Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Мировые тенденции производства заготовок коленчатых валов 10
1.1. Конструкции коленчатых валов 10
1.2. Обоснование способа получения поковок 16
1.3. Технологические особенности производства поковок коленчатых валов 18
1.4. Горячештамповочное оборудование и точность поковок коленчатых валов 24
1.5. Автоматизация процессов изготовления поковок коленча тых валов 27
Анализ состояния вопроса и постановка задач исследований 34
Глава 2. Создание приоритетов конструкций специальных прессов и технологических процессов мирового уровня 36
2.1. Прогрессивные способы изготовления поковок коленчатых валов 36
2.2. Новая конструкция штампа для прогрессивного способа изготовления поковок коленчатых валов 40
2.3. Кривошипные горячештамповочные прессы 41
2.4. Пресс гидравлический выкрутной 48
2.5. Новые конструкции узлов тяжелых прессов 49
2.6. Средства механизации и автоматизации 51
Выводы 54
Глава 3. Расчет конструкций прессов для штамповки поковок коленча тых валов 55
3.1. Распределение крутящих моментов по сегментам вало-провода 55
3.2. Проектирование рабочего графика нагрузки пресса 58
3.3. Моделирование вариантов нагружения пресса 66
3.4. Создание перспективных методов получения допустимых нагружений пресса 71
Выводы 80
Глава 4. Проектирование перспективных конструкций прессов для штамповки поковок коленчатых валов 81
4.1. Анализ распределения моментов, действующих на ползун при эксцентричном нагружений. 81
4.2. Выбор величины крутящего момента на эксцентриковом валу 84
4.3. Определение силы штамповки поковок коленчатых валов 88
4.4. Выбор величины полезной работы пластического деформирования поковки 95
4.5. Конструкции тяжелых прессов для изготовления коленчатых валов 103
4.6. Проверка теоретических и экспериментальных результатов в процессе создания КГШП силой 125 МН 116
4.7. Идеология создания базы данных для проектирования тя-
желых прессов 126
Выводы 143
Глава 5. Повышение точности поковок как результат совершенствова ния технологии штамповки и конструкции прессов 144
5.1. Анализ взаимного влияния параметров оборудования и технологических процессов на точность получаемых по ковок 144
5.2. Пути повышения высотной точности поковок 149
5.3. Перекосы и прогиб гравюр штампа 154
5.4. Возможности снижения высотной погрешности поковок коленчатого вала 157
5.5. Методика расчета высотной погрешности поковок 163
Выводы 171
Общие результаты ивыводы 172
Список литературы
- Технологические особенности производства поковок коленчатых валов
- Новая конструкция штампа для прогрессивного способа изготовления поковок коленчатых валов
- Моделирование вариантов нагружения пресса
- Определение силы штамповки поковок коленчатых валов
Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы изменились требования отечественных и зарубежных заказчиков к прессовому оборудованию. Ранее в основном поставлялись кривошипные горяче штамповочные прессы с нормализованными параметрами для изготовления широкой номенклатуры поковок и технологические процессы разрабатывались под универсальное оборудование. В настоящее время многие фирмы специализируются на изготовлении строго определенных типов поковок, постоянно совершенствуют технологические процессы для повышения качества поковок и эффективности производства и, естественно, хотят получать оборудование, обеспечивающее выполнение всех требований разработанных ими технологических процессов. Примерами таких производств могут быть французская фирма "Forges de Courcelles" (коленчатые валы и рычаги подвески), испанские фирмы "Ulma" (фланцы) и "Comforsa" (звенья гусениц), японская фирма "Kobe Steel" (рычаги подвески из алюминиевых сплавов) и многие другие фирмы.
Для этого требуется прогнозировать параметры и конструктивное исполнение специализированных прессов, обосновать экономическую эффективность и необходимость их оснащения различными средствами механизации и автоматизации под определенные типы поковок, освоить разработку и выпуск технологической оснастки, которой ранее изготовители не комплектовали создаваемые прессы.
Развитие конструкций автомобилей, идущее в направлении снижения расхода топлива и вредного воздействия на окружающую среду, требует от моторостроителей создания двигателей, отличающихся высокой удельной мощностью при наименьшем расходе топлива и минимальных габаритах, которые позволяли бы вписывать эти двигатели в наиболее выгодные с точки зрения аэродинамики формы автомобилей.
