Rugós kalapács

Ajax-kalapács makettje

A rugós kalapács a mechanikus működtetésű, forgattyús hajtóművel hajtott gépi kalapácsok közé tartozik. Fő felhasználási területe a szabadalakító kovácsolás. Legelterjedtebb típusa az Ajax-rendszerű kalapács. Az Ajax- és a rugós kalapács megnevezést gyakran egymás szinonimájaként használják.

A kalapács működési elve

A laprugóköteg behalása

Rugós kalapácsok esetén a forgattyús hajtómű mozgását acélból készült laprugó-köteggel viszik át a medvére. Az első ilyen kalapácsokat még felül elhelyezett laprugókkal építették, de az ilyen konstrukciók számos hátránya miatt alakították ki az Ajax-típust. Ennél a megoldásnál a középen megtámasztott, kétkarú emelőnek kiképzett laprugó-köteg egyik végéhez a forgattyús hajtómű hajtórúdja, másik végéhez a medve kapcsolódik (speciális csúszóbetéttel). A forgattyús hajtómű által biztosított fel-le irányú mozgás továbbítódik a medvéhez, amely lefelé haladása végén „beüt”, elvégzi az alakítást. A rugalmas energiaátvitelt biztosító laprugó-kötegre azért van szükség, mert egy merev szerkezet olyan nagy dinamikus igénybevételt kapna (a mechanikában ezt túlhatározott rendszernek nevezik), amely – az egyéb hátrányok mellett – gyors töréshez vezetne. A rugalmas hatást tovább fokozza a hajtórúd két szembefordított ívelt acéllapból való kialakítása is. A forgattyús hajtómű a hajtást villanymotorról kapja egy súrlódó tengelykapcsoló közvetítésével. A lökethossz a forgattyús excenter állításával módosítható. A szerkezetet szalagfék és lendítőkerék egészíti ki.

A kalapács állványa öntött vagy hegesztett kivitelű lehet. A tőke és az állvány – ahogy az a szabadalakító kalapácsok esetén megszokott – külön van alapozva. A kalapács működtetése a tőkét körbevevő pedállal történik, maga a pedál a súrlódó tengelykapcsolóval van összeköttetésben, a kapcsolat szorosabbra vagy lazábbra állításával tudja a kovács a forgattyú fordulatszámát, ezáltal az ütési energiát szabályozni, azaz „keményebb” vagy „lágyabb” ütéseket alkalmazni. A medvére és a tőkére szerelt szerszámokat (többnyire nyújtóbetét) 45°-os szögben elfordítva szerelik fel, így lehetőség van hosszú darabok kovácsolására is.

Az Ajax-kalapácsok viszonylag kis medvetömeggel készülnek, ennek megfelelően kis ütési energiájuk miatt csak kisebb méretű kovácsdarabok alakítására alkalmasak. Tipikus alakító gépe lehet a kézi kovácsolást végző mezőgazdasági és díszkovácsoknak. Általában 15–250 kg medvetömeggel és mintegy 350 1/min legnagyobb ütésszámmal készülnek, a lökethossz 100–350 mm. Természetesen ezektől a számszerű értékektől kisebb-nagyobb eltérés tapasztalható a gyakorlatban.

Mozgás- és erőtani viszonyok

A rugós kalapácsok ütési energiája a forgattyú fordulatszámától (n), azaz a kalapács ütésszámától (ü = n) függ, a beütési sebesség ugyanis a fordulatszámmal arányosan alakul. A laprugó-köteg a mozgás során behajlik, ami szintén hozzájárul az ütési energia növeléséhez. A kalapács ütési energiája a

$W=m\cdot {\frac {v^{2}}{2}}$

összefüggés szerint számítható. A képletben m a medve tömege, v pedig a beütési sebessége. Utóbbinak nagysága a lökethossztól (H) és a lefelé haladó medve gyorsulásától a_le függ:

$v={\sqrt {2\cdot a_{le}\cdot H}}$ .

A medve gyorsulása három komponensből tevődik össze: a földi nehézségi gyorsulásból (g), a forgattyús mechanizmus biztosította gyorsulásból (a_f) és a rugó behajlásából származó gyorsulásból (a_r):

$a_{le}\ =\ g+a_{f}+a_{r}$ .

A forgattyús mechanizmus által biztosított gyorsulás a forgattyú sugarával és szögsebességével számítható:

$a_{f}=r\cdot \omega ^{2}$ .

A laprugó behajlásából származó gyorsulás egyszerű közelítő módszerrel határozható meg. A felfelé haladó medve mozgási energiáját a rugóköteg veszi fel. Ezt fejezi ki az alábbi egyenlőség:

$m\cdot {\frac {v_{fel}^{2}}{2}}=F_{r}\cdot 2\cdot f$ .

A képletben v_fel a felfelé haladó medve átlagsebessége, F_r pedig a rugóerő:

$v_{fel}=2\cdot H\cdot n$ ,

$F_{r}=c\cdot 2\cdot f$ ,

ahol n a fordulatszám, c a laprugó-köteg rugóállandója. A behelyettesítések után a rugóbehajlás kifejezhető:

$f={\sqrt {\frac {m\cdot v_{fel}^{2}}{8\cdot c}}}$.

A végén 2·f mértékben behajlított rugóköteg a medvének lefelé ható impulzust ad. Ennek értelmében írható fel az alábbi egyenlőség:

$F_{r}=c\cdot (2\cdot f)=m\cdot a_{r}$ ,

ahonnan a rugó által biztosított gyorsulás kifejezhető:

$a_{r}={\frac {2\cdot c\cdot f}{m}}$ .

A három gyorsulás-komponens összegzése után számítható a beütési sebesség:

$v_{le}={\sqrt {2\cdot a_{le}\cdot H}}$ ,

ennek ismeretében pedig az ütési energia:

$W={\frac {m\cdot v_{le}^{2}}{2}}$ .

Források

• Dr. Kiss Ervin – Dr. Voith Márton: Kohógéptan. Tankönyvkiadó, Budapest, 1977.
• Dr. Kiss Ervin: Kohógéptan. Tankönyvkiadó, Budapest, 1967.

Kapcsolódó szócikkek

• Kovácsolás
• Gőz-légkalapácsok
• Hidraulikus kovácssajtó
• Légpárnás kalapács
• Ejtőkalapácsok
• Medve (kovácsolás)
• Hidraulikus kovácssajtó
• Mechanikus sajtók