Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор конструкций валковых подающих механизмов, технические требования к их конструкции и точности подачи материала в пресс 7-26
2. Состояние теоретических и экспериментальных исследований погрешности шага., подачи валковых механизмов за счет упругого скольжения в контакте валок-лента и задачи исследования 27-36
3. Исследование влияния осевой силы на тяговые свойства валковой подачи 37-62
4. Определение влияния перекоса осей валков на тяговые свойства валковой подачи 63-84
5. Расчет погрешности шага подачи ленты и выбор коэффициента запаса сцепления в валковых механизмах 85-95
6. Экспериментальные исследования влияния точности изготовления и монтажа фрикционного валкового механизма на величину упругого скольжения в контакте 96-111
7. Сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований и их использование при разработке новой универсальной регулируемой валковой подачи. Результаты внедрения в производство ІІ2-І27
Основные результаты и выводы 128-130
Литература ІЗІ-І38
Приложения 139-153
- Обзор конструкций валковых подающих механизмов, технические требования к их конструкции и точности подачи материала в пресс
- Состояние теоретических и экспериментальных исследований погрешности шага., подачи валковых механизмов за счет упругого скольжения в контакте валок-лента и задачи исследования
- Исследование влияния осевой силы на тяговые свойства валковой подачи
- Определение влияния перекоса осей валков на тяговые свойства валковой подачи
- Расчет погрешности шага подачи ленты и выбор коэффициента запаса сцепления в валковых механизмах
Введение к работе
В решениях ШТ съезда КПСС определены задачи дальнейшего развития промышленности в СССР, подъема уровня машино -строительного производства на основе новейших достижений науки и техники: "... Существенно увеличить производство сие -тем машин и оборудования, позволяющих исключить применение ручного труда на малоквалифицированных и монотонных работах.."
Для решения поставленных задач в народном хозяйстве страны намечен ряд эффективных путей, особое место среди которых занимают: комплексная механизация и автоматизация технологи -ческих процессов обработки металлов; широкое применение малоотходных и безотходных технологических процессов производства, в т.ч. листовой штамповки; повышение коэффициента использования парка технологического оборудования.
Важнейшим направлением в развитии машиностроения и металлообработки, как отмечалось на ноябрьском (1982г.) Пленуме ЦК КПСС, является повышение качества выпускаемых машин, преимущественный рост высокопроизводительной и экономичной техники, снижение металлоемкости оборудования, а также широ- - 4 -кое развитие средств автоматизации.
Технический уровень всякого производства определяется использованием высокоэффективных технологических процессов,сте -пенью автоматизации и механизации, высокой организацией производства, улучшением условий труда и экономическими показателями [2].
Одним из путей механизации и автоматизации технологических процессов листовой штамповки является оснащение листоштам-повочных прессов подающими механизмами, которые работают сов -местно со штампами и являются съемными узлами листоштамповоч -ных прессов, узлами прессавтоматов и самостоятельными подающими установками с индивидуальными приводами. При этом на первый план выдвигаются вопросы точности и стабильности их работы с минимальным расходом времени на переналадки [3].
Это обусловлено тем, что при холодной штамповке деталей из листового проката черных и цветных металлов отходы и потери достигают 20-40% и более. Значительная часть этих отходов образуется из-за малой пригодности металлообрабатывающего оборудования для обслуживания человеком. Некоторые технологические операции невозможно выполнить вручную без определенных приспособлений. Так, большинство применяемых в машиностроительном производстве универсальных кривошипных прессов имеют число ходов ползуна свыше 70 в минуту и человек не в состоянии непос -редственно обслуживать такие прессы: производить подачу заго -товок и удалять отштампованные детали и отходы из рабочей зоны [4,5,6].
В условиях мелкосерийного и серийного производства часто (до нескольких раз в смену) при изменении номенклатуры штампуемых деталей возникает необходимость переналадки подащего механизма на новый шаг подачи, что требует определенного времени - 5 -вынужденного простоя прессового оборудования и использования труда высококвалифицированных рабочих-наладчиков.
В настоящее время в холодноштамповочном производстве наибольшее распространение в качестве основного средства автоматизации подачи материала в зону штамповки нашли валковые подачи, имекщие ряд неоспоримых преимуществ перед другими известными механизмами - высокую производительность износостойкость, практически неограниченную величину шага подачи.
Основным недостатком валковых подающих механизмов яв -ляется влияние на величину шага подачи нестабильности упру -того скольжения ленты, возникающего при реализации касательной силы тяги во фрикционном контакте, осуществляемом между лентой-заготовкой и двумя валками.