Применительно к конструкции коленчатых валов это означает уменьшение размеров подшипников и существенное повышение давления при его-
рании. Создание таких двигателей, возможное только за счет максимального использования свойств материала основных элементов, ориентирует моторостроителей на применение штампованных коленчатых валов.
Применение комплексных исследований, разработка принципиально новых способов обработки и конструктивного исполнения прессов с требуемым уровнем автоматизации для изготовления поковок коленчатых валов автомобилей представляется своевременным и актуальным, что подтверждается положительными оценками ранее поставленного специализированного оборудования заказчиками из России, Франции, США, Мексики, Китая, а также многочисленными запросами на новое оборудование из США, Франции, Индии, Швеции.
Работа выполнялась в соответствии с Государственным контрактом № 41.051.1.1.2776 от 31.01.01 и основным научным направлением факультета АРМ ВГТУ "Проблемы современной технологии машиностроения" (ГБ 96.15 № гос. per. 01960005763).
Цель работы: создание перспективных конструкций автоматизированных прессов для горячей штамповки высоконагруженных валов с управляемой ориентацией поверхностных волокон материала шатунных шеек.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
обоснование возможности и рациональной области использования способов и средств для автоматизированной штамповки поковок высоконагруженных деталей типа коленчатых валов;
разработка путей повышения точности поковок коленчатых валов;
создание методик экспертной оценки силы штамповки при формообразовании поковок типа коленчатых валов, расчета высотной погрешности поковок, исследования силового и моментного нагружения ползуна горяче-штамповочного пресса;
разработка конструкций автоматизированных прессов нового поколения для изготовления поковок переменного профиля типа коленчатых валов;
- создание средств автоматизации тяжелых прессов для штамповки поко
вок коленчатых валов.
Методы исследования. В работе использовались теоретические положения теорий упругости, пластичности, подобия, прочности, надежности, математической логики, метод конечных элементов,
Научная новизна включает:
разработку нового способа формирования поковки коленчатого вала, обеспечивающего повышенные служебные свойства коленчатых валов;
разработку методики расчета высотной погрешности поковок;
разработку методики экспертной оценки силы штамповки при формообразовании поковок типа коленчатых валов;
разработку методики исследования силового и моментного нагружения ползуна горячештамповочного пресса;
установление закономерностей влияния параметров технологического процесса и оборудования на точность получаемых поковок коленчатых валов;
создание научных основ проектирования тяжелых прессов для штамповки и выкрутки коленчатых валов. Способы и устройства защищены патентами автора.
Практическая значимость:
создание конструкций автоматизированных прессов для горячей объемной штамповки и пресса для выкрутки коленчатых валов, обеспечивающих получение точных поковок коленчатых валов двигателей транспортных машин с минимальным расходом металла;
создание основ базы знаний для проектирования оборудования для горячей объемной штамповки.
Личный вклад соискателя включает:
1. Разработку нового способа и конструкции прессов для горячей штамповки и выкрутки коленчатых валов (патенты 2153947, 2156188 и др.).
Создание средств автоматизации прессов для штамповки сложнофа-сонных деталей (а.с. 1276522, 1349848, 1822353,2037354,2048231 и др.).
Исследование структуры взаимодействия элементов тяжелых прессов с процессами формообразования деталей.
Установление закономерностей получения точных поковок коленчатых валов как единого обобщенного воздействия на качество изделий технологического процесса и конструктивных параметров прессов, созданных с участием автора.
Разработку методик расчета высотной погрешности поковок, экспертной оценки силы штамповки при формообразовании поковок типа коленчатых валов, исследования силового и моментного нагружения ползуна горячештамповочного пресса;
Разработку идеологии создания базы данных для проектирования тяжелых прессов.
