Розширення технічних можливостей кривошипних пресів введенням в їх конструкцію додаткових механізмів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Спеціальність 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском

Розширення технічних можливостей кривошипних пресів введенням в їх конструкцію додаткових механізмів

Роганов Максим Львович

Луганськ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Міжнародному науково-технічному університеті (м. Київ) Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор Рей Роман Іванович, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля (м. Луганськ), завідувач кафедри “Обладнання для обробки металів тиском”

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Огородников Віталій Антонович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри “Опору матеріалів та прикладної механіки”

кандидат технічних наук, доцент Явтушенко Олександр Вікторович, Запорізький національний технічний університет, завідувач кафедри “Обробка металів тиском”

Провідна установа: Державне підприємство “Завод імені В.О. Малишева”, центральна лабораторія, Міністерство промислової політики України (м. Харків)

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 29.051.02, д.т.н., доцент Гутько Ю.І.

Анотація

Роганов М.Л. Розширення технічних можливостей кривошипних пресів введенням в їх конструкцію додаткових механізмів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.05 - процеси та машини обробки тиском. Східноукраїнський національний університет ім. Володимира Даля, Луганськ, 2004.

Дисертація присвячена вирішенню актуального завдання підвищення техніко-економічних показників роботи кривошипних пресів на основі розширення їх технічних можливостей введенням в конструкцію нових додаткових механізмів. Здобув подальший розвиток системний підхід вдосконалення кривошипних пресів, технічні можливості яких розширюються введенням нового гідропружного ударного механізму, що дозволяє підвищити силу деформування заготовки в 2-3 рази проти номінальної сили пресу, особливо на низьких заготовках, при листовому штампуванні, вирубки-пробиванні, гнутті з випрямлянням.

Завдяки введенню механізму кінематичного зв'язку повзуна з механізмом зміни закритої висоти преса, з'являється можливість набирати значно більшу за існуючі методи ступінь деформації заготовки її послідовним деформуванням на одній позиції (дробовій деформації), а також проводити вільне кування на кривошипному пресі. Показано, що введення додаткової системи змащування під високим тиском у важконавантажені шарніри пресів, дозволяє знизити коефіцієнт тертя та збільшити шар мастила у шарнірах, підвищити ККД приводу преса.

Розроблені математичні моделі нових додаткових механізмів, методики розрахунку їхніх параметрів, проведена експериментальна перевірка теоретичних положень, розроблені практичні рекомендації, спрямовані на розширення технічних параметрів кривошипних пресів.

Ключові слова: кривошипний прес, гідропружний ударний механізм, дробова деформація, змащування високого тиску, математичні моделі.

Аннотация

Роганов М.Л. Расширение технических возможностей кривошипных прессов введением в их конструкцию дополнительных механизмов.

Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.05 - процессы и машины обработки давлением. Восточноукраинский национальный университет им. Владимира Даля, Луганск, 2004.

В диссертации решена актуальная задача повышения технико-экономических показателей работы кривошипных прессов на основе расширения технических возможностей введением в их конструкцию новых дополнительных механизмов. В аналитическом обзоре показано, что несмотря на высокую степень проработки конструктивных схем кривошипных прессов, методов их расчета и проектирования, их совершенствование целесообразно в направлении повышения степени универсальности: увеличения уровня силы и средней скорости деформации на основе введения в конструкцию гидроупругого ударного механизма; увеличения перечня технологических операций, которые можно выполнять на прессе, включая операции свободной ковки на основе кинематической связи ползуна и механизмов изменения закрытой высоты пресса; уменьшения износа, вероятности заклинивания, повышение КПД на основе добавления к существующей системе смазки пресса дополнительных механизмов, обеспечивающих подачу в тяжелонагруженные шарниры пресса при рабочем ходе ползуна смазки под давлением, равным или большим давления в шарнирах от номинальной силы пресса, и в объеме, обеспечивающем разделение твердых поверхностей шарниров слоем смазки.

В работе получил дальнейшее развитие системный подход к созданию, модернизации, и эксплуатации кривошипных прессов, на основе которого определены направления по совершенствованию отдельных параметров прессов. Показано, что одним из эффективных направлений расширения технических параметров кривошипных прессов является разработка и введение в их конструкцию новых дополнительных механизмов, одним из которых является гидроупругий ударный механизм, который может размещаться в разных местах пресса. Предложена классификация размещения ударного механизма на прессе. Разработана математическая модель пресса с ударным механизмом в виде четырехмассовой динамической системы, разработана программа решения математической модели, позволяющая в диалоговом режиме вести выбор и расчет параметров ударного механизма, определить наиболее рациональную его конструкцию. Проведены анализ и систематизация методики определения энергетических, кинематических и прочностных параметров гидроупругого ударного механизма. В расчетные формулы введены две константы - жесткость цилиндра-аккумулятора и радиус кривошипа главного вала пресса, на который устанавливается ударный механизм, что позволило упростить систему расчета параметров. Впервые было предложено задавать рациональную энергию ударного механизма с использованием номинальной силы - Р_Н и жесткости - с пресса в виде , что позволяет повысить в 2-3 раза силу воздействия на заготовку на некоторых операциях (штамповка низких заготовок, листовая штамповка, вырубка-пробивка, гибка с правкой и т.п.). Такая энергия ударного механизма в два раза выше энергии упругой деформации пресса, что позволяет снизить вероятность заклинивания прессов, а при заклинивании облегчить выход из него. Получила дальнейшее развитие система технологических параметров кривошипных горячештамповочных прессов, которая дополнена параметрами ударного механизма для прессов принятого размерного ряда.