Фрикционный способ подачи материала парой вращающихся прижатых к нему валков, с одной стороны, делает подачу универсальной, позволяя легко варьировать шаг подачи при переналадках пресса на выпуск различных деталей. С другой сто -роны, фрикционный способ подачи материала сопровождается упругим скольжением, величина которого, а, следовательно,и точность подачи, нестабильна и зависит от многих факторов: качества подаваемого материала; наличия и равномерности рас -пределения на металле смазки; влияния вспомогательных механизмов; точности изготовления подающих механизмов и т.п.
Потерю пути ленты за один шаг подачи, связанную с упругим скольжением, в практике расчета валковых подач принято называть погрешностью шага (точностью) подачи.
Данная диссертация посвящена определению влияния точности изготовления валкового механизма и монтажа системы ру-лонница-валковая подача-пресс на величину упругого скольжения ленты, выявлению величины ожидаемой погрешности шага подачи материала за счет факторов, носящих случайный характер и возникающих при работе валкового механизма.
Проведенные ранее теоретические и экспериментальные исследования погрешности шага подачи материала валковыми механизмами не дают полного анализа процессов, происходящих в контакте валок-лента-валок, и не позволяют с высокой степенью точности предварительно рассчитать погрешность заданного шага подачи, и, следовательно, имеют органиченное практичес -кое применение.
Решение вопросов сокращения потерь времени на регулировку шага подачи за счет создания универсального механизма, позволяющего плавно изменять шаг подачи материала в зону штамповки, а также увеличения точности подачи позволит увеличить производительность кузнечно-прессового оборудования и повысить эффективность холодно-штамповочного производства.
Обзор конструкций валковых подающих механизмов, технические требования к их конструкции и точности подачи материала в пресс
Повышение производительности труда и культуры произ -водства в заготовительных и штамповочных цехах возможно лишь при широком внедрении средств автоматизации высокопроизво -дательных прессов, в частности - подающих механизмов.Однако не всякое оснащение пресса автоматической подачей способно превратить его в пресс-автомат - стандартные, серийно выпускаемые подачи не всегда обладают достаточной точностью и надежностью в работе. В настоящее время осуществляется замена устаревших образцов и моделей более совершенными, отвечаю -щими современным требованиям к автоматическим подачам и обеспечивающими изготовление деталей непосредственно из непре -рывного материала (лента, крупногабаритные листы, и т.п.).
В промышленности существует многообразие устройств подачи материала в зону штамповки [7] , которые подразделяют в зависимости от выполнения захватного органа на крючковые, клещевые и валковые.
Крючковые подающие механизмы - относятся к группе тянущих и, несмотря на простоту конструкции, применяются весьма ограниченно - только для подачи материала, имеющего вы сечку с перемычками. Недостатком таких механизмов является ограниченность шага подачи, а также необходимость наличия вырубки деталей с перемычками.
Они используются для подачи полосового и ленточного материала ТОЛЩИНОЙ 0,3 5,0 мм и шириной до 150 мм. Точность подач такого типа зависит от многих факторов - числа двойных ходов пресса, типа привода крючка, от шага подачи и т.д.. и колеблется от ±0,15 до ±0,5 мм на шаг.
Клещевые подающие механизмы - весьма разнообразны по конструктивному оформлению как собственно захватного органа, так и его привода. Обычно в качестве захватного органа ис -пользуются ролики или защелки. Такие механизмы широко применяются в роликоклиновых подачах, обладающих высокой быстро -ходностью и достаточной точностью от ±0,08 до ±0,15 мм на шаг. Материал может подаваться этими подачами толщиной до 2 мм и шириной до 150 мм. При подаче материала толщиной менее 0,3мм применяются щипцовые подачи, являющиеся разновидностью клещевых. Клещевые подачи применяются довольно широко, но обладают существенными недостатками - они оставляют на поверх -ности материала вмятины и неудовлетворительно работают в толкающем режиме.
Состояние теоретических и экспериментальных исследований погрешности шага., подачи валковых механизмов за счет упругого скольжения в контакте валок-лента и задачи исследования
Как показывает практика эксплуатации валковых механизмов в промышленных условиях, обеспечение поворота ведущего валка на расчетный угол при подаче материала в зону штамповки не определяет в конечном итоге заданной точности шага подачи из-за упругого скольжения в контакте валок-лента.