Достоверность результатов подтверждена опытом эксплуатации на предприятиях автомобильной промышленности страны (ГАЗ и др.) и результатами эксплуатации прессов за рубежом (Франция, Мексика, США, Китай и
др.)-
Апробация работы. Основные результаты и положения работы докладывались на международной научно-технической конференции «Нетрадиционные методы обработки» (Воронеж, 2002), 2й международной конференции «Ситуации и перспективы в индустрии машиностроения» (Югославия, 2002), региональной научно-технической конференции «Компьютерные технологии в промышленности и связи» (Воронеж, 2002), ежегодных отчетных конференциях ВГТУ (Воронеж, 1984-2003), на международной выставке FORGE FAIR - 2003 (USA, 2003).
Публикации по работе. По теме диссертации получено 15 авторских свидетельств и патентов, опубликовано 12 работ, из них 9 в журнале «Куз-нечно-штамповочное производство».
В /1/-/15/ согласно закону РФ об изобретательстве, каждый автор имеет равные права на все изобретения. Личный вклад автора включает: в /16/ -проанализирован опыт разработки конструкции прессов силой 125 МН, предназначенных для изготовления поковок коленчатых валов; в /17/ - выполнен экспертный анализ параметров и конструкций прессов, применяемых или перспективных для получения поковок коленчатых валов; в /18/ - дано обоснование и расчет крутящего момента для горячештамповочного пресса; в /19/ - исследованы различные варианты фрикционных соединений ступицы муфты и эксцентрикового вала тяжелых прессов; в /20/ - определен структурный подход и метод декомпозиции единой системы деталей пресса на более простые подсистемы, допускающие автономное моделирование по МКЭ и предложен последовательный ряд постановок актуальных локальных задач; в /21/ - изложен подход к анализу силового и моментного нагружения ползуна горячештамповочного пресса и обобщены результаты исследования применительно к прессу усилием 125МН, в /22/ - разработана методика расчета сил для получения кондиционных стыков силовых узлов КГШТТ; в /23/ -установлена связь между технологическими параметрами деформирования материалов и конструкций узлов КГШП применительно к операциям, свойственным получению поковок коленчатых валов; в /24/ и /25/ - разработаны принципы построения и структура базы данных для КГШП; /26/ - обобщается методология построения базы знаний, необходимой для проектирования прессов; в /27/ - анализируются возможности оптимизации конструкции двухэксцентриковых валов КГШП.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих результатов и выводов, библиографического списка из 107 наименований и 3 приложений; изложена на 183 страницах и содержит 66 рисунка и 32 таблицы.
Технологические особенности производства поковок коленчатых валов
Горячая штамповка поковок коленчатых валов автомобильных двигателей осуществляется, как правило, на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП), что по сравнению со штамповкой на молотах обеспечивает при более высокой производительности и лучшей точности изготавливаемых поковок снижение расхода металла на 5-10% и сокращение объёма последующей механической обработки на 25-35% [106]. Современный уровень технологии горячей штамповки коленчатых валов на КГШП характерен прежде всего уменьшением припусков на механическую обработку и в ряде случаев ликвидацией этой обработки на отдельных элементах поковки. Вследствие сложности геометрической формы поковки штамповка коленчатых валов возможна только в открытых штампах, то есть с неизбежным образованием заусенца, который, хотя и является отходом, удаляемым по завершении основного формообразования, необходим для создания в определенный момент деформирования заготовки сопротивления по периметру штампуемой поковки, способного обеспечить заполнение металлом полости соответствующей позиции штампа.
Процесс формообразования при горячей штамповке коленчатых валов является многопозиционным, т.е. содержит ряд технологических операций, выполняемых последовательно в строго определенном порядке, в частности (применительно к простейшей конструкции вала для четырехцилиндрового рядного двигателя): перераспределение металла исходной заготовки, предварительную штамповку, окончательную штамповку, обрезку заусенца и калибровку (объёмную правку), как это показано на рис. 1.6. Поскольку форма поковки меняется от операции к операции, каждой позиции соответствует свой, отличный от других инструмент (рис. 1.7). При этом на КГШП может выполняться только часть операций, показанных на рис. 1.6, а именно: предварительная и окончательная штамповка, а также обрезка заусенца; для остальных требуется иное оборудование (ковочные вальцы для перераспределения металла) и специальный пресс для калибровки, на котором (при необходимости) также может выполняться и обрезка заусенца. В зависимости от формы поковки коленчатого вала указанный технологический процесс может несколько видоизменяться за счет введения дополнительных операций или исключения некоторых из имеющихся, однако основные формообразующие операции (предварительная и окончательная штамповка), а также обрезка заусенца сохраняются в любом из возможных вариантов процесса.