Приведено обоснование целесообразности кинематической связи ползуна с механизмом изменения закрытой высоты пресса, что позволяет обеспечивать значительно большую общую степень деформации заготовки на основе суммирования прилагаемых к ней усилий и работ за несколько последовательных ходов ползуна, в том числе и на одной, наиболее рациональной позиции - на оси пресса. Появляется возможность эксплуатировать пресс на малых углах поворота главного вала. Это позволяет снизить нагрузки на базовые детали пресса, повысить надежность его эксплуатации. Разработана физическая и математическая модели штампового пространства переменного по высоте при работе пресса в режиме автоматических ходов, обеспечивающие дробную деформацию заготовки, и на основе моделей получены формулы расчета величин деформации на каждом из последовательных ходов с винтовым и клиновым механизмами изменения закрытой высоты пресса. Разработана принципиально новая конструктивная схема кривошипного пресса с регулируемой гидравлической связью ползуна и стола. Приведены формулы расчета деформации за каждый ход ползуна. На основе разработанных моделей получил дальнейшее развитие метод свободной ковки на кривошипных прессах. Для операций дробной деформации и свободной ковки выведена формула допустимой работы А_р на каждом ходе ползуна для прессов в зависимости от мощности их электродвигателя - N и частоты ходов - , которая имеет вид - , обеспечивающая работу без перегрузки в режиме автоматических ходов.

Получила дальнейшее развитие классификация систем смазки кривошипных прессов, которая дополнена новыми механизмами индивидуальной подачи смазки в тяжелонагруженные шарниры пресса под давлением, большим давления в шарнирах. Разработана математическая модель расхода смазки из нагруженного шарнира, и на ее основе разработана методика расчета необходимого давления и объема подачи смазки с учетом сплющивания деталей шарнира под действием нагрузки. Показано, что сплющивание может достигать 60 % от начального зазора в подшипниках. Предложены конструктивные схемы и методики расчета параметров механизмов подачи смазки под высоким давлением. Получила дальнейшее развитие классификация причин заклинивания кривошипных прессов и предложены новые методы и приемы по выводу из заклинивания.

Достаточная степень достоверности полученных математических моделей подтверждена экспериментально.

Ключевые слова: кривошипный пресс, гидроупругий ударный механизм, дробная деформация, свободная ковка, смазка высокого давления, математические модели.

Summary

Roganov M.L. Spreading of engineering opportunities of crank squeezers by introduction in their construction of additional mechanisms.

The dissertation as the manuscript on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.03.05 - processes and machines of processing by pressure. East Ukrainian National University name after Vladimir Dal, Lugansk/ 2004.

In a thesis the actual task of heightening of overall economics of operation of crank squeezers on a base of spreading of engineering opportunities by introduction in their construction of new additional mechanisms is solved. A system campaign to perfecting of crank squeezers has received the further development, which engineering opportunities extend by introduction of the new hydroelastic shock mechanism, that allows to increase the force of strain of perform in 2-3 times more than the nominal force of squeezer allows, it is especial on low performs, at a sheet-metal forming, cutting down - piercing, versatility with editing.

Due to introduction of the mechanism of a drive connection of a slide block with the mechanism of change in enclosed height of squeezer, it appears an opportunity to ensure considerably large amount of reduction of perform, on a base of summation of efforts, applied to it, behind some sequential courses of a slide block, and also to carry out operations of a smith forging on crank squeezers. It is shown, that the introduction of additional system of lubrication under pressure, strong pressure in heavy-load joints of squeezer, allows to lower factor of abrasion and to increase a stratum of lubrication in these joints, to raise an efficiency of a traction mechanism of squeezer.

The mathematical sample pieces of new additional mechanisms, technique of account of their parameters are developed, the experimental estimation of theoretical positions is carried out, the practical recommendations directed on spreading of engineering parameters of crank squeezers are developed.

Key words: crank squeezer, hydroelastic shock mechanism, fractional strain, smith forging, lubrication of high pressure, mathematical sample pieces.

