Введение к работе
Актуальность работы. Процессы холодной штамповки занимают видное место среди процессов обработки металлов давлением. В последние годы получили развитие перспективные способы холодной штамповки с использованием жидкости высокого давления (процессы гидравлической штамповки). Характерной особенностью таких процессов является использование жидкости высокого давления в качестве универсального формообразующего инструмента, что позволяет существенно упростить штамповую оснастку н снизить ее стоимость.
Одной из важных частных задач гидравлической штамповки является гндрорастяжение кольцевых заготовок большого диаметра. При этом используется схема гндроштамповки без подпора наружной поверхности заготовки (без использования матрицы). Процесс гндрорастяженпя нашел эффективное применение при упрочнении бандажных колец для укрепления лобовых частей обмоток роторов турбогенераторов большой единичной мощности. Полученные таким способом бандажные кольца, в отличие от колец, получаемых методом раскатки на оправке при температуре 200...500С, отличаются высокой прочностью и однородностью механических характеристик по объему заготовки. При этом степень пластической деформации кольцевой заготовки может достигать 50-00%.
При гидрорастяжении кольцевую заготовку устанавлігеаіот между вертикально расположенными конусами, связанными с подвижной траверсой и архитравом пресса, которые образуют замкнутую внутреннюю полость между внутренней поверхностью заготовки и наружной поверхностью оправки. Гидравлическое растяжение заготовки осуществляют путем подачи но внутреннюю полость жидкости высокого давления и сближения конусных втулок усилием пресса для постоянной герметизации внутренней полости. Под действием давления жидкости происходит холодная пластическая деформация заготовки. Нарушение согласованности между движением конусов и возникающей деформацией заготовки приводит к искажению цилиндрической формы заготовки, к появлению трещин и, в отдельных случаях, вызывает их полное разрушение.
Решение данной проблемы связано с созданием автоматизированной системы управления (АСУ) скоростью движения конусов. Существующие разработки систем управления не имеют достаточно обоснованного закона регулирования и надежных датчиков для измерения размеров и формы кольцевой заготовки непосредствегаю в процессе гидрорастяжения.
Все это создало предпосылки для проведения исследований, направленных на. разработку уточненной математической модели процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок, решение проблемы бесконтактного измерения диаметра и формы деформируемой заготовки, построение алгоритма обработки первичной информации и закона регулирования.
Разработка эффективной автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок большого диаметра направлена на решение реальных задач, связанных с производством упрочненных бандажных колец для укрепления лобовых частей обмоток роторов турбогенераторов большой мощности и является актуальной.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности
процесса производства бандажных колец большого диаметра на основе
совершенствования метода управления процессом гидрорастяжения коль
цевых заготовок. '' '"
Задачи исследования:
провести сравнительный анализ существующих систем управления процессом гидрорастяжением кольцевых заготовок на гидравлическом прессе;
построить математическую модель процесса пластического деформирования кольцевой заготовки при гидрорастяжении;
построить имитационную модель процесса гидрорастяжения;
исследовать конструктивную жесткость гидравлического пресса при рабочем иагружешш;
разработать способ бесконтактного измерения размеров и формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения;
разработать структуру и алгоритм работы автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок.
Методика исследования. Для решения поставленных задач использовался аналитический метод построения математической модели пластического деформирования кольцевой заготовки методами механики твердого деформируемого тела. Построение имитационной модели процесса гидрорастяжения осуществлено методами математического моделирования технологических процессов. Конструктивную жесткость пресса исследовали экспериментальными методами, используя прецизионные геодезические приборы. Бесконтактная система измерения размеров и формы цилиндрической заготовки базируется на положениях теории измерения технологических параметров. При разработке структуры и алгоритма работы АСУ процессом гидрорастяжепия использованы основные положения теории управления техническими объектами.
Научная новизна:
1. Разработана математическая модель процесса пластического дефор
мирования кольцевых заготовок при гидрорастяжепия на гидравлическом
прессе.
2. Построена имитационная модель процесса гидрорастяжения кольце
вых заготовок на гидравлическом прессе.
3. Разработаны структура и алгоритм управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на гидравлическом прессе.
Основные положения, выносимые на защиту.
математическая модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок;
имитационная модель процесса гидрорастяжения;
методика бесконтактного измерения диаметра кольцевой заготовки;
структура автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на гидравлическом прессе;
алгоритм управления процессом гидрорастяжения.
Практическая ценность:
-
Получены результаты имитационного моделирования процесса гидрорастяжения.
-
Предложен метод бесконтактного измерения размеров и формы кольцевой заготовки в процессе деформирования.
-
Разработаны структура системы управления и алгоритм управления процессом гидрорастяжени.
-
Получены результаты натурных исследований процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок на гидравлическом прессе усилием 300 МН.
Реализация в промышленности. Основные результаты работы были опробованы в производственных условиях ПО "Уралмаш". Диссертация основана на результатах НИР, выполненных при участии автора в УрГАПС и на ПО "Уралмаш".
Публикации и апробация работы. По результатам диссертационных исследований опубликовано 7 печатных работ.
Основные положения диссертационной работы докладывались на III межвузовской научно-методической конференции "Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" (М., РГОТУПС), на семинаре научное наследие И.Я.Тарновского "Актуальные проблемы теории и практики обработки металлов давлением" (г.Екатеринбург, УГТУ-УПИ), на II Всероссийской студенческой научно-технической конференции "Информационные технологии и электроника" (г.Екатеринбург, УГТУ-УПИ), на научно-технической конференции "Молодые ученые - транспорту" (г.Екатеринбург, УрГАПС), иа международной научно-технической конференции "Железнодорожный транспорт - сегодня и завтра" (г.Екатеринбург, УрГАПС).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения. 4 глав и заключения. Диссертация содержит 212 страниц, 47 рисунков, 12 таблиц и список литературных источников из 109 наименований.