Последовательность формообразования поковки коленчатого вала для четырехцилиндрового рядного двигателя: 1 - исходная заготовка; 2 - вальцовка; 3 - предварительная штамповка; 4 -окончательная штамповка; 5 - обрезка заусенца; 6 - калибровка Рис. 1.7. Инструмент для изготовления вала по рис. 1.6: 1 - сегменты ковочных вальцев; 2 - гравюра предварительной штамповки; 3 -гравюра окончательной штамповки; 4 - пуансон операции обрезки; 5 - матрица операции обрезки; 6 - гравюра калибровочной операции
Уровень точности формы и размеров поковок коленчатых валов, обеспечиваемый современными технологиями горячей штамповки, позволяет осуществлять штамповку с формообразованием так называемых «карманов» на щеках вала (рис. 1.8) и тем самым исключить необходимость последующей механической обработки противовесов и снизить еще примерно на 5% массу исходной заготовки [102]. Это может реализовываться в полной мере только при условии расположения осей всех шатунных шеек в одной плоскости, что имеет место лишь у коленчатых валов для рядных четырехцилиндровых двигателей. Осуществление штамповки коленчатых валов для рядных пяти- и шестицилиндровых двигателей (с шатунными шейками, развернутыми относительно друг друга на определенные углы) обычными методами связано со значительным усложнением штампового инструмента, который в этом случае имеет ступенчатую поверхность разъёма и увеличенную глубину гравюр (рис. 1.9), что влечет за собой повышенный износ инструмента, рост отхода металла в заусенец и необходимость механической обработки поверхностей противовесов. Поэтому наиболее совершенная технология горячей штамповки таких коленчатых валов предусматривает окончательное формообразование поковки на КГШП с расположением всех шатунных шеек в одной плоскости и затем, после обрезки заусенца, шатунные шейки вместе со щеками и противовесами, сохраняющими приданную им форму, разворачиваются относительно коренных шеек вала на заданные углы (рис. 1.10) в специальной машине, обычно именуемой выкрутным прессом [16]. Достоинства использования выкрутки, осуществляемой с того же нагрева, что и предыдущее формообразование, очевидны, но очевидно и то, что применение дополнительного сугубо специального оборудования, каковым является вы-крутной пресс, с инструментом весьма сложной конструкции (рис. І.П) может быть экономически эффективным только при достаточно высокой серийности производства и, поэтому, выкрутные прессы находят применение, как правило, в составе горячештамповочных линий, специализированных для преимущественного изготовления поковок соответствующих коленчатых валов. Таким образом, при изготовлении поковок коленчатых валов для рядных пяти- и шестицилиндровых двигателей, а также для шестицилиндровых двигателей с противолежащими цилиндрами технологический процесс может содержать и операцию выкрутки, интегрируемую между операциями обрезки заусенца и калибровки.
Новая конструкция штампа для прогрессивного способа изготовления поковок коленчатых валов
Применение предложенного штампа (п.р. по заявке 2003111067 от 17.04.2003) позволяет достичь увеличения прочности, долговечности коленчатого вала за счет обеспечения ориентированного управляемого расположения поверхностных волокон шатунных шеек.
Штамп (рис. 2.7) содержит верхнюю и нижнюю штамповые плиты 1, 2, сочлененные направляющими элементами 3, 4, опорные плиты 5, 6 и инструментальные вставки 7, 8, 9, 10, 11. Новое в штампе заключается в том, что штамп снабжен силовыми зажимными элементами 13, 14, 15, 16, 17, 18, осуществляющими кольцевое замыкание по коленным шейкам 19, 20, 21, 22, не допускающее радиальное истечение материала коленных шеек вала. При этом силовые зажимные элементы установлены на упругих опорах, позволяющих осуществлять деформирование материала, не оказывая влияния на силовые зажимные элементы.
