного поперечного сечения, которые одними своими сторонами образуют между собой паз прямоугольного поперечного сечения, в который заходят центрирующие направляющие, а другими охватывают боковые плоскости держателей боковых бойков.

7. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что на наклонных плоскостях держателей бойков в продольной плоскости симметрии устройства в Т-образные пазы установлены четыре разводящие направляющие, выполненные в виде двутавровой балки.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на внутренних плоскостях разводящих направляющих, обеспечивающих подвижный контакт в замковом соединении, имеется антифрикционное покрытие.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере двумя центрирующими направляющими-колонками, установленными в держателе нижнего бойка симметрично относительно вертикальной и продольной плоскостей его симметрии, а держатель верхнего бойка выполнен подпружиненным относительно держателя нижнего бойка с возможностью перемещения держателя верхнего бойка относительно держателя нижнего бойка в направляющих-колонках от действия пружин.

10. Устройство по п.5, отличающееся тем, что пары разводящих направляющих, расположенные на боковых поверхностях держателей бойков симметрично относительно продольной плоскости симметрии устройства, закреплены попарно на боковых поверхностях держателей верхнего и нижнего бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, проходящих через эти держатели бойков параллельно вертикальной плоскости симметрии устройства.

11. Устройство по п.5, отличающееся тем, что разводящие направляющие закреплены на боковых поверхностях держателей бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, расположенных в плоскости, перпендикулярной вертикальной плоскости симметрии устройства.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бойки закреплены на держателях бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, проходящих через эти держатели бойков параллельно вертикальной плоскости симметрии устройства, и прижимов.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено системой подачи смазки к трущимся поверхностям, при этом центральные каналы подвода смазки к устройству проходят через держатели боковых бойков параллельно плоскостям скольжения антифрикционных пластин.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено системой охлаждения бойков, состоящей из шлангов и каналов, расположенных в держателях бойков и бойках, при этом в теле каждого бойка имеется по меньшей мере один канал, расположенный под центральным рабочим участком бойка параллельно его поверхности.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антифрикционные пластины, установленные на держателях верхнего и нижнего бойков, выполнены из бронзы, а антифрикционные пластины, установленные на держателях боковых бойков, - из стали.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что антифрикционные пластины выполнены из композиционного материала, состоящего из высокотемпературного полиамида и длинноволокнистого углерода с добавлением графитного наполнителя, используемого для изготовления самосмазывающихся подшипников скольжения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, а именно к четырехбойковым ковочным устройствам, и может быть использовано при ковке слитков и заготовок из различных сталей и сплавов на ковочных прессах, в том числе на гидравлических ковочных прессах.

Изобретение может быть использовано в машиностроительной и металлургической промышленности при производстве изделий с удлиненной осью, например штанг, колонн, промежуточных валов, торсионных валов, валков прокатных станов и тому подобных изделий, а также при производстве кованых заготовок из слитков и проката из углеродистых, среднелегированных, инструментальных и высоколегированных сталей и сплавов, а также цветных металлов и сплавов.

Известно четырехбойковое ковочное устройство, содержащее бойки, рабочая поверхность каждого из которых образована несколькими плоскостями, держатели верхнего и нижнего бойков с наклонными плоскостями скольжения и держатели боковых бойков, выполненные с наклонными плоскостями скольжения, соответствующими упомянутым плоскостям скольжения держателей верхнего и нижнего бойков, установленные с возможностью перемещения относительно держателей верхнего и нижнего бойков и связанные с ними посредством восьми закрепленных на держателях направляющих П-образного поперечного сечения, внутренние плоскости которых выполнены охватывающими плоскости держателей бойков с образованием замкового соединения (RU 2282517 С2, МПК (2006.01) B21J 1/04, 13/00, 7/16, оп. 27.08.2006).

Данное устройство обеспечивает высокую производительность процесса ковки и высокое качество металла получаемых поковок.

При этом данная конструкция не обеспечивает высокую надежность и долговечность работы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому четырехбойковому ковочному устройству является устройство по патенту Российской Федерации (RU 2314175 С2, МПК (2006.01) B21J 13/02, оп. 10.01.2008), содержащее держатели верхнего и нижнего бойков с наклонными плоскостями, кинематически связанные с ними два держателя боковых бойков с наклонными плоскостями, соответствующими наклонным плоскостям держателей верхнего и нижнего бойков, посредством боковых разводящих направляющих F-образного поперечного сечения, центрирующие направляющие, установленные на наклонных плоскостях держателей верхнего и нижнего бойков или на наклонных плоскостях держателей боковых бойков в одной или нескольких плоскостях, перпендикулярных продольной оси устройства, и размещенные в центрирующих пазах, образованных стенками пазов, выполненных на наклонных плоскостях соответственно держателей боковых бойков или держателей верхнего и нижнего бойков, и боковыми плоскостями антифрикционных пластин, установленных на наклонных плоскостях держателей бойков.

Данная конструкция обеспечивает достаточно длительный срок эксплуатации устройства без ремонтов, связанных с образованием задиров на рабочих поверхностях антифрикционных пластин.

Недостатком известного ковочного устройства является то, что оно не обеспечивает высокую производительность процесса, а также достаточно высокую надежность работы устройства из-за возможных поломок отдельных его деталей и повышенного их износа.

