Содержание к диссертации
Введение
Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1. Основные проблемы точной горячей объемной штамповки. Тенденция развития кузнечно- прессового оборудования для закрытой штамповки 10
1.2. Анализ существующих систем регулирования энергии удара винтовых прессов, их классификация и перспективы развития . 14-
1.3. Современное состояние теории управления динамическими системами 23
ІЛ. Современное состояние аналитического аппарата
теории обработки металлов давлением. Оценка медов определения зависимости энергии деформирования от параметров заготовки 28
1.5. Выводы. Цель и задачи исследования 37
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ УДАРА ПРЕССА ПРИ ШТАМПОВКЕ ДЕТАЛЕЙ ВЫДАВЛИВАНИЕМ С УЧЕТОМ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И МАССЫ ЗАГОТОВКИ 39
2.1. Анализ особенностей технологии инструмента для штамповки деталей типа лопаток Г.Т.Д. Определение зависимости величины энергии деформирования заготовки от хода пунсонов 39
2.2. Определение зависимости величины энергии деформирования от массы заготовки 65
2.3. Определение зависимости величины энергии деформирования от температуры заготовки
2.4. Синтез математической модели адаптивной системы управления эффективной энергией удара КШМ. 70
2.5. Выводы по главе 77
Глава 3. РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ
УДАРА ПМГ-2 С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ И МАССЫ ЗАГОТОВКИ 79
3.1. Выбор метода управления эффективной энергией подвижных частей пресса 79
3.2. Устройства измерения температуры и массы заготовки S7
3.3. Анализ вариантов и выбор способа измерения отклонения эффективной энергии пресса от необходимой энергии для штамповки детали 91
3.3.1. Измерение величины недостатка энергии 92
3.3.2. Измерение величины излишней энергии 98
3.4. Выбор метода компенсации погрешностей 105
3.4.1. Выбор метода компенсации аддитивных составляющих погрешности 105
3.4.2. Выбор метода компенсации мультипликативных погрешностей НО
3.3. Разработка алгоритма управления и функционально-структурной схемы систем управления прессом ПМГ-2.119
3.6. Выводы по главе 130
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ. УДАРА ГЙДРОВИНТОВОГО ПРЕССА 132
4.1. Математическое моделирование адаптивной системыуправления энергией удара пресса на ЭВМ ЕС 1020 133
4.1.1. Разработка программы и методики моделирования 133
4.1.2. Моделирование системы. Оценка результатов. 139
4.2. Экспериментальное исследование новых элементов адаптивной системы управления
4.3. Сопоставление результатов теоретического и экспериментального исследования работы системы управления 155
4.4. Выводы по главе 162
Глава 5. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕ
НИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПРЕССА ПО ПАРАМЕТРАМ ЗАГОТОВКИ 164
5.1. Технико-экономическая эффективность внедрения методики проектирования новых систем адаптивного управления энергией удара пресса 164
5.2. Разработка методики выбора и проектирования новых систем управления энергией удара
5.3. Рекомендации по дальнейшему совершенствованию систем управления энергией удара прессов. 180
5.4. Выводы по главе 183
ОСНОВНЫЕ ИТОГИ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 184
ЛИТЕРАТУРА 186
ПРИЛОЖЕНИЕ 199
- Основные проблемы точной горячей объемной штамповки. Тенденция развития кузнечно- прессового оборудования для закрытой штамповки
- Анализ особенностей технологии инструмента для штамповки деталей типа лопаток Г.Т.Д. Определение зависимости величины энергии деформирования заготовки от хода пунсонов
- Выбор метода управления эффективной энергией подвижных частей пресса
- Математическое моделирование адаптивной системыуправления энергией удара пресса на ЭВМ ЕС 1020
- Технико-экономическая эффективность внедрения методики проектирования новых систем адаптивного управления энергией удара пресса
Основные проблемы точной горячей объемной штамповки. Тенденция развития кузнечно- прессового оборудования для закрытой штамповки
Штамповка является одним из прогрессивных методов обработки металла в машиностроительном производстве. Свободной ковкой и объёмной штамповкой перерабатывается около 10 % выплавляемой в стране стали [115] , но при этом отход металла в кузнечно-прессовом производстве при штамповке, например, на кривошипных прессах в открытых штампах колеблется в пределах от 20 % до 30 %, причём до 80 % этих потерь приходится на припуск и заусенец [21] .
Для сокращений отходов металла в заусенец и получения штамповок с меньшими припусками для последующей механической обработки всё большее применение получает штамповка в закрытых штампах [49], [115] и, как её дальнейшее развитие, штамповка выдавливанием в разъёмных матрицах [78] , теоретические аспекты которой рассмотрены в трудах, например, А.Г.Овчиникова [эз], У.Джонсона и Х.Кудо [42] и др.
Однако применение закрытой штамповки и штамповки выдавливанием требует решения ряда проблем [87], главными из которых являются влияние отклонения температуры и объёма заготовок на процесс закрытой штамповки [27] .
При закрытой объемной штамповке для заполнения металлом труднодоступных зон объем заготовки должен превышать объем гравюры штампа на 1,5-2,0 %. Практически же разброс объема заготовок для обычной штамповки с учетом угара металла может достигать 8 % и более [84] .