Рассмотрим основные процессы, происходящие во фрикци -онном контакте валок-лента. Если применить метод обращения движения, предполагая ось вращения колеса неподвижной,а основание перемещающимся поступательно со скоростью Уг =-Ul где \Г- скорость оси колеса в действительном движении, то явления в контакте валок-лента можно считать аналогичными происходящим при качении упругого цилиндрического колеса по упругому основанию. Применение метода обращения движения не приводит к изменению относительного движения звеньев, которое определяет протекание процессов в зоне их контакта. Вместе с тем зона контакта в обращенном механизме оказывается неподвижной в пространстве, что значительно упрощает анализ этих процессов.
В сечении цилиндрического колеса и основания плоскостью, перпендикулярной оси цилиндра, получим картину контакта круга и полуплоскости (рис. 2.1).
Пусть радиус ведущего цилиндрического колеса равен R. и при этом на него действуют силы: Q. - нормальная сжимающая тела; N - нормальная реаіщия основания; F - сила сопротивления движению, в обращенном механизме приложенная к оси колеса и равная силе сопротивления ленты в действительном движении; Т - касательная сила трения, действующая в сторону движения и являющаяся силой тяги.
Большинство исследований качения упругих тел основаны на схеме 0.Рейнольдса, который первый обнаружил существование в зоне контакта перекатываемых тел участков сцепления и скольжения. Появление участков скольжения 0.Рейнольде [37] объяснил различием деформаций взаимодействующих тел в зоне контакта. При этом поверхностные элементы тел, находящиеся в контакте, претерпевают относительные смещения, сопровождаемые трением скольжения, и происходит упругое скольжение, обусловленное растяжением - сжатием поверхностных слоев тел.
Основываясь на схеме О.Рейнольдса, Г.Фроммом, Ф.В.Картером, К,Л.Джонсоном, Н.И.Глаголевым, Г.Порицким, А.Ю. Иш-линским, А.Шалламахом, А.С.Литвиновым, В.П.дымковским, С.Уонгом, С.В.Пинегиным, Р.В.Вирабовым и другими советскими и зарубежными учеными были исследованы контактные явления, сопровождающие качение упругих тел.
Исследование влияния осевой силы на тяговые свойства валковой подачи
В производственных условиях при работе валковых подающих механизмов часто имеют место случаи, когда внешняя сила сопротивления движению ленты не лежит в плоскости качения валков. Это может быть обусловлено как дефектами монтажа системы рулонница - валковая подача - пресс, так и применением валковых механизмов, обеспечивающих вырубку деталей на открытых прессах в шахматном порядке из непрерывной ленты [44]. Одним из таких устройств, реализующих управление движением широкой ленты по заданной программе в зоне однопуансонного штампа,является валковый механизм, оси валков которого расположены под углом к осевой линии ленты [45].
При работе таких механизмов внешняя сила сопротивления движению действует на ленту под углом к плоскости качения валков, что вызывает ряд особенностей процесса реализации силы трения в контакте валок-лента. Ранее этот вопрос в литературе не рассматривался, однако исследование представляется необходимым, во-первых, для правильного выбора запаса сцепления, обеспечивающего получение требуемой точности подачи ленты; во-вторых, для расчета подшипников опор валкового механизма, где необходимо знание зависимостей действующих сил от параметров механизма и условий его работы.
Рассмотрим подробнее процесс подачи непрерывного материала валковым механизмом и происходящие при этом явления в зоне контакта валок-лента. Для этого целесообразно обратиться к физической картине явлений, сопрововдающих реализацию касательной силы в зоне контакта упругих тел при качении, предложенной Р.В. Вирабовым [46].
Поскольку деформация является необходимым условием восприятия силы упругим телом, передача касательной силы возможна лишь при наличии предварительных тангенциальных смещений взаимодействующих тел в зоне контакта, обусловленных объемной упругой деформацией прилегащих к зоне контакта частей тел.
Так как тангенциальные смещения элементов поверхностей ведущего и ведомого звеньев происходят в разные стороны (для каждого звена в сторону воспринимаемой им касательной силы) и так как происходит постоянная смена пребывающих в зоне контакта элементов поверхностей тел, то передача касательной силы, действующей в плоскости качения, оказывается возможной лишь при условии некоторого "отставания" ведомого звена от ведущего.
Определение влияния перекоса осей валков на тяговые свойства валковой подачи
Как показывают экспериментальные исследования, перекос осей валков в механизме валковой подачи, обусловленный неизбежными погрешностями изготовления и монтажа валковой пары, приводит к погрешности шага подачи материала. Однако анализ влияния перекоса осей валков на тяговые свойства валковых подающих механизмов в литературе ранее не проводился.