Задачей изобретения является создание четырехбойкового ковочного устройства для ковочных прессов, в котором путем конструктивных изменений обеспечивается снижение возможности поломок отдельных деталей за счет повышения надежности их крепления, плавного перемещения без заеданий, перекосов и задиров, снижения износа, что приводит к повышению срока эксплуатации устройства без ремонтов, надежности его работы, производительности процесса ковки и качества получаемых поковок.

Для достижения названного технического результата в четырехбойковом ковочном устройстве для ковочных прессов, содержащем держатели верхнего и нижнего бойков с наклонными плоскостями, кинематически связанные с ними держатели боковых бойков с наклонными плоскостями, соответствующими наклонным плоскостям держателей верхнего и нижнего бойков, установленные с возможностью перемещения относительно держателей верхнего и нижнего бойков и связанные с ними посредством разводящих направляющих, антифрикционные пластины, установленные на наклонных плоскостях держателей бойков, и четыре бойка с рабочими поверхностями, новым является то, что держатели боковых бойков имеют в продольном сечении форму, близкую к форме трапеции, с центром масс системы «держатель бокового бойка - боковой боек», не выходящим за пределы продольного сечения держателя бокового бойка, разводящие направляющие установлены или на боковых поверхностях держателей бойков в количестве по меньшей мере четырех, или на наклонных плоскостях держателей бойков в продольной плоскости симметрии устройства в количестве по меньшей мере двух, или на боковых поверхностях и на наклонных плоскостях держателей бойков в продольной плоскости симметрии устройства в количестве по меньшей мере шести, внутренние плоскости разводящих направляющих выполнены охватывающими плоскости смежных держателей бойков или деталей, жестко закрепленных на этих держателях бойков, с образованием замкового соединения, при этом в нижней части наклонной плоскости каждого держателя бокового бойка имеются выступы, в которые упираются антифрикционные пластины, рабочая поверхность каждого бойка в поперечном сечении состоит из центрального рабочего участка и двух боковых, при этом максимальная ширина рабочей поверхности бойка (b_max) и длина поверхности скольжения антифрикционной пластины (1) связаны соотношением b_max/1 1,5.

Достижению технического результата способствует и то, что в зависимости от конструктивных особенностей устройства, изготавливаемого для ковки конкретных заготовок, упрощения его изготовления, сборки и эксплуатации:

- ширина центрального рабочего участка бойка (b_c) и длина бойка (L) связаны следующим соотношением b_c /L=0,2-1,1;

- держатель нижнего бойка может иметь в поперечном сечении Т-образную форму с широкой частью со стороны его опорной поверхности;

- держатели верхнего и нижнего бойков могут иметь в поперечном сечении Т-образную форму с широкой частью со стороны их опорных поверхностей;

- на боковых поверхностях держателей бойков может быть установлено восемь разводящих направляющих;

- на наклонных плоскостях держателей верхнего и нижнего бойков могут быть установлены центрирующие направляющие, в продольной плоскости симметрии устройства, а на наклонных плоскостях держателей боковых бойков - по две антифрикционные пластины П-образного поперечного сечения, которые одними своими сторонами образуют между собой паз прямоугольного поперечного сечения, в который заходят центрирующие направляющие, а другими - охватывают боковые плоскости держателей боковых бойков;

- на наклонных плоскостях держателей бойков, в продольной плоскости симметрии устройства, в Т-образные пазы могут быть установлены четыре разводящие направляющие, выполненные в виде двутавровой балки;

- на внутренних плоскостях разводящих направляющих, обеспечивающих подвижный контакт в замковом соединении, может быть антифрикционное покрытие;

- устройство может быть также снабжено по меньшей мере двумя центрирующими направляющими-колонками, установленными в держателе нижнего бойка, симметрично относительно вертикальной и продольной плоскостей его симметрии, а держатель верхнего бойка выполнен подпружиненным относительно держателя нижнего бойка с возможностью перемещения держателя верхнего бойка относительно держателя нижнего бойка в направляющих-колонках под действием пружин;

- пары разводящих направляющих, расположенные на боковых поверхностях держателей бойков симметрично относительно продольной плоскости симметрии устройства, могут быть закреплены попарно на боковых поверхностях держателей верхнего и нижнего бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, проходящих через эти держатели бойков параллельно вертикальной плоскости симметрии устройства;

- разводящие направляющие могут быть закреплены на боковых поверхностях держателей бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, расположенных в плоскости, перпендикулярной вертикальной плоскости симметрии устройства;

- бойки могут быть закреплены на держателях бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, проходящих через эти держатели бойков, параллельно вертикальной плоскости симметрии устройства, и прижимов;

- устройство может быть также снабжено системой подачи смазки к трущимся поверхностям, при этом центральные каналы подвода смазки к устройству проходят через держатели боковых бойков, параллельно плоскостям скольжения антифрикционных пластин;

- устройство может быть также снабжено системой охлаждения бойков, содержащей шланги и каналы, расположенные в держателях бойков и бойках, при этом в теле каждого бойка имеется по меньшей мере один канал, расположенный под центральным рабочим участком бойка, параллельно его поверхности;

- антифрикционные пластины, установленные на держателях верхнего и нижнего бойков, могут быть также выполнены из бронзы, а антифрикционные пластины, установленные на держателях боковых бойков - из стали;

- антифрикционные пластины могут быть также выполнены из композиционного материала, содержащего высокотемпературный полиамид и длинноволокнистый углерод с добавлением графитного наполнителя, используемого для изготовления самосмазывающихся подшипников скольжения.