1. Загальна характеристика роботи

технологічний прес заготовка кування

Актуальність теми. У сучасних умовах переходу до ринкової економіки для України є важливим розвиток дрібних та середніх промислових підприємств, оскільки від рівня розвитку цього сектора в економіці країни багато в чому залежить її стабільність. Розвиток багатьох промислових підприємств стримує той факт, що, незважаючи на потребу, вони не в змозі забезпечити себе необхідним промисловим устаткуванням. Одним з рішень цієї проблеми є розширення технічних можливостей вже наявного базового устаткування на основі розроблення і застосування нових додаткових механізмів. Кривошипні преси (КП) відносяться до найбільш розповсюдженого виду ковальсько-пресового устаткування, призначеного для одержання деталей і заготовок методами обробки матеріалів тиском. Існуючі КП мають обмеження за силою деформування заготовки величиною номінальної сили преса; швидкість деформування порівняно не висока (0,3-0,5 м/с), що обмежує різноманітність матеріалів і розмірів заготовок, які деформуються на цих пресах. Традиції деформації заготовок на КП, що склалися, не дозволяють проводити операції вільного кування, набору ступеня деформації шляхом послідовної деформації заготовки на одній позиції; існуючі системи змащення не враховують різке підвищення тиску в шарнірах преса при деформації поблизу нижнього фіксованого положення повзуна, що приводить до зниження коефіцієнта корисної дії (ККД), а іноді і до заклинювання приводу преса. Рішення цих проблем є актуальним і можливим на основі введення до конструкції КП нових додаткових механізмів, розроблених на основі системного підходу, розвитку методів їх фізичного і математичного моделювання, розробці рекомендацій до їхнього проектування і реалізації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно до напряму наукової праці Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля “Перспективні ковальсько-пресові машини” у рамках держбюджетних тем науково-дослідних робіт Донбаської державної машинобудівної академії №0101И001746, тематичного плану науково-дослідних робіт Міжнародного науково-технічного університету за напрямом “Розширення технічних можливостей кривошипних пресів” - тема Д10-2002, у яких автор безпосередньо брав участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження.

Метою даної роботи є підвищення техніко-економічних показників роботи КП на основі розробки математичних і фізичних моделей, програмних засобів з розрахунку і проектування додаткових механізмів, що вводяться до конструкції пресів, та розширюють їхні технічні можливості.

Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно вирішити наступні основні завдання:

1. Розглянути КП, як систему взаємозалежних механізмів, і на основі аналізу системи визначити напрям удосконалювання преса.

2. Забезпечити на КП деформування заготовок, які вимагають більших сил і швидкостей, ніж забезпечує прес, на основі вбудовування в конструкцію додаткового гідропружного ударного пристрою; розглянути і класифікувати схеми його розміщення на пресі; розробити математичні моделі і методики розрахунку параметрів КП з ударним пристроєм.

3. Розширити перелік технологічних операцій, які виконуються на пресі: дробова деформація заготовки на одній позиції, вільне кування, на основі розробки схем і механізмів руху повзуна з одночасною зміною закритої висоти преса; розробити математичні моделі і методики розрахунку його параметрів.

4. Знизити ймовірність заклинювання приводу преса, знос базових шарнірів, підвищити ККД на основі введення до важконавантажених шарнірів додаткового змащення під тиском, більшим, ніж тиск у шарнірах; розробити математичну модель і методику розрахунку такої системи змащення.

5. Дати експериментальну оцінку отриманим теоретичним рішенням, ефективності дробової деформації, системі змащення підвищеного тиску, гнутті з виправленням на КП з ударним пристроєм.

Об'єкт дослідження - додаткові механізми кривошипних пресів, що впливають на їхні технічні параметри.

Предмет дослідження - основні закономірності роботи додаткових механізмів і методи їхнього розрахунку, вплив на технічні параметри і роботу кривошипних пресів.

Методи дослідження. В основу теоретичних досліджень покладено системний підхід, методи математичного моделювання із застосуванням комп'ютера, теорії пружності і пластичності, кінематичного аналізу роботи механізмів з урахуванням їх взаємозв'язків, теорії коливань, а також проектно-конструкторське пророблення запропонованих технічних рішень.

Експериментальні дослідження містили фізичне моделювання ударного деформування, системи змащення великого тиску, гнутті з виправленням, дробової деформації на одній позиції і проводилися на базі реальних ковальсько-пресових машин, а також спеціально розроблених експериментальних моделях.

Наукова новизна отриманих результатів:

- одержав подальший розвиток системний підхід до створення, модернізації та експлуатації КП на основі розробки нових додаткових механізмів;

- вперше, стосовно до КП, розроблена класифікація розміщення на пресі додаткового гідропружного ударного механізму; розроблена математична модель преса з додатковим гідропружним ударним механізмом, що дозволяє визначити основні його параметри; запропоновано й обґрунтовано метод вибору рівня енергії гідропружного ударного механізму, що теоретично виключає заклинювання преса;

- вперше обґрунтована раціональність кінематичного зв'язку повзуна з механізмом регулювання закритої висоти преса; розроблені математична і фізична моделі змінного за висотою штампового простору преса; отримані залежності припустимої роботи деформування на кожному автоматичному ході при дробовому деформуванні;

- одержали подальший розвиток: система побудови технологічних параметрів кривошипних гарячештампувальних пресів, класифікація систем змащення, математичні моделі систем змащення під тиском, рівним або більшим, ніж тиск у шарнірах преса, параметрів витрат й обсягу змащення.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Показано, що розробка додаткових механізмів до КП дозволяє: розширити їхні технічні можливості, підвищити ступінь використання вже наявного парку КП, їхню універсальність, збільшити кількість операцій обробки металів тиском, які можливо виконувати на пресах, підняти ККД і зменшити знос у важконавантажених шарнірах машини, звести до мінімуму ймовірність заклинювання механізмів пресів, полегшити вихід із заклинювання.