Для увеличения точности штампуемых поковок коленчатых валов за счет уменьшения величины прогиба кривошипного вала предложена конструктивная схема КГШП рис.2.8 и рис.2.9 (п.р. по заявке 2001132496 от 6.12.2001), содержащего станину, состоящую из стоек 1, траверсы 2 и стола, кривошипный вал 3, соединенный с приводом вращения, два шатуна 4, шар нироно соединенных с двумя кривошипными шейками 5 вала 3, и ползун, шарнирно соединенный с шатунами 4. Кривошипный вал 3 содержит три опорные шейки, две из которых 6 установлены в подшипниках скольжения 7 стоек 1, а третья центральная опорная шейка 8 — в подшипнике скольжения 9 траверсы 2. Центральная опорная шейка 8 выполнена с эксцентриситетом e]t смещенным в противоположную сторону относительно эксцентриситета Є2 кривошипных шеек 5. В исходном крайнем верхнем положении ползуна (рис. 2.8) опорные шейки 6 контактируют с нижними участками подшипников 7 под действием неуравновешенной силы тяжести кривошипного вала 3. На верхних участках подшипников 7 предусмотрен зазор Si. На нижнем и верхнем участках подшипникоа 9 имеются зазоры Sj и Sz- При повороте кривошипного вала 3 на 180 ползун занимает крайнее нижнее положение (рис. 2.9).
При отсутствии технологической нагрузки (при холостом ходе) зазоры Sj на верхних участках подшипников 7 сохраняются. На нижнем и верхнем участках подшипника 9 образуются зазоры S4=S2+2ei и S5=S3-2ei вследствие эксцентриситета ei противоположного эксцентриситету Є2- Так как ei 0,5S3, то холостое вращение кривошипного вала 3 происходит без нагру-жения подшипников 7 и 9.
При технологическом нагружении пресса кривошипный вал 3 и траверса 2 подвергаются упругому изгибу, зазоры S3 из верхних участков перераспределяются на нижние участки подшипников 7. Благодаря наличию эксцентриситета Єї и зазоров S] достигается уменьшение прогиба кривошипного вала 3 при сохранении вертикальной жесткости последнего и траверсы.
Эффективность применения эксцентриситета Єї оценивается следующей формулой: где fB - прогиб кривошипного вала, P - технологическая сила, Св и Ст - вертикальная жесткость кривошипного вала и траверсы соответственно.
Согласно приведенной формуле для КГШП номинальной силой 125 МН при Р=125 МН, СВ=СТ=100 МН/мм, Si=S2=l,4 мм и ei=0,5 мм прогиб вала fB=0,125 мм в предлагаемом прессе, fB=l,25 мм для традиционного двух-опорного вала. Таким образом, в предлагаемой конструкции прогиб кривошипного вала уменьшен в 10 раз в сравнении с традиционной конструкцией.
Для исключения перегрузок при штамповке крупногабаритных заготовок создан пресс по патенту 2164206 (Бюллетень № 33, 2000), для чего он снабжен контролирующим устройством, состоящим из датчика импульсов, установленного с возможностью взаимодействия с ведущей частью валопро-вода, счетчика импульсов, установленного на пульте управления прессом, датчика включения и отключения счетчика импульсов, установленного с возможностью взаимодействия с кривошипным валом, и электрических цепей, соединяющих входы счетчика импульсов с датчиком импульсов и датчиком включения и отключения счетчика импульсов.
В станине 1 пресса (рис. 2.10) установлен кривошипный вал 2, соединенный шатуном 3 с ползуном 4. На столе станины 1 и ползуне 4 закреплен инструментальный блок 5. На кривошипном валу 2 смонтированы ведущая часть валопровода - маховик 6, соединенный ременной передачей с электродвигателем 7 главного привода пресса, пневмофрикционные тормоз 8 и муфта включения 9 кривошипного вала 2. Валик командоаппарата 10 кинематически соединен с кривошипным валом 2. Пневмосистема подачи сжатого воздуха в цилиндр муфты 9 содержит пневмораспределитель 11, соединенный патрубком 12 через опору качения с крышкой цилиндра муфты 9, трубу ЇЗ, накопительный бак 14, регулятор давления 15, предохранительный клапан 16 и реле давления 17.
Моделирование вариантов нагружения пресса
При штамповке крупных поковок максимум усилия Рм достигается при некотором значении S=SH, О чем свидетельствует осциллограмма Р(а) и результаты расчета по программе Q-FORM.