Заявляемое четырехбойковое ковочное устройство для ковочных прессов поясняется фиг.1-35.

На фиг.1 представлен общий вид четырехбойкового ковочного устройства в статике, вид спереди (при сведении бойков); на фиг.2 - общий вид четырехбойкового ковочного устройства, вид сбоку; на фиг.3 - общий вид четырехбойкового ковочного устройства (вид спереди), с четырьмя разводящими направляющими, закрепленными на боковых поверхностях держателя верхнего бойка; на фиг.4 - общий вид четырехбойкового ковочного устройства (вид сбоку), с четырьмя верхними разводящими направляющими; на фиг.5 - четырехбойковое ковочное устройство в раскрытом положении; на фиг.6 - вид С (вариант I) на фиг.5; на фиг.7 - вид С (вариант II) на фиг.5; на фиг.8 - вид С (вариант III) на фиг.5; на фиг.9 - сечение D-D (вариант I) на фиг.1; на фиг.10 - сечение D-D (вариант II) на фиг.1; на фиг.11 - сечение D-D (вариант III) на фиг.1; на фиг.12 - вид Т на фиг.5; на фиг.13 - четырехбойковое ковочное устройство с разводящими направляющими, установленными на наклонных плоскостях держателей бойков (вид спереди); на фиг.14 - четырехбойковое ковочное устройство с разводящими направляющими, установленными на наклонных плоскостях держателей бойков (вид сбоку); на фиг.15 - сечение А-А (вариант I) на фиг.13; на фиг.16 - сечение А-А (вариант II) на фиг.13; на фиг.17 - сечение А-А (вариант III) на фиг.13; на фиг.18 - сечение А-А (вариант IV) на фиг.13; на фиг.19 - сечение А-А (вариант V) на фиг.13; на фиг.20 - сечение А-А (вариант VI) на фиг.13; на фиг.21 - сечение А-А (вариант VII) на фиг.13; на фиг.22 - четырехбойковое ковочное устройство с разводящими направляющими, установленными на боковых поверхностях держателя верхнего бойка или держателей боковых бойков и на наклонных плоскостях держателей бойков (вид спереди); на фиг.23 - сечение В-В на фиг.22; на фиг.24 - четырехбойковое ковочное устройство с разводящими направляющими, установленными на боковых поверхностях держателя нижнего бойка или держателей боковых бойков и на наклонных плоскостях держателей бойков; на фиг.25 - сечение С-С на фиг.24; на фиг.26 - центр масс держателя бокового бойка с боковым бойком (в сборе); на фиг.27 - продольное сечение держателя бокового бойка; на фиг.28 - вид А на фиг.5; на фиг.29 - боек, вид спереди; на фиг.30 - боек, вид сбоку; на фиг.31 - четырехбойковое ковочное устройство с центрирующими направляющими-колонками и пружинами; на фиг.32 - четырехбойковое ковочное устройство, у которого разводящие направляющие закреплены на боковых поверхностях держателей бойков с помощью штырей, шпилек или болтов, расположенных в плоскости, перпендикулярной вертикальной плоскости симметрии устройства; на фиг.33 - сечение Е-Е на фиг.1; на фиг.34 - сечение N-N на фиг.28; на фиг.35 - общий вид четырехбойкового ковочного устройства в динамике (в процессе обжатия заготовки).

Q-Q - продольная плоскость симметрии устройства.

U-U - вертикальная плоскость симметрии устройства.

Четырехбойковое ковочное устройство для ковочных прессов состоит из держателя 1 верхнего бойка, держателя 2 нижнего бойка, держателей 3, 4 боковых бойков, бойков 5-8, разводящих направляющих 9-16 (фиг.1, 2). Держатель 2 нижнего бойка имеет места для его жесткого крепления к нижней плите пресса (не показан) с помощью пазов 17, 18, например типа «ласточкин хвост», или с помощью специальных зажимов. Держатель 1 верхнего бойка может также иметь места крепления 19, 20, для жесткого крепления к верхней плите, установленной на подвижной траверсе пресса. Оба держателя 1, 2 бойков крепятся жестко к прессу в том случае, когда для перемещения вверх держателя 1 верхнего бойка используется подвижная траверса пресса (не показана). В тех случаях, когда для подъема держателя 1 верхнего бойка применяются пружины 21, крепление держателя 1 верхнего бойка к подвижной траверсе пресса отсутствует (фиг.31).

