Электрооборудование металлообрабатывающих станков,
кузнечно-прессовые установки,общие сведения

По сравнению с металлорежущими станками, кузнечно-прессовые обладают рядом преимуществ:
- отходов металла значительно меньше,
- качество и механические свойства обрабатываемых изделий лучше,
- производительность выше.
Предназначены для обработки металлов давлением в холодном и горячем состоянии.
По принципу воздействия на металл можно выделить три основные группы:
• молоты кузнечные, для свободной ковки,
• прессы штамповочные, для горячей и холодной штамповки,
• кузнечно-штамповочные установки, сочетающие в себе функции молотов и прессов.
Молоты.
Наибольшее распространение получили механические молоты с электроприводом.
В основном, они применяются для изготовления большого количества изделий (не сложного профиля, мелких) при массовом производстве.
Ударное действие — от кривошипно-шатунного или фрикционного механизмов (приводятся в движение электродвигателем), сочлененных с инструментом (молот или штамп).
При включении «ЭД» молот поднимается вверх, в верхней точке двигатель отключается и он падает вниз, нанося удар по заготовке. Для молотов необходим сложный и массивный фундамент, исключающий влияние ударной нагрузки на окружающую среду.
Фрикционные молоты выполняются с массой подающих частей до 3000 кг и применяются в промышленности для горячей обработки.
Кривошипные молоты выполняются с массой подающих частей от 25 до 250 кг и применяются на производстве для свободной ковки мелких изделий.
Легкие удары следуют один за другим с частотой от 200 до 500 ударов в минуту.
Кривошипно-шатунный механизм сочленяется с молотом (ползуном) через эластичное устройство в виде рессор, пружин или резиновых буферов.
Примечание — Основная операция молотов — ковка, но он, при соответствующей настройке, может выполнять операции штамповки и др.
Прессы.
Наибольшее распространение на производстве получили механические прессы с электроприводом.
Они не требуют массивных фундаментов, так как обработка производится давлением.
Усилие давления — от кривошипно-шатунного, фрикционного или других механизмов (приводятся в движение электродвигателем), сочлененных со штампом (верхний штамп).
Механические прессы — это самое распространенное средство обработки давлением.
Фрикционные прессы выполняют с усилием до 6000 кН и числом ходов ползуна в минуту — до 90.
Кривошипные прессы выполняют с усилием от 60 до 80000 кН и числом ходов ползуна в минуту—до 90.
Штамповка на прессах, по сравнению со штамповкой на молотах, имеет ряд преимуществ:
- производительность выше,
- точность штамповки больше,
- удельный расход электроэнергии меньше.
В массовом производстве для штамповки листовых изделий применяются специальные листоштамповочиые пресс-автоматы.
Кинематическая схема такого пресс-автомата прадставлена на рис. 4.8-1.