Например, по осциллограммам Р(а), полученным при окончательной штамповке поковок балки на КПЛП 125МН определено при hK=12J м: максимальная сила Рм 72 МН; сила при s=0 Рк=68 МН; угол ан при Рм ам 3; ход SM при Рм SM=0,4 мм. При окончательной штамповке поковок коленвала на КГШП 125 МН: Рм=66 МН; Рк=62 МН; ам=7,5; SM=2,5 ММ, согласно осциллограммам Р(а).
Снижение нагрузки на участке движения ползуна от SM ДО нуля, несмотря на уменьшение толщины облоя и, возможно, температуры деформируемого металла, обусловлено уменьшением напряжений текучести в связи с уменьшением скорости деформации s.
Если задан график нагрузки P(s), рассчитанный по программе Q-FORM для жесткой системы "пресс-штамп" при движении ползуна только вниз, то возможно трансформировать этот график для упругой системы, соблюдая условие 1іж=1іу на всем рабочем ходе ползуна.
Толщина облоя h является основным фактором, влияющим на силу деформирования при прочих равных условиях. Поэтому при пж=Пу можно предполагать равенство сил для жесткой и упругой систем во время всего рабочего хода. Для упругой системы Р hy -Ly +Sy + —, р "ку ъу г у "ку c , hy = Ьку " + 8У+c Для точки SM hMy=hKy-- + SMy+ . (3.21) При hMy = Ьмж= hM, hKy = Ькж= hK и пм=hK+ 5Мж bK+SM)K=hK+SMy+ - -, (3.22) откуда Рку=Рм С(8му-5мж)- (3.23)
Соотношение сил Рку и Рм зависит от разности координат Бму и 8Мж-При SMV и Бмж) когда сила достигает максимума Рм, производная dP/dct=0. Поэтому скорость сближения инструмента зависит только от кинематической скорости перемещения ползуна: V=(oRna, Отсюда следует, что координата 8МУ ДЛЯ упругой системы не должна существенно отличаться от координаты SMH ДЛЯ жесткой системы. Приняв 8Му=8мж, получим, согласно (3.23) РКУ=РМ- При этом трансформирование графика нагрузки, полученного по результатам расчета Q-FORM, производится обычным способом, как показано на рис. 3.4. Для исключения пробуксовки муфты скорректированный технический график не должен пересекать кривую допустимых сил Рдф.
Номинальный недоход ползуна SH— это кинематический ход ползуна SH=0,5 Rnan , однозначно определяющий кривую допустимых сил РД(Б) при заданных параметрах Мм, R, К г независимо от жесткости системы "пресс-штамп". Кривая Рд(з) ограничена силой Р=Рн, однако это не исключает на-гружения пресса при S SH силами Р Рн без пробуксовки муфты. Без пробуксовки муфгы достижение силы Рн при SH невозможно, если производная в точке SH dPfl/ds больше по абсолютной величине жесткости системы "пресс-штамп" (упругое напряжение) и больше жесткости системы "пресс-штамп-поковка". SMtfe. $hL Sf HL $fj Рис. 3,4. График нагрузки без пробуксовки муфты
Определим, возможна ли модернизация графика допустимых сил Рд(з) с целью исключения необходимости трансформирования технологического графика нагрузки Рт (s). Для анализа имеем два графика технологической нагрузки, после трансформирования которых получаем одну точку А соприкосновения кривых P(s) для упругой системы с кривой РДСБ). (Рис. 3.5). Упругая деформация системы при максимальной силе Р1 и Рг соответственно рав Р1-рА д Р2"Р, упругой деформации системы можно построить только для конкретного графика технологической нагрузки P(s) при конкретном значении максимальной силы, что не имеет практического смысла: новая кривая Рд(э) должна проходить через точки Аі, Аг и т.д., определяемые максимальной силой Рм.