Держатели 3, 4 боковых бойков 5, 7 имеют наклонные плоскости 22-25, соответствующие наклонным плоскостям 26-29 держателей 1, 2 верхнего бойка 6 и нижнего бойка 8 и кинематически связаны с ними посредством разводящих направляющих 9-16 или 42-45, обеспечивающих возвратно-поступательные движения держателей 3, 4 боковых бойков (фиг.1-11, 15-21). На наклонных плоскостях 22-29 держателей 1-4 бойков установлены антифрикционные пластины 30-37, уменьшающие трение между держателями бойков в процессе их взаимного перемещения. Возможно несколько вариантов установки разводящих направляющих и их количество. На фиг.1, 2 показан вариант, когда восемь разводящих направляющих 9-16 установлены на боковых поверхностях держателей 1, 2 верхнего и нижнего бойков. При такой схеме расположения разводящих направляющих на боковых поверхностях держателей 1, 2 бойков достигается наиболее плавное перемещение последних, без заеданий и перекосов. Работа устройства может быть также обеспечена и с помощью четырех разводящих направляющих 10, 11, 14, 15, установленных на боковых поверхностях держателя 1 верхнего бойка (фиг.3,4). В этом случае, при подъеме держателя 1 верхнего бойка вверх, держатели 3, 4 боковых бойков опускаются под действием силы тяжести вниз по четырем разводящим направляющим 10,11, 14, 15.

Возможно несколько вариантов крепления разводящих направляющих на боковых поверхностях держателей бойков.

Первый, известный, вариант крепления разводящих направляющих 9-16 заключается в том, что они закреплены неподвижно на держателе 1 верхнего бойка и держателе 2 нижнего бойка, а внутренняя плоскость разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею плоскостью, выполненной на держателе 3 или держателе 4 боковых бойков, или с плоскостью детали, жестко закрепленной на держателе бокового бойка, например с плоскостью антифрикционной пластины 33, 41 (фиг.1, 6-8). Однако не во всех случаях такое крепление разводящих направляющих обеспечивает требуемый высокий уровень сборки устройства и максимальный межремонтный срок его службы. Возможен также второй вариант крепления разводящих направляющих, заключающийся в том, что разводящая направляющая закреплена на держателе бокового бойка, а внутренняя ее плоскость подвижно контактирует с охватываемой плоскостью, выполненной на держателе верхнего или нижнего бойка, или с плоскостью детали, жестко закрепленной на держателе верхнего и нижнего бойка, например с плоскостью антифрикционной пластины (не показаны).

На наклонных плоскостях держателей 1, 2 могут быть расположены центрирующие направляющие 38, 39, которые заходят в пазы прямоугольного поперечного сечения в держателях 3, 4 (фиг.6-8, 12). С помощью центрирующих направляющих 38, 39 уменьшаются боковые смещения держателей 1-4 и достигается более высокая точность ковки. Пазы прямоугольного поперечного сечения в плоскости поперечной симметрии устройства, в которые заходят центрирующие направляющие, могут быть образованы антифрикционными пластинами 33, 41 прямоугольного сечения или П-образного поперечного сечения (фиг.6-8). При этом антифрикционные пластины 33, 41 П-образного поперечного сечения, контактирующие с антифрикционными пластинами 32, 40, одними своими сторонами, могут образовывать паз прямоугольного поперечного сечения, в который заходят центрирующие направляющие 38, 39, а другими - охватывать боковые плоскости держателей 3,4. Тогда внутренние плоскости разводящих направляющих 9-16 охватывают антифрикционные пластины 33, 34, обеспечивая с ними подвижный контакт при подъеме держателя 1. Такая конструкция более проста в изготовлении и сборке.

Внутренние плоскости разводящих направляющих 9-16, установленных на боковых поверхностях держателей бойков, а также охватываемые ими «в замок») (с возможностью относительного перемещения) плоскости держателей бойков или деталей, жестко закрепленных на держателях бойков, ориентированы, каждая, под углом =0-170° к плоскости крепления разводящей направляющей на держателе бойка (фиг.9-11).

Это обеспечивает плавное, без перекосов, скольжение держателей боковых бойков относительно держателей верхнего и нижнего бойков. При углах >170° возможны перекосы держателей боковых бойков, их заклинивание и поломка разводящих направляющих.

Разводящие направляющие могут быть также выполнены в виде двутавровой балки 42-45 (фиг.13-21). Они устанавливаются на наклонных плоскостях держателей бойков, в продольной плоскости симметрии устройства Q-Q. Возможно несколько вариантов установки разводящих направляющих 42-45, выполненных в виде двутавровой балки, на наклонных плоскостях держателей бойков, в продольной плоскости симметрии устройства Q-Q (фиг.13-21). Первый, известный вариант установки разводящих направляющих заключается в том, что все четыре разводящие направляющие 42-45 закреплены неподвижно на держателях 3, 4, а внутренняя плоскость каждой разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею внутренней плоскостью держателей 1, 2 (фиг.15). Этот вариант обеспечивает надежное крепление разводящих направляющих и длительную их работу без поломок. Однако не во всех случаях такое крепление разводящих направляющих можно выполнить из-за сложности изготовления пазов для крепления в держателях боковых бойков и пазов в держателях верхнего и нижнего бойков.

Поэтому возможен второй вариант установки разводящих направляющих, который заключается в том, что все четыре разводящие направляющие 42-45 закреплены неподвижно на держателях 3, 4 боковых бойков, а внутренняя плоскость каждой разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею плоскостью антифрикционной пластины 32 (35) и 31 (36), жестко закрепленной на держателе 1 верхнего и держателе 2 нижнего бойков (фиг.16). Этот вариант проще в изготовлении, так как не требуется изготовление сложных Т-образных пазов в держателях боковых бойков. Он также обеспечивает надежное крепление разводящих направляющих.

