Работы Конструкторско-технологического филиала Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук по созданию бесшаботных молотов и технологий штамповки

Язык труда и переводы:
УДК:
621.974
Дата публикации:
28 мая 2022, 16:07
Категория:
Кузнечно-штамповочное
Авторы
Шрамков Станислав Иванович
Конструкторско-технологический филиал Института гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН
Аннотация:
Рассмотрены конструктивные особенности бесшаботных пневмогидравлических молотов модели МШ: МШ-16, МШ-250, разработанных в Конструкторско-технологическом филиале института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук. Показана эффективность использования бесшаботных молотов для получения точных поковок корпусов тепловыделяющих сборок атомных электростанций. В процессе опытно-промышленной эксплуатации конструкция опытного образца молота МШ-250 была усовершенствована: молот был установлен на воздушные демпферы; разработан быстродействующий клапан управления; доработана система управления на базе программируемого контроллера ФЕСТО.
Ключевые слова:
технология штамповки, бесшаботные молоты, пневмогидравлический привод, поковки
Основной текст труда

В 1965 году был разработан экспериментальный высокоскоростной пневмогидравлический пресс-молот «Сибирь» с энергией соударения до 2000 кДж. Проектирование и изготовление первого сибирского бесшаботного молота (БШМ) было выполнено в рекордно сжатые сроки под руководством Б.В. Войцеховского — главного конструктора и начальника Специального Конструкторского Бюро Гидроимпульсной Техники (СКБ ГИТ), созданного в 1964 году председателем Сибирского отделения академии наук СССР М.А. Лаврентьевым. СКБ ГИТ стало базой для внедрения в промышленность идей и разработок Института гидродинамики и других институтов СО АН СССР и после ряда реорганизаций в 2004 стало Конструкторско-технологическим филиалом Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева [1].

На самом мощном молоте СССР пресс-молоте «Сибирь»были получены уникальные поковки и опробованы новые конструктивные схемы ударных масс. Нижняя баба весом 4 т имела простую форму и была изготовлена в виде цилиндра Ф 650 мм с трапециедальной резьбой для крепления штампов. А верхняя баба весом 40 т была выполнена составной из 8 плит, стянутых колоннами молота посредством пневмогидравлических демпферов. Такой подход позволил уменьшить опасность разрушения и не вводить ограничений на жесткость ударов при штамповке, а также открыл новые возможности использования составных конструкций ударных масс для создания сверхмощных молотов.

Интересный вариант составных ударных масс был использован при создании экспериментального БШМ «Ермак» с энергией соударения до 1000 кДж. Равные по весу бабы этого молота состояли из центрального стержня с трапецеидальной резьбой Ф650 мм с навернутыми на него плитами. К сожалению, в 1973 году Б.В. Войцеховский был вынужден отойти от работ по молотам, и испытания этой перспективной схемы не были завершены должным образом.

В дальнейшем разработка БШМ была продолжена под руководством Колотова Ю.В. В конце 70-х – начале 80-х годов была разработана новая конструктивная схема молотов типа МШ с равными по весу ударными массами простой формы. По этой схеме была изготовлена модель бесшаботного молота с энергией соударения 4 кДж. Испытания подтвердили ее работоспособность. Это позволило создать автоматизированную линию для штамповки корпуса распылителя на Алтайском моторном производственном объединении. Кроме того, были разработаны и изготовлены молота с энергией соударения 6,3; 16 и 250 кДж. При разработке молотов типа МШ были реализованы высказанные в работе [2] предложения по обеспечению возможности многоударной штамповки и возможности штамповки крупногабаритных заготовок. Важными отличиями молотов типа МШ от наиболее распространенных в отечественной промышленности бесшаботных молотов конструкции ЭНИКмаша являются:

  • простая форма равных по весу ударных масс, позволяющая наносить жесткие удары при максимальной энергии;
  • большие размеры штампового пространства, дающие возможность производить штамповку крупных поковок и размещать матрицы в мощных бандажированных обоймах;
  • наличие свободного полета нижней ударной массы после завершения разгона, обеспечивающее мгновенное размыкание штампа;
  • конструкция пневмо-гидропривода, управляющих клапанов и выталкивателя, позволяющая выполнять многоударную штамповку и производить выталкивание поковки сразу после размыкания штампа;
  • мощный выталкиватель, дающий возможность выполнять штамповку в разъемных штампах [3, 4].