Рассмотрим другой способ модернизации кривой Рдф, при которой каждой точке S на кривой Pfl(s) добавляют упругую деформацию системы ДУ=Р/С и получают новую кривую Рд(з, Ду) (рис. 3.6). На новый график РД(Б, Ду) накладываем трансформированный график технологической нагрузки PT(S) со смещением его в сторону увеличения S на величину упругой деформации системы при максимальном усилии Аум=Рм/С (рис. 3.7). Для любого значения РА
Определение силы штамповки поковок коленчатых валов
Для центрального кривошипно-шатунного механизма, применяемого в конструкциях отечественных КГШП, например, производимых ТМП, необходимая величина крутящего момента Мк на эксцентриковом валу определяется произведением наибольшей силы деформирования поковок Рл и приведенного плеча крутящего момента тк: Мк=Рдт Главным параметром, характеризующим КГШП как технологическую машину, является номинальная сила Рном. Очевидно, что для полного использования силовых возможностей КГШП должно выполняться равенство Р -Р
При этом следует учитывать, что технологическим процессам горячей штамповки поковок, осуществляемым на КГШП, свойственна определенная нестабильность силового режима деформирования, обусловленная, главным образом, существенными колебаниями массы штампуемых заготовок и температуры их нагрева. В результате возникают перегрузки по силе, влияющие на усталостную прочность силовых элементов КГШП.
Для предупреждения таких перегрузок в отечественной практике эксплуатации КГШП ранее рекомендовалось нагружать пресс силой, не превышающей 0,75РНОМ. В настоящее время эта рекомендация представляется некорректной применительно к созданию новых образцов горячештамповоч-ных прессов, поскольку ее использование изначально существенно ограничивает технологические возможности КГШП, что отрицательно влияет на конкурентоспособность отечественных машин на внешнем рынке. Поэтому конструкция КГШП должна допускать (за счет соответствующего повышения усталостной прочности ее отдельных элементов) возможность перегрузки по силе, величину которой правомерно оценивать значением 0,25РНОМ.
Таким образом, величина крутящего момента на эксцентриковом валу должна обеспечивать нормальное функционирование кривошипно-шатунного механизма КГШП при допущении систематических нагрузок на ползуне от силы деформирования, равных РНОм, и возможных перегрузок с усилием до 1,25РИ0Н,
Исходя из типовой диаграммы жесткости системы "пресс-штамп" (рис. 4.2), силе Ртм соответствует вертикальная упругая деформация системы /ном» а усилию допустимой перегрузки 1,25Р,юм - деформация fntp, при этом Лер-/)ом=0,25/Ном Эта разность представляет собой, по существу, величину пути ползуна, соответствующую наращиванию силы от Р110М до 1,25Р110И, т.е. величину, которую принято квалифицировать как недоход S„QM. ползуна до крайнего нижнего положения, при котором номинальная сила является допустимой.
Податливость системы пресс-штамп является суммой податливостей пресса и штампа. Считая податливость штампа примерно равной четверти податливости пресса, получим, что податливость системы в 1,25 раза больше податливости пресса, а жесткость системы Сс, будучи величиной, обратной податливости, составит 0,8 величины жесткости пресса Спр. Уровень жесткости современного поколения отечественных КГШП с достаточной степенью точности описывается эмпирической зависимостью Сном = 2 /PH0M (МН/мм), тогда жесткость системы Сс = 0,8Спр = 1,6 PH0M , упругая деформация (при номинальной силе) ном ном f ном ном вд = 0,625 недоход ползуна ном SHOM =0,25fHOM =0,156 Установлением величины S„0M, результирующейся из силовых и жест-костных характеристик системы пресс-штамп, фактически предопределяется выбор потребной величины крутящего момента на эксцентриковом валу, поскольку значению Sil0M соответствует вполне определенный угол поворота эксцентрикового вала amw при котором с учетом условий смазывания подшипников кривошипно-шатунного механизма, характеризуемых коэффициентом трения, однозначно определяется Wk и, соответственно, Мк=РнШтк,
Зависимости величин 5,,( , а1[0М и Мк от номинальной силы приведены на рис. 4.3 применительно к базовым моделям КГШП конструкции ТМП, оснащенных системой жидкого циркуляционного смазывания всех подшипников кривошипно-шатунного механизма. Представленные на рис. 4.3 значения крутящего момента на эксцентриковом валу являются минимально необходимыми; при любом их увеличении, которое может оказаться целесообразным в отдельных случаях сугубо специфического использования КГШП, следует учитывать соответствующее возрастание величины силы возможной перегрузки пресса.