Возможен вариант установки разводящих направляющих, заключающийся в том, что все четыре разводящие направляющие 42-45 закреплены неподвижно на держателях 3, 4 боковых бойков антифрикционными пластинами 33 (34) и 30 (37), а внутренняя плоскость каждой разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею плоскостью антифрикционной пластины 32 (35) и 31 (36), жестко закрепленной на держателе 1 верхнего и держателе 2 нижнего бойков (фиг.17). Этот вариант значительно проще в изготовлении предыдущих, так как не требуется изготовление сложных Т-образных пазов в держателях 3, 4 боковых бойков, а также в держателях 1, 2 верхнего и нижнего бойков.

Возможен вариант установки разводящих направляющих, заключающийся в том, что все четыре разводящие направляющие 42-45 закреплены неподвижно на держателе 1 верхнего бойка и держателе 2 нижнего бойка, а внутренняя плоскость каждой направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею внутренней плоскостью держателя 3 бокового бойка и держателя 4 бокового бойка (не показано). Этот вариант обеспечивает надежное крепление разводящих направляющих и длительную их работу без поломок. Однако этот вариант установки направляющих не во всех случаях может быть осуществлен, так как требуется изготовление сложных Т-образных пазов во всех держателях бойков.

Возможен вариант установки разводящих направляющих, заключающийся в том, что все четыре разводящие направляющие 42-45 закреплены неподвижно на держателе 1 верхнего бойка и держателе 2 нижнего бойка, а внутренняя плоскость каждой направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею внутренней плоскостью антифрикционной пластины, жестко закрепленной на держателях 3, 4 боковых бойков (фиг.18). Этот вариант проще предыдущего, так как не требует изготовления сложных Т-образных пазов в держателях 3, 4 боковых бойков. В то же время он обеспечивает надежное крепление направляющих.

Возможен также вариант установки разводящих направляющих, заключающийся в том, что все четыре разводящие направляющие 42-45 закреплены неподвижно на держателе 1 верхнего бойка антифрикционными пластинами 32 (35) и на держателе 2 нижнего бойка антифрикционными пластинами 31 (36), а внутренняя плоскость каждой направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею внутренней плоскостью антифрикционных пластин 33 (34) и 30 (37), жестко закрепленных на держателях 3, 4 боковых бойков (фиг.19). Этот вариант значительно проще варианта, изображенного на фиг.18, так как не требует изготовления сложных Т-образных пазов в держателях верхнего и нижнего бойков.

Возможны также варианты установки двух разводящих направляющих в виде двутавровых балок, которые обеспечивают нормальное функционирование ковочного устройства (фиг.20, 21). В этом случае при подъеме держателя 1 верхнего бойка вверх держатели 3, 4 бокового бойка опускаются вниз под действием силы тяжести, и происходит разведение бойков устройства.

Возможен вариант установки двух разводящих направляющих в виде двутавровых балок, заключающийся в том, что обе разводящие направляющие 42 (43) неподвижно закреплены на держателе 1 верхнего бойка, а внутренняя плоскость каждой разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею внутренней плоскостью держателя 3 и держателя 4 бокового бойка (не показано). Этот вариант обеспечивает высокую надежность работы разводящих направляющих. Однако не во всех случаях он может быть осуществлен, так как требует изготовления сложных Т-образных пазов во всех держателях бойков.

Возможен также вариант установки двух разводящих направляющих, заключающийся в том, что разводящие направляющие 42 (43) неподвижно закреплены на держателе 1 верхнего бойка, а внутренняя плоскость каждой разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею антифрикционной пластиной 33 (34), жестко закрепленной на держателях 3, 4 боковых бойков (фиг.20). Этот вариант проще в изготовлении предыдущего, так как не требует изготовления сложных Т-образных пазов в держателях 3, 4 боковых бойков. В то же время он обеспечивает надежное крепление разводящих направляющих.

Возможен вариант установки двух разводящих направляющих 42 (43), заключающийся в том, что эти направляющие неподвижно закреплены на держателях 3, 4 боковых бойков, а внутренняя плоскость каждой разводящей направляющей подвижно контактирует с охватываемой ею антифрикционной пластиной 32 (35), жестко закрепленной на держателе 1 верхнего бойка (не показано). Этот вариант также обеспечивает надежное крепление разводящих направляющих, но не всегда может быть использован из-за необходимости изготовления сложных Т-образных пазов в держателях боковых бойков.

Возможен вариант установки двух разводящих направляющих 42 (43), заключающийся в том, что эти разводящие направляющие неподвижно закреплены на держателе 1 верхнего бойка антифрикционными пластинами 32 (35), а внутренняя плоскость каждой направляющей 42 (43) подвижно контактирует с охватываемой ею антифрикционной пластиной 33 (34), жестко закрепленной на держателе 3, 4 бокового бойка (фиг.21). Этот вариант установки разводящих направляющих отличается простотой исполнения.

Возможен также вариант установки двух разводящих направляющих 42 (43), заключающийся в том, что эти разводящие направляющие неподвижно закреплены на держателях 3, 4 боковых бойков антифрикционными пластинами 33 (34), а внутренняя плоскость каждой направляющей 42 (43) подвижно контактирует с охватываемой ею антифрикционной пластиной 32 (35), жестко закрепленной на держателе 1 верхнего бойка (не показано). Этот вариант установки разводящих направляющих также отличается простотой исполнения, так как не требуется изготовления сложных Т-образных пазов в держателях бойков.