2 Отримано нові технічні рішення, які не мають аналогів, щодо введення на КП додаткових механізмів: гідропружного ударного механізму, механізмів кінематичного зв'язку повзуна і столу преса, що забезпечує обробку на пресі деталей, які вимагають більшої сили деформації, ніж номінальна сила преса; операцій дробової деформації на одній позиції і вільного кування, подачі змащення в важконавантажені шарніри преса під тиском, більшим, ніж робочий тиск у шарнірах і в обсязі, що забезпечує шар мастила між тілами шарніра.

3. Розроблено і апробовано нові експериментальні установки для дослідження систем змащення під тиском у поверхнях, що труться, і дробової деформації на пресах.

4. Розроблено програмний продукт для комп'ютера з розрахунку КП із додатковим гідропружним ударним механізмом і параметрів цього механізму.

Особистий внесок здобувача. Основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. У роботах, написаних у співавторстві, автору належать:

[1] - пропозиція розмістити нові схеми ударного механізму і його зв'язок з повзуном преса;

[2] - розробка і дослідження схеми щілинного ущільнення змащення високого тиску для кривошипного преса;

[5] - запропоновані нові схеми кінематичного зв'язку повзуна і механізмів зміни штампового простору кривошипних пресів, розроблена математична модель;

[6] - визначення особливостей експлуатації ударних механізмів на кривошипних пресах і їхній вплив на елементи гідросистем;

[8] - пропозиція проводити порівняння різних схем механізмів приводу механічних пресів за їхнім впливом на жорсткість пресів;

[10] - запропоновані схеми зв'язку повзуна і стола.

Апробація результатів дисертації. Наукові і практичні результати дисертації доповідалися й обговорювалися на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького колективу Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля (м. Луганськ, 2002р., 2003р.); міжнародних науково-практичних конференціях “Удосконалення процесів та обладнання обробки металів тиском у машинобудуванні та металургії” (м. Краматорськ, 2001 р., 2002 р., 2003 р, 2004 р.); II міжнародної науково-практичної конференції “Тяжке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку, м. Краматорськ, 2004 р.”; VII міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта - 2004”, м. Дніпропетровськ; міжнародної науково-практичної конференції “Перспективи розвитку гірничо-металургійного комплексу” (м. Краматорськ, НКМЗ, 2004 р.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 12 основних працях, у тому числі 9 у фахових виданнях ВАК України. За результатами досліджень отримано два патенти України на “Кривошипний прес” і “Кривошипний прес з ударним пристроєм”.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації 205 сторінок, у тому числі 138 сторінок основного тексту, 43 малюнка, 11 таблиць, 80 формул, список використаних джерел на 16 сторінках.

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми досліджень, сформульовані мета роботи і шляхи її досягнення, показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами, дана характеристика наукової новизни і практичної значущості отриманих результатів, а також їхнє впровадження, відзначено особистий внесок здобувача.

У першому розділі розглянуто КП і додаткові механізми до них, наукові праці, присвячені аналізу робіт з удосконалювання КП, які показують, що КП можна віднести до найбільш вивчених видів устаткування для обробки металів тиском. Методи удосконалювання параметрів і конструкцій КП розроблені М. Сторожовим, О. Зиміним, А. Ністратовим, Є. Ланським, Г. Навроцьким, Л. Живовим, В. Власовим, Ю. Миропольським, Р. Реєм, А. Ігнатовим, А. Банкетовим, Ю. Бочаровим, І. Гіршем, Б. Чумаковим, О. Явтушенко, Є. Богдановим, В. Балаганським, І. Фількіним та ін. Дослідженню сил, діючих у технологічних операціях, і їхньому впливу на деталі устаткування, присвячені роботи С. Губкіна, В. Залеського, О. Ігнатова, О. Ністратова, О. Овчиннікова, В. Огороднікова, Є. Попова, Є. Унксова та ін. Систематизація їхніх робіт показала важливе значення підвищення точності штампування, як одного з основних напрямів удосконалювання КП.

Автором дана оцінка впливу швидкості на процес деформації, розглянуті додаткові пристрої КП. Було показано, що ефективним напрямом їхнього удосконалювання є модернізація існуючих і розробка нових механізмів, таких як: додатковий ударний пристрій, кінематичний зв'язок повзуна і механізму регулювання закритої висоти преса, додаткові механізми змащення підвищеного тиску.