Как следует из исследования, проведенного Р.В.Вирабовым [48] для пары качения, составленной из материалов с высоким модулем упругости (например, стальных),даже весьма малые углы перекоса осей цилиндров, всего в несколько угловых минут,очень существенно изменяют тяговую характеристику такой фрикционной передачи,делая ее более мягкой,и вызывают значительные осевые усилия на подшипники валов, что сокращает срок их службы.
Одной из частных,но представляющих несомненный интерес, задач о фрикционном контакте в валковой подаче материала в зону обработки прессов, является случай, когда оси цилиндрических валков имеют некоторый перекос, обусловленный неизбежными погрешностями их изготовления и монтажа [50,5l].
Рассмотрим процессы, происходящие при установившемся движении ленты в контакте фрикционного механизма,образуемого звеньями валок-лента-валок, когда внешняя сила сопротивления протягиванию ленты расположена в плоскости движения ленты и образует некоторый угол с плоскостью вращения ведущего валка, а оси валков, вследствие неточностей изготовления и монтажа валковой подачи, имеют некоторый перекос, т.е. являются скрещивающимися прямыми.
Пусть в рассматриваемой подаче валок I является ведущим по отношению к ленте, а валок 2 - ведомым и оси валков образуют угол скрещивания $ . Внешняя сила F ,действущая на ленту, образует с плоскостью качения ведущего валка 0у угол , от -считываемый от направления вектора окружной скорости ведущего валка $R, , по которому направляем ось Ох (рис.4.1), а реализуемая в контакте ведущий валок-лента сила трения (тяги) Т образует с осью Ох угол т . Реализация силы Т сопровождается возникновением упругого скольжения ведущего валка относительно ленты со скоростью V t причем направление вектора этой ско -рости совпадает с направлением силы Т . Вектор скорости движения ленты if ы}К# - ли образует с плоскостью вращения ведущего валка хОу угол с , а с плоскостью вращения ведомого валка - угол 4. Это приводит к одновременному скольжению ленты относительно обоих валков, а, следовательно, и к возникновению сил трения как в контакте ведущего валка с лентой, так и в контакте ее с поддерживающим ведомым валком.
Расчет погрешности шага подачи ленты и выбор коэффициента запаса сцепления в валковых механизмах
Расчет погрешности шага подачи ленты и выбор коэффициента запаса сцепления в валковых механизмах Как показывает практика эксплуатации валковых подающих устройств, их основным недостатком является значительная погрешность заданного шага подачи, обусловленная нестабильностью упругого скольжения в процессе реализации касательной силы тяги во фрикционном контакте валок-лента-валок. Если учесть,что наибольшее распространение получили валковые подающие меха -низмы периодического движения, в которых процесс изменения внешней силы сопротивления движению ленты носит изменяющийся во времени динамический характер, то в большинстве реально действующих валковых подачах сила трения в контакте ведущий валок-лента за время подачи на один шаг претерпевает непрерывное периодическое изменение как по величине, так и по направлению. При этом период ее изменения равен времени подачи ленты на один шаг и, следовательно, может быть выражен в функции утла поворота ведущего валка при любых условиях ра -боты подающего механизма.
При исследовании упругого скольжения в контакте валок--лента А.Г.Навроцким и О.Н.Герасименко [34,42] установлено, что на точность валковых механизмов оказывает значительное влияние динамическое проскальзывание, обусловленное буксованиєм ведущего валка относительно подаваемой ленты в момент включения, когда окружная скорость валка и скорость ленты значительно отличаются друг от друга. Определение этой величины теоретическим путем, по мнению авторов, не представляется возможным, поэтому она определялась экспериментально.
Подчеркивая важность полученных результатов, тем не менее следует отметить, что в приведенных выше исследованиях не показана изическая сущность явления упругого сколь -жения в контакте валок-лента при динамическом режиме работы валкового механизма.
Результаты, полученные при анализе установившегося режима работы валкового механизма при постоянной скорости движения ленты, не могут с большой степенью точности быть использованы на практике, так как в реальных условиях производства валковые подачи работают в динамическом режиме, т.е. при переменной скорости движения ленты. Поэтому определение суммарной потери пути ленты, связанной с упругим скольжением в контактах валок-лента-валок за период подачи ленты на один шаг, в указанных условиях является весьма актуальной для практики задачей.