Возможен также вариант установки шести разводящих направляющих 10, 11, 14, 15, 44, 45, заключающийся в том, что на боковых поверхностях держателя 1 верхнего бойка (или держателей 3, 4 боковых бойков) закреплены разводящие направляющие 10, 11, 14, 15, а на наклонных поверхностях держателя 2 нижнего бойка (или держателей 3, 4 боковых бойков), в продольной плоскости симметрии устройства Q-Q, закреплены разводящие направляющие 44, 45 (фиг.22, 23). Этот вариант может использоваться в том случае, когда он проще в исполнении других вариантов и разводящие направляющие не мешают установке другого оборудования на данное устройство.

Возможен также вариант установки шести разводящих направляющих 9, 12, 13, 16, 42, 43, заключающийся в том, что на боковых поверхностях держателя 2 нижнего бойка (или держателей 3, 4 боковых бойков) закреплены разводящие направляющие 9, 12, 13, 16, а на наклонных плоскостях держателя 1 верхнего бойка (или держателей 3, 4 боковых бойков) закреплены разводящие направляющие 42, 43 (фиг.24, 25). Этот вариант может использоваться в случаях, когда по каким-либо конструктивным или технологическим соображениям необходимо освободить пространство на боковых поверхностях держателя верхнего бойка или держателей боковых бойков.

Таким образом, в заявляемом четырехбойковом ковочном устройстве для ковочных прессов возможны различные варианты установки разводящих направляющих разной конструкции, минимальное количество которых в зависимости от вариантов установки должно быть от двух до шести. Перечисленные выше варианты установки разводящих направляющих, которые не являются единственно возможными, обеспечивают надежное их крепление, длительную работу без поломок, а в некоторых случаях и простоту исполнения.

На внутренних плоскостях разводящих направляющих 9-16, 42-45, обеспечивающих подвижный контакт в замковом соединении, может быть нанесено антифрикционное покрытие 46 (фиг.6-11, 15-21, 23, 25). Это существенно снижает трение между контактирующими плоскостями, устраняет появление задиров на этих плоскостях и позволяет увеличить межремонтный срок службы разводящих направляющих. В качестве антифрикционного покрытия может быть использовано покрытие из бронзы, например, марки БрАЖМц 10-3-1,5.

Держатели 3, 4 боковых бойков 5, 7 четырехбойкового ковочного устройства в продольном сечении имеют форму, близкую к форме усеченной пирамиды (фиг.1, 26, 27). При этом центр масс 47 каждой системы «держатель бокового бойка - боковой боек» не выходит за пределы продольного сечения держателя 3 бокового бойка 5 (фиг.26, 27). Это обеспечивает плавное, без перекосов, перемещение системы «держатель бокового бойка - боковой боек» при возвратно-поступательных движениях держателей 3, 4 боковых бойков 5, 7 (фиг.1). При таких перемещениях держателей 3, 4 боковых бойков 5, 7 достигается равномерная выработка антифрикционных пластин 30-37 или 40, 41 по всей их поверхности, а также равномерность выработки поверхностей скольжения разводящих направляющих 9-16 или 42-45, что увеличивает срок службы этих антифрикционных пластин и разводящих направляющих. Это, в свою очередь, приводит к увеличению времени между ремонтами быстро изнашиваемых деталей ковочного устройства. Если центр масс 47 системы «держатель бокового бойка - боковой боек» выходит за пределы продольного сечения держателя бокового бойка, тогда вся подвижная система «держатель бокового бойка - боковой боек» при определенных раскрытых положениях устройства начинает «сваливаться», оказывая повышенные давления на отдельные участки антифрикционных пластин и разводящих направляющих. Это увеличивает неравномерность выработки антифрикционных пластин и разводящих направляющих, что приводит к уменьшению времени между ремонтами этих деталей.

В нижней части наклонной плоскости 22-25 каждого держателя 3, 4 бокового бойка имеются выступы 48, 49, в которые упираются антифрикционные пластины 30-37, 40, 41, 50 (фиг.1, 5-8, 28). Эти выступы обеспечивают надежное крепление антифрикционных пластин. При отсутствии таких выступов возможно срезание крепежных винтов 51, удерживающих антифрикционные пластины 33, 50 на наклонных плоскостях держателей 3, 4 боковых бойков, их сползание с этих наклонных плоскостей и поломка (фиг.28).

Рабочая поверхность каждого бойка, в поперечном сечении, состоит из центрального рабочего участка 52 и двух боковых 53, 54 (фиг.29, 30). При этом максимальная ширина рабочей поверхности бойка (b_max) и длина поверхности скольжения антифрикционной пластины (1) связаны соотношением:

b_max/1 1,5.

При таком соотношении значительно увеличивается срок эксплуатации устройства без ремонта. Это связано с тем, что удельные давления на поверхности антифрикционных пластин не превышают допустимые.

При b_max>1,5 удельные давления на поверхности антифрикционных пластин могут превысить допустимые, что приведет к появлению задиров на них и существенно уменьшится межремонтный срок эксплуатации устройства.