У другому розділі для визначення напрямів і методів досліджень з розробки додаткових механізмів до КП застосовано системний підхід, що розглядає прес як відкриту систему взаємозалежних елементів, у яких виділяються формальні ознаки відкритої системи - наявність входів, виходів, процесу або стану. Входами до пресу як системи є заготовка, енергія, змащення. Усередині системи преса відбуваються процеси або стани, зв'язані з переробкою заготовки і переробкою енергії. Виходами з цієї системи є готова продукція, відходи штампування, а також тепло, вібрація, шум, продукти вихлопу з муфти, відходи охолодження і змащення. Стосовно до системи, входи (заготовка й енергія) забезпечують досягнення мети - одержання готової продукції, і співвідношення два входи й один вихід є мінімальними в цій системі. Однак третій вхід, змащення, а також рідина для охолодження (у важких пресах) - необхідні елементи для забезпечення процесів усередині преса, а виходи (тепло, вібрація, шум, відходи) залежать від ступеня досконалості процесів усередині системи. Задача удосконалювання системи складається з оптимізації входів і виходів шляхом поліпшення її функціонування. Системний підхід до створення КП дозволяє:

- розбити прес на окремі за функціями взаємозалежні елементи-механізми з забезпеченням їх незалежного, рівнобіжного проектування, виготовлення, обслуговування, підвищення спеціалізації, уніфікації, якості і кваліфікації проектантів і виготовлювачів та експлуатаційників;

- виділити умови удосконалювання системи: зменшення кількості входів і виходів шляхом поліпшення функціонування системи;

- визначити напрями удосконалювання пресів: розробка і застосування механізмів з мінімальною кількістю ланок; підвищення ККД і довговічності деталей, що труться, за рахунок зниження тертя і зносу; поліпшення умов змащення і застосування самозмащувальних матеріалів; удосконалювання технологій і розширення технологічних операцій; статичне та динамічне зрівноважування механізмів, зниження їхньої маси за рахунок підвищення точності розрахунків і застосування відповідних матеріалів; розширення технічних можливостей застосуванням додаткових механізмів, підвищення жорсткості механізмів і, як наслідок, підвищення точності штампування; забезпечення енергонадійності.

Основні параметри якості будь-якої складної технічної системи, включаючи преси, закладаються на стадії проектування. Тому розробка методів розширення технічних характеристик кривошипних пресів, ступеня їхньої надійності, підвищення якості виробів, що випускаються ними, підвищення термінів безупинної роботи без переналагодження, зменшення часу налагодження і переналагодження, зниження факторів заклинювання, розширення технологічних операцій, виконуваних на пресах, є актуальною проблемою КП.

Визначено методи теоретичних і експериментальних досліджень шляхом створення фізичних і математичних моделей кривошипних пресів з ударним пристроєм, системою дробової деформації і додаткових механізмів змащення, що подається порціонно під високим тиском у важконавантажені шарніри преса.

У третьому розділі запропоновано на КП встановлювати додатковий гідропружний ударний механізм, дія якого заснована на використанні енергії стиснутої рідини. Розглянуті 15 схем розміщення ударного механізму на КП і запропонована їхня класифікація. На підставі аналізу графіків технологічних зусиль на операціях, які виконуються на КП, встановлено, що ударний механізм може успішно застосовуватися на операціях вирубки, гнуття, калібрування, гарячого штампування, видавлювання і висадження. При цьому КП за номінальною силою можна вибирати менше, ніж вимагає технологічна операція, приблизно: для гнуття - в 3 рази; гарячого штампування низьких заготовок - в 3-5 разів; гарячого видавлювання - в 3-4 рази; висадження - в 2 рази, тому що необхідне пікове зусилля забезпечить ударний механізм. Особливо ефективним є ударний механізм на КП при виконанні комбінованих операцій, наприклад, витяжці з пробиванням і калібруванням, гнутті з виправленням, штампуванні з калібруванням і т.п.

Фізична модель КП з ударним механізмом, а також модель чотирьохмасової системи КП з ударним механізмом дозволяють розробити математичну модель системи КП з ударним механізмом у вигляді системи диференціальних рівнянь для чотирьохмасової моделі з урахуванням характеру навантаження при виконанні технологічної операції:

(1)

де m₁ - маси плунжера, баби, вставки в штамп; m₂ - маса ударної поперечки; m₃ - маса повзуна, шатуна, головного валу; m₄ - маса станини; x₁ ,x₂ ,x₃ ,x₄ - переміщення відповідних мас; с₁, с₂, с₃, с₄, с₅ - жорсткості відповідних зв'язків мас; Р_Д - деформуюча сила.

Складено програму рішення на комп'ютері системи чотирьох диференціальних рівнянь другого порядку методом Ейлера. У результаті рішення виходять залежності, що дозволяють визначити параметри ударного механізму, який розміщений на КП.

Проведено систематизацію розрахунків конструктивних розмірів основних деталей ударного механізму стосовно до КП і як окремого механізму. Розроблено програму на комп'ютері, що дозволяє в діалоговому режимі вести їхній розрахунок. Отримані залежності для визначення енергії -W; максимальної сили -Р_max розгону рухливих частин; максимальної швидкості -V плунжера-баби; максимального прискорення - a; часу руху з прискоренням - t; обсягу рідини в циліндрі-акумуляторі - Q_ж:

; ;

; ; , (2)

де А - площа плунжера; R₁ - радіус кривошипа преса; Е_пр - приведений модуль пружності рідини; m - маса плунжера-баби; р_р - тиск рідини.

