Введение к работе
Актуальность темы исследований
Кривошипные прессы составляют более половины парка и выпуска кузнечно- прессовых машин машиностроительного производственного цикла. Их преимущества и недостатки предопределены принципом действия, основанном на сочетании нереверсируемого в рабочих режимах электромаховичного главного привода с рычажным (реже кулачковым, кулачково-рычажным или зубчато-рычажным) исполнительным механизмом. К преимуществам относятся: наивысшая производительность штамповки и резки штучных изделий (вследствие нереверсируемости главного привода); точность получаемых изделий (вследствие фиксированного крайнего рабочего положения исполнительного механизма и высокой жесткости замкнутой силовой системы); доступная автоматизируемость (вследствие циклового характера движения исполнительного механизма).
Указанные преимущества обеспечивают эффективность применения кривошипных прессов в той мере, в какой удается избавиться от их недостатков. В настоящее время найдены и успешно применяются способы борьбы с разрушающими последствиями собственных и вынужденных колебаний, теплового старения и потери прочности фрикционных элементов системы включения, потери цикловой устойчивости системы «пресс-инструмент-изделие» и тепловой устойчивости главного двигателя при штатном технологическом нагружении. Существенно хуже решена задача предохранения кривошипных прессов от перегрузок, возникающих вследствие стремления подвижных масс к преодолению крайнего рабочего положения при любых отклонениях от нормативного протекания процесса штамповки и независимо от причин этих отклонений: понижения температуры заготовки при горячей штамповке, ошибки при наладке, нарушения ориентации изделия в процессе подачи, увеличения объема заготовки, износа инструмента и т.д. Существующие устройства предохранения имеют узкую специализацию: гидравлические - для тихоходных ли- стоштамповочных прессов, пружинно-рычажные - для дополнительных исполнительных механизмов горизонтально-ковочных машин и холодно-высадочных автоматов, ломкие - для прессов, выполняющих разделительные операции. Ни одно из этих устройств не обладает всей совокупностью необходимых свойств, поэтому они не могут применяться в наиболее производительных и перспективных кривошипных прессах - быстроходных листоштамповочных автоматах с верхним приводом, КГШП с повышенной жесткостью и частотой непрерывных ходов.
Повышение эффективности кривошипных прессов в направлениях: увеличения производительности и точности, расширения области применения (на мелкосерийное производство, штамповку особо крупных или низких (молотовых) поковок и пр.) - невозможно при отсутствии универсальных способов и устройств предохранения, поскольку в противном случае частота и уровень перегрузок при штамповке исключают достижение положительных экономических результатов. Вместе с тем достигнутый уровень науки и техники позволяет решить задачу создания универсальных способов предохранения кривошипных прессов от перегрузок.
Работа частично выполнена по НИР № 7.714.2011 от 01.02.2012 в рамках государственного задания на 2012/2013 годы.
Цель работы: повышение эффективности кривошипных прессов путем разработки способов предохранения от перегрузок при штамповке.
Задачи работы:
-
Разработать математическую модель нагружения кривошипных прессов, охватывающую традиционные и компактные формы исполнительных механизмов, позволяющую оценить силовые факторы в элементах линейного и крутильного контуров прессов.
-
Установить закономерности влияния на силовые факторы в элементах линейного и крутильного контуров кривошипных прессов их конструктивных параметров и параметров технологического нагружения.
-
Разработать способ и устройство предохранения линейного контура кривошипных прессов от перегрузок по силе на ползуне.
-
Экспериментально проверить характер зависимости силы от деформации для устройства, реализующего упругопластический способ предохранения от перегрузок.
-
Разработать способ предохранения крутильного контура кривошипных прессов от перегрузок по крутящему моменту на главном валу.
-
Разработать рекомендации по определению допустимых и номинальных параметров быстроходных кривошипных прессов с учетом сил инерции.
Объект исследования: кривошипные прессы, а именно быстроходные вырубные автоматы с верхним приводом, кривошипные горячештамповочные прессы.
Предмет исследования: способы и устройства предохранения кривошипных прессов от перегрузок, возникающих при штамповке.
Методы исследования: все разделы работы выполнены на основе единых методологических позиций с использованием основных положений теории дискретных динамических моделей механических систем, теории механизмов и машин, численно-аналитических методов вычислительной математики и программирования, основ дифференциального исчисления и физических методов моделирования.
Научная новизна
-
выявлены закономерности влияния на силовые факторы в элементах линейного и крутильного контуров кривошипных прессов их конструктивных параметров и параметров технологического нагружения на основе разработанной математической модели;
-
установлено, что с повышением частоты вращения входного звена исполнительного механизма пресса допустимую силу на ползуне необходимо отображать в виде трехмерной поверхности в координатах P (5; п).
Практическая значимость работы
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны способы, позволяющие ограничить перегрузки в линейном и крутильном контурах кривошипных прессов на заранее заданном уровне при любых отклонениях процесса штамповки от штатного протекания и любых практически достижимых скоростях деформирования обрабатываемого изделия. Даны практические рекомендации по выбору параметров устройства, реализующего упругопластический способ предохранения линейного контура кривошипных прессов.
Достоверность результатов
Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задач, применением апробированных математических методов и подтверждается качественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными.
На защиту выносятся:
-
результаты теоретических исследований нагружения кривошипных прессов по разработанной математической модели;
-
способ предохранения линейного контура кривошипных прессов от перегрузок при штамповке;
-
результаты экспериментальной проверки характера зависимости силы от деформации для устройства, реализующего упругопластический способ предохранения от перегрузок;
-
практические рекомендации по выбору параметров устройства, реализующего способ предохранения линейного контура кривошипных прессов;
-
способ предохранения крутильного контура кривошипных прессов от перегрузок при штамповке.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на VI Международной научно-практической конференции «Участие молодых ученых, инженеров и педагогов в разработке и реализации инновационных технологий» (Москва - МГИУ, 2006 г.). В полном объеме диссертация обсуждалась на кафедре «Машины и технология обработки металлов давлением ФГБОУ ВПО «МГИУ», на кафедре «Системы пластического деформирования» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», на кафедре «Кузовостроение и обработка металлов давлением» ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)».
Публикации
По теме диссертации опубликовано 4 статьи, из них 3 в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК, получено 2 патента РФ.
Структура и объем работы
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 181 наименования, 1 приложения и содержит 163 страницы машинописного текста, включая 73 рисунка, 11 таблиц.