В конструкции бойка ширина центрального рабочего участка бойка (b_c) и длина бойка (L) могут быть связаны соотношением:

b_c/L=0,2-1,1.

Такое соотношение обеспечивает максимальную производительность процесса ковки в заявляемом устройстве и одновременно высокое качество получаемых поковок.

При 0,2>b _c/L>1,1 существенно уменьшается производительность процесса ковки, так как не обеспечивается необходимая величина подачи и обжатия заготовки при таких соотношениях размеров бойков.

Держатель 2 нижнего бойка может иметь в поперечном сечении Т-образную форму с широкой частью 55 со стороны его опорной поверхности (фиг.2, 4). Это делается для удобства во время эксплуатации устройства и его обслуживания во время ремонтов. Такая конструкция обеспечивает большую устойчивость ковочного устройства во время работы и позволяет надежно и жестко закрепить его за широкую опорную поверхность 55 к нижней плите пресса (не показан) с помощью пазов 17,18, например типа «ласточкин хвост».

Держатель 1 верхнего бойка также может иметь в поперечном сечении Т-образную форму с широкой частью 56 со стороны его опорной поверхности (фиг.2, 4). Это позволяет равномерно передавать нагрузку на ковочный блок во время давления на него со стороны верхней подвижной траверсы пресса (не показан), а также надежно и жестко закрепить ковочное устройство за его широкую опорную поверхность 56 к верхней подвижной плите пресса с помощью, например, специальных пазов и зажимов 19, 20.

Четырехбойковое ковочное устройство может быть дополнительно снабжено, по меньшей мере, двумя центрирующими направляющими-колонками 57, установленными в держателе 2 нижнего бойка, симметрично относительно вертикальной U-U и продольной Q-Q плоскостей его симметрии, с возможностью вертикального перемещения в этих направляющих-колонках 57 держателя 1 верхнего бойка, который выполнен подпружиненным пружиной 21 относительно держателя 2 нижнего бойка (фиг.31).

Пары разводящих направляющих 9-16, расположенные на боковых поверхностях держателей 1-4 бойков, симметрично относительно продольной плоскости симметрии Q-Q устройства, могут быть закреплены попарно на боковых поверхностях держателя 1 верхнего и держателя 2 нижнего бойков с помощью штырей, шпилек или болтов 58, проходящих через эти держатели бойков параллельно вертикальной плоскости симметрии U-U устройства (фиг.2,4, 6-11).

Разводящие направляющие 9-16, расположенные на боковых поверхностях держателей 1-4 бойков, могут быть закреплены с помощью штырей, шпилек или болтов 59, расположенных в плоскости, перпендикулярной вертикальной плоскости симметрии U-U устройства (фиг.32). Выполнить такое крепление разводящих направляющих 9-16 в некоторых случаях может быть проще, чем крепления разводящих направляющих, показанных на фиг.2.

Бойки 5-8 четырехбойкового ковочного устройства на держателях 1-4 могут быть закреплены с помощью штырей, шпилек или болтов 60, проходящих через эти держатели бойков параллельно вертикальной плоскости симметрии U-U, и прижимов 61 (фиг.1, 33). Это обеспечивает надежное крепление бойков 1-4 даже при их нагреве до высоких температур в процессе работы.

Четырехбойковое ковочное устройство может быть снабжено системой подачи смазки к трущимся поверхностям, при этом центральные каналы 62 подвода смазки к устройству проходят через держатели 3, 4 боковых бойков, параллельно плоскостям скольжения антифрикционных пластин 30-37 (фиг.1, 5, 28, 34). Этим достигается эффективная смазка трущихся поверхностей устройства.

Четырехбойковое ковочное устройство может быть снабжено системой охлаждения бойков, состоящей из шлангов (не показано) и каналов 63, расположенных в держателях 1-4 бойков и бойках 5-8, при этом в теле каждого бойка имеется, по меньшей мере, один канал 63, расположенный под центральным рабочим участком 52 бойка, параллельно его поверхности (фиг.1, 33). Этим достигается интенсивный отвод тепла от рабочей поверхности бойка, что продлевает срок эго эксплуатации до ремонта.

Антифрикционные пластины 31, 32, 35, 36, установленные на держателях 1, 2 верхнего и нижнего бойков, могут быть выполнены из бронзы, а антифрикционные пластины 30, 33, 34, 37, установленные на держателях 3, 4 боковых бойков - из стали (фиг.1). В качестве бронзы может быть использована, например, марка БрАМц 10-3-1,5, а в качестве стали, например, марка Х12М.

Антифрикционные пластины 30-37 или 40, 41 могут быть также выполнены из композиционного материала, состоящего из высокотемпературного полиамида и длинноволокнистого углерода с добавлением графитного наполнителя, используемого для изготовления самосмазывающихся подшипников скольжения (фиг.1, 6-8). В качестве такого материала может быть использован, например, композитный материал «Веркомп 200». Применение такого материала обеспечивает низкий коэффициент трения (0,18-0,25), высокое сопротивление сжатия (520 МПа) и низкое сопротивление износу при температурах до 320°С. При этом не требуется подача смазки на трущиеся поверхности.

Четырехбойковое ковочное устройство работает следующим образом.