Одержала розвиток система технологічних параметрів кривошипних гарячештампувальних пресів, в якій, у залежності від номінальної сили Р_н і числа ходів повзуна n_п , задаються товщина облою h_з , хід повзуна S , корисна робота пластичного деформування А_Д , жорсткість преса с, і додаються величина пружної деформації l_у й енергія ударного механізму W. Енергію ударного механізму запропоновано задавати за формулою:

. (3)

При такій енергії ударний пристрій здатний виводити прес із заклинювання, оскільки з наведених у літературі даних про енергію заклинювання W_з кривошипних пресів, вона складає величину в два рази меншу:

. (4)

У четвертому розділі розглянуті теоретичні і технологічні особливості КП із закритою висотою преса, що змінюється в процесі ходу повзуна. Запропоновано схеми кінематичного зв'язку повзуна та існуючих механізмів регулювання закритої висоти двох типів - гвинтовою парою і клинами. При роботі преса в режимі автоматичних ходів механізм регулювання закритої висоти працює безупинно, загальмовуючись на робочому ході повзуна. Необхідна деформація заготовки дробиться на деформацію за один хід повзуна, і виходить необхідна кількість автоматичних ходів. З'являється можливість експлуатувати КП на малих кутах повороту головного вала. Це дозволяє знизити навантаження на базові деталі КП, підвищити надійність його експлуатації.

Фізична модель дробової деформації на одній позиції дозволяє розробити математичні моделі і на їх основі одержати розрахункові формули для визначення деформації на першому і наступному ходах для різних типів механізмів регулювання закритої висоти преса. Деформація заготовки на першому і наступному ходах повзуна (рис.3) для гвинтового механізму складає:

; (5)

. (6)

Для клинового механізму аналогічні залежності складають:

(7)

(8)

де С_ПИ - жорсткість системи прес-інструмента; _р - робочий кут головного валу; р_в - шаг гвинту; u_ч - передаточне число черв'ячної пари; n_П - частота ходів преса; ₁ - кут клина столу; n_Д - частота обертання електродвигуна.

На основі теоретичних положень про дробову деформацію вперше розроблена конструктивна схема КП із гідравлічним зв'язком повзуна і стола, із клиновою парою, у якого деформація заготовки за кожен хід повзуна може регулюватися налагодженням упорів і визначається за формулою:

, (9)

де А₁ і А₂ - відповідно площі плунжерів циліндрів, зв'язаних з повзуном і столом; h_пр - хід повзуна преса при його контакті з плунжером, що має площу А₁ ; h_р - робочий хід повзуна.

Одержав розвиток, необґрунтовано забутий, уперше запропонований А.В.Потєхіним у 1944 році, метод вільного кування на КП. Розроблені схеми кінематичного зв'язку повзуна і механізмів регулювання закритої висоти дозволяють проводити на КП операції вільного кування заготовок, що розширює технічні можливості КП. Отримано формули припустимої роботи Ар на кожному ході повзуна при автоматичних ходах на операціях вільного кування без критичного добору енергії від маховика:

, (10)

де N - потужність електродвигуна преса; n_П- частота ходів повзуна преса.

Наведені приклади розрахунків операцій вільного кування на деяких пресах, обґрунтована ефективність їхнього виконання на КП.

У п'ятому розділі розглянуто удосконалювання системи змащення КП. Одержала розвиток класифікація систем змащення, у яку покладені додаткові механізми змащення високого тиску. Особливістю роботи рухливих частин КП, що труться, є великі тиски, що виникають у них під час робочого ходу, які досягають значень 80-100 МПа. Такі тиски виникають в опорах головного вала, у шарнірі головного вала і шатуна, в з'єднанні повзуна і шатуна. Існуючі системи густого мастила забезпечують тиск до 3 МПа. Системи рідкого мастила забезпечують тиск до 7 МПа і продуктивність 3-18 л/хв. Невідповідність тиску, що виникає в шарнірах КП при робочому ході (80-100 МПа), з тиском змащення, що подається до шарнірів (3-7 МПа), викликає видавлювання змащення з важконавантажених шарнірів, що призводить до підвищення тертя, зносу, нагріванню в шарнірах.

Запропоновано встановлювати на КП механізми додаткової системи змащення, що забезпечує подачу змащення в важконавантажені шарніри КП під тиском, більшим, ніж тиск в цих шарнірах від робочої сили преса, і в обсязі, достатньому для поділу шаром змащення твердих поверхонь шарнірів при робочому ході.

Розроблено математичну модель витрати змащення у підшипниках головного валу і шатуна КП:

; (11)

де - витрата змащення; Р_н - номінальна сила преса; - зазор; - коефіцієнт динамічної в'язкості змащення; - відношення довжини і діаметра підшипника.

Модель враховує сплющування поперечних переріз вала й отвору підшипників, що досягає 60% від початкового зазору в підшипнику, і характер напрямку плину змащення із шарніра під навантаженням.