Она дает представление об основных узлах пресса и их взаимодействии.
От электродвигателя (8) через вариатор (7) и ременную передачу (5) вращение передается маховику (4), который находится на кривошипном валу (6).
Вал располагается в нижней части пресс-автомата и через кривошип сообщает возвратно-поступательное движение цилиндрическим колонкам (2), в верхней части которых установлена траверса (1) с верхним штампом (11).
Стальная полоса через подающие валки (9), нижний штамп (11) и приемные валки (3) перемещается в процессе работы.
Валки имеют свою передачу, связанную с кривошипным валом (не показана). При ходе траверсы вверх полоса перемещается, а при ходе вниз — неподвижна.
Пресс-автоматы с нижним приводом имеют высокую производительность. Доступное расположение штампов обеспечивает быструю замену их для штамповки изделий различной формы и размера.
Электропривод.
Кузнечные молоты и прессовые машины работают в условиях резкопеременной ударной нагрузки, когда пиковые моменты (при ударе) чередуются с моментами холостого хода (при паузах).
Главные электроприводы кузнечно-прессовых машин делятся на две группы:
• ЭП с маховиками (ковочные машины, кривошипные прессы и др.),
• ЭП без маховиков (реечные прессы, правильные и отрезные машины и т.п.)
Маховики применяются для выравнивания нагрузки на двигателе и устанавливаются на быстроходном валу привода. В периоды снижения нагрузки ЭД работает на маховик, в котором запасается кинетическая энергия. В периоды пиков нагрузки скорость двигателя снижается, а часть нагрузки компенсируется за счет энергии маховика, что значительно снижает потери.
Наличие маховика позволяет использовать ЭД с меньшей мощностью и меньшим перегрузочным моментом, чем без него. Например, номинальная мощность ЭД уменьшается почти в 10 раз.
Необходим регулируемый электропривод, обеспечивающий различную скорость деформации, технологического процесса и наладки.
Регулирование скорости в диапазоне до 4: 1 возможно всеми существующими видами (механическими и электрическими).
Сюда относятся коробки скоростей, механические вариаторы, переключение пар полюсов АД и бесступенчатое регулирование машин постоянного тока.
В настоящее время для регулирования скорости рекомендуется применять:
• АД с частотным импульсным управлением, т.е. с регулированием скорости изменением частоты или подводимого напряжения к двигателю.
• Асинхронные электромагнитные муфты скольжения (ЭМС) в комплекте с нерегулируемым АД
Такая муфта позволяет плавно изменять скорость рабочего органа за один ход от максимальной до почти нулевой простым способом (изменением тока возбуждения муфты и тормоза).
В настоящее время промышленность выпускает «ЭМС» мощностью
до 1000 кВт и выше на усилия до 1000 Н и более.
• Двигатели постоянного тока регулируемые (изменением магнитного
потока двигателя), источником питания которых являются силовые
выпрямители на кремниевых вентилях. Выбор варианта зависит от условий технологического процесса и определяется технико-экономическими расчетами.
Двигатели.
Электродвигатели кузнечно-прессовых машин (КПМ) работают в продолжительном, повторно-кратковременном и кратковременных режимах.
Наиболее полно отвечают требованиям двигатели:
• серии 4АС — это АД с короткозамкнутым ротором повышенного скольжения (от 4 до 14 %), продолжительного или повторно-кратковременного режима (ПВ = 40 %) мощностью от 0,4 до 63 кВт, закрытого обдуваемого исполнения.
• серии 2П — это двигатели постоянного тока новой серии, охватывающие высоты осей вращения от 90 до 315 мм и диапазон мощностей от 0,37 до 200 кВт.
Машины этой серии предназначены для работы в широкорегулируемых электроприводах. Они заменяют машины серии П, а также специализированные машины серий ПС(Т), ПБС(Т), ПР.
По сравнению с предшествующими сериями у машин серии 211:
- повышена перегрузочная способность,
- расширен диапазон регулирования частоты вращения,
- улучшены динамические свойства,
- уменьшены шум и вибрации,
- повышена мощность на единицу массы,
- увеличены надежность и ресурс работы. Управление электроприводам КПМ.
Основными принципами управления кузнечно-прессовых машин являются:
• Выполнение заданного режима движения основного рабочего органа (например, ползуна), при этом должны обеспечиваться производительность машины и качество изделия.
• Точное взаимодействие ползуна со вспомогательными механизмами (например, подачи, выталкивателя изделий и др.).
• Безопасность работы оператора (например, отклонение машины при любых нарушениях, приводящих к авариям и травматизму).
Примерами обеспечения безопасности работы оператора могут быть
- отключение КПМ при нарушении взаимодействия частей,
- обязательное одновременное нажатие оператором двух кнопок обеими руками,
- применение фотоэлементов, отключающих КПМ, в случае попадания в рабочую зону руки оператора или посторонних предметов.
Ниже рассматриваются два варианта кинематических схем и принципиальных электрических схем управления электроприводом КПМ:
- для кривошипного ковочно-штамповочного пресса,
- для фрикционного винтового штамповочного пресса.

Кинематическая схема ковочно-штамповочного пресса (рис. 4.8-2)

Механический кривошипный ковочно-штамповочный пресс с ЭП предназначен для обработки металлических заготовок постепенным давлением.
Выполняемые операции: свободная ковка, горячая и холодная штамповка.
Кинематическая схема включает в себя следущее.
Приводной электродвигатель Д (1), который через ведущий (2) и ведомый (4) шкивы посредством клино-ременной (3) передачи передает вращение к шестеренчатой передаче (5).
Ведомый шкив (4) одновременно является маховиком, обеспечивающим равномерное движение.
Шестеренчатая передача (5) связана с кривошипным валом (7) и подключается с помощью дисковой электромагнитной муфты ЭмМ (6), в которую подается сжатый воздух при открытии электромагнитного клапана.
Движение от ведомой шестерни передачи через кривошипный вал (7) и шатун (8) перелается ползуну (9), движущемуся вертикально.
К ползуну (9) крепится верхний штамп (10), а к столу пресса — нижний (11), между которыми помещается обрабатываемое изделие.
Перед включением дисковой фрикционной муфты (6) с пневматическим нажимом отжимается электромагнитный тормоз ЭмТ (14) и кривошипный вал (7) растормаживается. После отключения муфты включается ЭмТ и вал затормаживается.
Для контроля положения и управления ЭП установлены путевые конечные выключатели (13, 12) «верха» (ВКВ) и «низа» (ВКН), которые включены в электрическую схему управления прессом.