Ковочное устройство устанавливают в рабочую зону ковочного пресса. При этом держатель 2 нижнего бойка 8 жестко закрепляют на нижней плите пресса (не показано) (фиг.35). Держатель 1 верхнего бойка 6 также может быть жестко закреплен к верхней плите, установленной на подвижной траверсе пресса. В некоторых случаях держатель 1 не закрепляют на верхней плите пресса, если в ковочном устройстве предусмотрены пружины для его подъема (фиг.31). Перед подачей заготовки 64 четырехбойковое ковочное устройство раскрывается на необходимый размер за счет движения вверх держателя 1 верхнего бойка с помощью подвижной траверсы пресса (или пружин). При перемещении вверх держателя 1 вместе с ним перемещается и верхний боек 6, и одновременно держатель 1 с помощью разводящих направляющих 9-16 разводит держатели 3,4 вместе с боковыми бойками 5, 7, открывая рабочее пространство устройства (фиг.35). После того, как бойки разведены, манипулятором (не показан) подают заготовку в рабочее пространство. Затем включают рабочий ход пресса, при котором его подвижная траверса перемещает вниз держатель 1 вместе с верхним бойком 6 в направлении к заготовке 64. Держатель 1 верхнего бойка через наклонные плоскости воздействует на наклонные плоскости держателей 3, 4 боковых бойков, которые за счет этого движутся вместе с боковыми бойками 5, 7 в радиальных направлениях и к нижнему бойку 8 и начинают одновременно обжимать заготовку 64 (фиг.35). После окончания обжатия заготовки подвижная траверса пресса вместе с держателем 1 и верхним бойком 6 перемещаются вверх. Разводящие направляющие 9-16 при этом перемещают вверх и в стороны держатели 3, 4 вместе с боковыми бойками 5, 7, открывая тем самым рабочее пространство ковочного устройства для продольного перемещения и/или поворота заготовки вокруг оси. После этого цикл обжатия повторяется.

Работа четырехбойкового ковочного устройства с разводящими направляющими, расположенными на наклонных плоскостях держателей бойков, аналогична работе устройства с разводящими направляющими, расположенными на боковых поверхностях держателей бойков.

Предлагаемая конструкция четырехбойкового ковочного устройства обеспечивает получение следующих результатов:

- существенно повышается срок эксплуатации устройства без ремонтов;

- уменьшается вероятность внезапной поломки, то есть повышается надежность работы устройства;

- существенно увеличивается производительность процесса ковки.

Промышленные испытания четырехбойковых ковочных устройств, одно из которых было изготовлено по предлагаемой конструкции, а другое - по прототипу, показали значительные преимущества заявляемого ковочного устройства. В четырехбойковом ковочном устройстве предлагаемой конструкции были использованы четыре разводящие направляющие, установленные на боковых поверхностях держателя верхнего бойка, и две разводящие направляющие, установленные на наклонных плоскостях держателя нижнего бойка, выполненные в виде двутавровой балки. В нижней части наклонной плоскости каждого держателя бокового бойка имелись выступы, в которые упирались антифрикционные пластины, выполненные из стали Х12М. На наклонных плоскостях держателей верхнего и нижнего бойков были установлены антифрикционные пластины из бронзы марки БрАЖМц 10-3-1,5. Держатели боковых бойков в продольном сечении имели форму, близкую форме усеченной пирамиды с центром масс системы «держатель бокового бойка - боковой боек», не выходящей за пределы продольного сечения держателя бокового бойка. На внутренних плоскостях всех разводящих направляющих, обеспечивающих подвижный контакт в замковом соединении, имелось антифрикционное покрытие из бронзы БрАЖМц 10-3-1,5. Кроме того, выдерживались соотношения:

b_max/1=0,9 и b_c/L=0,7,

где b_max - максимальная ширина рабочей поверхности бойка;

l - длина поверхности скольжения антифрикционной пластины;

b_c - ширина центрального рабочего участка бойка;

L - длина бойка.

В заявляемом устройстве имелась система подачи смазки к трущимся поверхностям.

В четырехбойковых ковочных устройствах ковали слитки массой 5-7 т из конструкционных сталей на гидравлическом ковочном прессе силой 20 МН.

До первого ремонта ковочного устройства-прототипа (сломалась антифрикционная пластина и одна разводящая направляющая) было проковано 31800 т поковок. Кроме того, требовалась замена всех остальных разводящих направляющих и антифрикционных пластин из-за их повышенного износа.

В четырехбойковом ковочном устройстве заявляемой конструкции было проковано до первого ремонта 75900 т поковок диаметром от 240 до 400 мм из конструкционных сталей. Допуски на поковки составили ±1 мм. Качество поверхности поковок приближалось к качеству поверхности заготовок, получаемых прокаткой. Поломок антифрикционных пластин и разводящих направляющих не было. Таким образом, объем произведенных поковок в заявляемой конструкции устройства по сравнению с прототипом увеличился в 2,4 раза.

Кроме того, за счет оптимального соотношения размеров бойков часовая производительность процесса ковки в устройстве заявляемой конструкции увеличилась в 1,3 раза по сравнению с часовой производительностью в ковочном устройстве-прототипе.

Таким образом, заявляемая конструкция четырехбойкового ковочного устройства для ковочных прессов обеспечивает более длительный безремонтный срок его эксплуатации, позволяет повысить надежность работы устройства, существенно увеличить производительность процесса ковки с получением поковок высокого качества и точности.