Наведено приклад розрахунку додаткової системи змащення для КГШП-6300. Проведено аналіз заклинювання КП, і запропоновані нові заходи для виходу або недопущення заклинювання. Наведено класифікацію процесів заклинювання за функціональними і конструктивними ознаками.

У шостому розділі подані експерименти щодо впливу удару на базові деталі КП, розшифровані раніше отримані осцилограми при дослідженні гідропружного механізму. Експерименти підтвердили адекватність експериментальних і розрахункових значень, отриманих за методикою, систематизованою в роботі. Досліджувалися вплив змащення, що подається, між навантаженими поверхнями на товщину шару змащення і коефіцієнт тертя. Розроблено оригінальну експериментальну установку, що дозволяла змінювати тиск змащення, що подається в поверхні які труться, при заданій силі їхнього стиску. Результати експериментів подані графіками на рис.4. Малі значення коефіцієнта тертя пояснюються наявністю притертих поверхонь і високим тиском мастила.

Експериментальна перевірка дробової деформації заготовки на одній позиції підтвердила ефективність такої технології та можливість її реалізації на КП. На пресі з номінальним зусиллям 0,063 МН були прошиті пуансоном діаметром 12 мм заготовки висотою 45 і 35 мм зі свинцю і дюралюмінію за 5-11 ходів преса з величиною деформації за хід 2-3 мм. Збільшення деформації за хід до 3,5-4 мм (на дюралюмінієвих зразках) приводило до заклинювання преса.

Експериментальна перевірка гнуття-виправлення листового матеріалу підтвердила ефективність статико-динамічного навантаження заготовок. Операцію гнуття-виправлення ефективно проводити на КП, обладнаному додатковим ударним пристроєм. Вибір КП можно проводити за силою гнуття, а виправлення, для якого потрібно сила в 15-30 разів більше сили гнуття, можна проводити ударним пристроєм.

Результати експериментів оброблялися методами математичної статистики відповідно до вимог ДОСТу 8.207-86 “Прямі вимірювання з багаторазовими спостереженнями. Методи обробки результатів спостережень”. Підтверджена об'єктивність розроблених методик розрахунку додаткових механізмів.

Загальні висновки

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі, що визначається в розширенні технічних можливостей кривошипних пресів і виявляється в підвищенні техніко-економічних показників їхньої роботи: деформуванні заготовок, що вимагають більшої сили і швидкості, ніж номінальна сила преса і швидкість повзуна; виконанні нових технологічних операцій - дробова деформація на одній позиції і вільне кування; підвищення ККД, зниження зносу, підвищення точності штампування і надійності роботи преса, на основі розвитку методів розрахунку, а також розробки технологічних і конструктивних рішень.

1. Аналіз робіт з удосконалювання КП показав, що найбільш ефективним методом їхнього удосконалювання є системний підхід до створення, модернізації й експлуатації пресів, який у роботі одержав подальший розвиток. Показано, що розроблення додаткових допоміжних механізмів КП, дозволяє розширити їхні технічні можливості, підвищити ступінь використання вже наявного парку КП, ступінь їхньої універсальності, збільшити кількість операцій обробки тиском які виконуються на пресах, підняти ККД і зменшити знос у важконавантажених шарнірах машини, зменшити ймовірність заклинювання механізмів, полегшити вихід із заклинювання преса.

2. Одержав подальший розвиток метод розширення технічних можливостей пресів на основі введення на КП додаткового ударного механізму. Уперше розроблена класифікація розміщення ударного механізму на КП, запропоновані нові, більш удосконалені, схеми його розміщення, що знижують рівень динамічного впливу на механізми преса. Розроблено математичну модель приводу з ударним механізмом, отримано чисельне рішення, що дозволяє визначити основні його параметри. Систематизовано методику розрахунку конструктивних розмірів ударного механізму. Запропоновано й обґрунтовано метод вибору рівня енергії ударного механізму, що теоретично виключає можливість заклинювання КП. Одержала подальший розвиток система побудови технічних параметрів кривошипних гарячештампувальних пресів.

3. Обґрунтовано раціональність кінематичного зв'язку повзуна КП із механізмом регулювання закритої висоти преса, що дозволяє розширити технічні можливості КП забезпеченням дробової деформації на одній позиції штампа і виконання операцій вільного кування. Розроблено фізичну і математичну моделі змінного за висотою штампового простору при роботі преса в режимі автоматичних ходів. Отримано формули для розрахунку зміни висоти заготовки на одній позиції за кожен хід преса та формули розрахунку припустимої роботи деформування на кожнім ході у режимі автоматичних ходів без критичного добору енергії від маховика.

4. Розроблено додаткові механізми індивідуальної подачі змащення у важконавантажені шарніри КП під тиском, більшим, ніж максимальний тиск в шарнірах. Одержала подальший розвиток класифікація систем змащення, методика визначення необхідного тиску змащення і її обсягу для подачі в шарніри з урахуванням деформації (сплющування) отвору і вала шарніра, що доходить до 60 % від початкового зазору в шарнірі. Розроблена математична модель витрати змащення із шарніра при його навантаженні і вибору конструктивних розмірів і параметрів механізмів подачі змащення в шарніри. Виконано аналіз причин заклинювання КП, одержала розвиток класифікація причин заклинювання і методів його запобігання. Запропоновано й обґрунтовано нові методи і прийоми запобігання і виходу з заклинювання.