В 1987 году были начаты работы по наиболее перспективному в настоящий момент направлению — штамповке корпусов тепловыделяющих сборок (ТВС) атомных электростанций для Новосибирского завода химконцентратов (НЗХК). На МШ-250 была получена поковка корпуса ТВС весом 28 килограммов. Штамповка выполнялась за три удара с одного нагрева, причем пауза между ударами составляла всего несколько секунд, необходимых для выполнения смазки пуансона после первого и второго удара.

В начале 90-х годов на молоте МШ-16 были получены точные поковки шестерен для Ижевского машиностроительного завода. На базе этого молота был разработан и поставлен на завод комплекс оборудования, включающий молот МШ-16, штамп и устройства смазки штампа, загрузки заготовок и выгрузки поковок шестерен. В это же время были разработаны технологические процессы штамповки деталей «Цоколь 2» и «Труба опорная» и начата их штамповка для Новосибирского завода химконцентратов.

В начале 2000-х годов для молота МШ-250 была разработана конструкция разъемных штампов для штамповки поковок тройников, патрубков, диполей и двусторонних фланцев из стали 316LN для изготовления деталей вакуумного канала Большого Адронного Коллайдера (БАК) в Церне. Наружная поверхность деталей имела сложную форму и штамповалась в чистовые размеры. В 2001….2005 годах на МШ-250 было получено несколько тысяч поковок этих деталей.

В это же время началась интенсивная работа с Новосибирским заводом химконцентратов. К настоящему времени для завода разработано свыше 10 технологических процессов штамповки поковок концевых элементов тепловыделяющих сборок. Ежегодно выполняется штамповка нескольких тысяч поковок корпусов ТВС из нержавеющих сталей.

В процессе опытно-промышленной эксплуатации конструкция опытного образца молота МШ-250 была усовершенствована:

  • молот был установлен на воздушные демпферы, позволившие снизить нагрузки на фундамент;
  • был разработан быстродействующий клапан управления, дающий возможность настройки режима штамповки в соответствии с требованиями конкретного технологического процесса;
  • доработана система управления на базе программируемого контроллера ФЕСТО;
  • были выполнены исследования режимов индукционного нагрева заготовок для штамповки;
  • был разработан и опробован макет измерительной системы, обеспечивающей контроль перемещений ударных масс и контроль давления жидкости в рабочих полостях гидропривода;
  • выполненные измерения дали возможность оптимизировать конструкцию и уменьшить динамические нагрузки на узлы молота.

Проведенные работы и полученный в процессе эксплуатации опыт позволили определить направления дальнейшего совершенствования конструкции молота. Достигнутые результаты дают основания для разработки опытно-промышленного образца БШМ с энергией соударения 250 кДж и проектирования отечественных бесшаботных молотов большей мощности.

Литература
  1. Шрамков С.И. Создание кузнечнопрессовых машин и развитие обработки металлов давлением в КТФ ИГиЛ СО РАН. ХII конгресс Кузнец-2015: сб. докл. и матер. Рязань, Тяжпрессмаш, 2015, с. 221–232.
  2. Согришин Ю.П., Гришин Л.Г., Воробьев В.М. Штамповка на высокоскоростных молотах. Москва, Машиностроение, 1978, 167 с.
  3. Шрамков С.И. Технологические возможности бесшаботных молотов модели МШ, разработанных в КТФ ИГиЛ СО РАН. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением, 2020, № 11, с. 42–48.
  4. Шрамков С.И. Опытно-промышленная штамповка на бесшаботных молотах, созданных в Конструкторско-технологическом филиале Института гидродинамики имени М.А. Лаврентьева. XIII конгресс Кузнец-2017. Состояние и перспективы развития отечественных технологий обработки металлов давлением и оборудования кузнечно-прессового машиностроения: сб. науч. ст. и докл. Рязань, Тяжпрессмаш, 2017, с. 253–261.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.