5. Експериментальні дослідження підтверджують достатній ступінь вірогідності теоретичних положень. Додатковий аналіз раніше отриманих осцилограм, наведених у технічній літературі з визначення параметрів ударного механізму, показав адекватність теоретичних і експериментальних положень. Дослідженням системи змащення під тиском показана можливість одержання режиму рідинного тертя в поверхнях, що труться, під навантаженням. Найменший коефіцієнт тертя в дослідах склав 0,002, при тиску змащення 20 МПа і вертикальній силі 20 кН, при змащенні без тиску коефіцієнт тертя склав 0,031. Наведено рекомендації з утримання змащення в шарнірах преса. Досліджено дробову деформацію на одній позиції, що дозволяє підсумовувати роботу деформації за кожен хід преса. Прошито отвори в заготовках, які вимагають роботи в 3-5 разів більше роботи преса на одному ході. Досліджено процес гнуття-виправлення на КП. Показано, що ударне навантаження після гнуття забезпечує одержання виробів з мінімальними відхиленнями від заданих, а КП можна вибирати за необхідною силою гнуття, тобто в 10-30 разів менше, ніж за силою виправлення, а виправлення робити ударним пристроєм, установленим на КП. Результати експериментів оброблялися методами математичної статистики, погрішності складали 10,7 % при довірчому інтервалі 0,95.

6. Результати роботи у виді рекомендацій щодо удосконалювання КП упроваджені на ЗАТ “НКМЗ”, ТОВ “Мехремверстат”, ТОВ “ЗАВОД ПРОММАШ”, у навчальному процесі в ДІТМ МНТУ по дисципліні “Інженерний менеджмент”, у ВУНУ і ДДМА при проведенні занять з дисципліни “Ковальсько-пресове устаткування” для студентів спеціальності “Обладнання для обробки тиском”.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Роганов Л.Л., Роганов М.Л. Гидравлический привод в механических прессах// Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2001. - С. 9-13.

2. Роганов Л.Л., Роганов М.Л., Абрамова Л.Н. Результаты экспериментального исследования регулируемых щелевых втулок-уплотнений // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2002. - С. 412-415.

3. Роганов М.Л. О некоторых возможностях повышения быстродействия приводов запирающих устройств агрегатов повышенной опасности // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля: Науковий журнал. - 2002. - № 11(57). - С. 298-301.

4. Роганов М.Л. К вопросу о влиянии скорости рабочего инструмента на стойкость штампов при разделительных операциях на кривошипных прессах // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2003. - С. 550-552.

5. Рей Р.И., Роганов М.Л. Схема работы кривошипного пресса расширяющая его технологические возможности // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ-Слов'янськ, 2003. - С. 368-370.

6. Роганов М.Л., Абрамова Л.Н. Особенности изготовления элементов гидросистем кузнечно-прессового и станочного оборудования с применением щелевых втулок-уплотнений // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ-Слов'янськ, 2003. - С. 371-373.

7. Роганов М.Л. Совершенствование конструкций кривошипных прессов // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2004. - С. 35-37.

8. Роганов М.Л., Чоста Н.В. Сравнительная оценка кинематических и силовых параметров механизма привода механических прессов // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском у металургії і машинобудуванні: Тем. зб. наук. пр. - Краматорськ: ДДМА, 2004. - С. 38-41.

9. Роганов М.Л. Расширение технических возможностей кривошипных прессов путем их снабжения гидроускорителем // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр. - Луганськ: вид-во СУНУ ім. В. Даля, 2004.- С. 88-92.

10. Роганов М.Л., Роганов Л.Л. Применение кривошипных прессов для операций свободной ковки // Матеріали II міжнародної науково-практичної конференціі “Тяжке машинобудування. Проблеми та перспективи розвитку”. - Краматорськ, 2004 . - 74 с.

11. Роганов М.Л. Дополнительные механизмы, как средства совершенствования кривошипных прессов // Матеріали междунар. научно-технич. конф. “Перспективи розвитку гірничо-металургійного комплексу”. - Краматорськ, 2004. - 157 с.

12. Роганов М.Л. Расширение технических возможностей кривошипных прессов путем встраивания в их конструкцию дополнительных механизмов // Матеріалы VII межнар. науково-практич. конф. “Наука й освіта 2004”. - Т. 62. Технічні науки. - Дніпропетровськ: Наука й освіта, 2004. - 40 с.

13. Пат. 65718 А Україна, МПК 7 В30В1/26. Кривошипний преc / Роганов М.Л. № 2003031964; Заявлено 05.03.03.; Опубл. 15.04.04, Бюл. № 4. - 3 с.

14. Пат. 65719 А Україна, МПК 7 В30В1/26. Кривошипний преc з ударним пристроєм / Роганов М.Л. № 2003031965; Заявлено 05.03.03.; Опубл. 15.04.04, Бюл. № 4. - 3 с.

Размещено на Allbest.ru

...