Повысить точность вертикальных размеров поковки можно за счет удаления лишнего металла из гравюры штампа в компенсаторы, но при этом возникают большие усилия в полости штампа [34] , ко - II торые могут привести к преждевременному выходу инструмента из строя [128] . Для повышения стойкости штампов уменьшают разброс заготовок по объему с помощью специальных устройств дозирования заготовок по объему [84] или весу [107] , с этой же целью применяется штамповка до смыкания штампов, позволяющая ограничить усилия во внутренней полости штампа за счет увеличения нагрузки на конструкции пресса.
Изменение температуры заготовки приводит к изменению сопротивления деформации, а значит, и энергии деформирования. При уменьшении температуры резко возрастают усилия во внутренней полости штампа при выдавливании металла в компенсаторы. Это вызывает необходимость производить штамповку с запасом эффективной энергии пресса даже при точном нагреве заготовок [35] .
Для увеличения стойкости инструмента и повышения надежности оборудования в целом необходимо уменьшить величину превышения эффективной энергии пресса над необходимой энергией деформирования заготовки. Это может быть достигнуто за счет применения системы регулирования эффективной энергии пресса по параметрам заготовки [24] , [12] . Целесообразность применения подобных систем особенно очевидна при использовании операций закрытой штамповки и выдавливания в разъемные матрицы в линиях гибкого автоматизированного производства [85] .
Анализ особенностей технологии инструмента для штамповки деталей типа лопаток Г.Т.Д. Определение зависимости величины энергии деформирования заготовки от хода пунсонов
В Омском филиале НИИД разработана технология одновременной штамповки четырех заготовок для лопаток ГІД из титановых сплавов выдавливанием в разъемные матрицы на двусторонних гидравлических прессах типа ПМГ-2 с номинальным усилием 250 т.е. и максимальной величиной эффективной энергии 5 т.м. Конструкция разъемной матрицы и конфигурация гравюры штампа изображены на рис. 2.I.I. После штамповки деталь разрезается по пунктирным линиям (рис. 2,1.1.). Размеры и геометрия лопаток показаны на рис. 2.1.2. Минимальный зазор между пуансонами, равный 18 мм, обеспечивается конструкцией упоров. Для удаления излишков металла из полости гравюры штампа предусмотрены компенсаторы. Объем гравюры штампа равен 81,0 куб. см, штамповка производится из заготовок диаметром 25 мм и длиной 167 мм (объем заготовки равен 82,0 куб. см).
Для получения аналитической зависимости энергии деформирования заготовки от хода пунсона выбрана упрощенная физическая модель детали, представленная на рис. 2.1.3. В расчетной модели ширина замковой части уменьшена до 28 мм, а высота увеличена до 21 мм (при этом периметр и площадь сечения замковой части будет отличаться от реальной не более, чем на 2 %), Перьевая часть заготовки рассматривается в виде цилиндров с диаметром 16 мм и длиной 56 мм. При таком выборе площадь поперечных сечений перьевых частей реальной детали и модели отличается не более чем на 1,5 %. Разница между периметрами поперечных сечений, от которых зависит составляющая энергии деформирования, из-за трения на контактной поверхности отличается до 15 %, но эта погрешность может быть компенсирована выбором увеличенного коэффициента контактного трения.
Исходя из особенностей геометрии детали, процесс штамповки можно условно разбить на отдельные этапы, для которых можно аналитически получить зависимость энергии деформирования от хода пунсона. В таблице 2.I.I. определены эти этапы относительно величины деформирования заготовки и хода пунсона с указанием характерных особенностей.
class3 РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ
УДАРА ПМГ-2 С УЧЕТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ И МАССЫ ЗАГОТОВКИ class3
Выбор метода управления эффективной энергией подвижных частей пресса
Как было указано в разделе 1.3,эффективную энергию подвижных частей можно регулировать либо отключая энергоноситель по достижении: подвижными частями КШМ заданной скорости, либо задавая ход разгона ползунов при заданном начальном давлении в рабочей магистрали и аккумуляторе. Следует отметить, что первый способ предпочтительней, так как скорость является непосредственной характеристикой кинетической энергии.
Разработанный в Омском филиале НИИД пресс-молот ПМГ-2 оборудован системой управления скоростью ползунов [142] , упрощённая электрогидравлическая схема представлена на рис. 3.1.1, а на рис. 3.1.2 приведена диаграмма изменения скорости ползунов в процессе рабочего цикла.
Система работает следующим образом:
- до начала работы концевой выключатель KB устанавливается в положении Sn (рис. 3.1.2) таким образом, чтобы ход разгона обеспечивал достижение скорости ползунов не менее заданной;
- при поступлении команды на начало рабочего цикла (нажатиикнопки "ПУСК"): срабатывает реле пуска РП, замкнувшимися контактами РПІ встаёт на самоблокировку, а контактами РП2 включает электромуфту ЭМ7 и готовит цепь для подключения аккумуляторов высокого и низкого давления. ЭМ7 связанным с ней золотником подключает насос к рабочим цилиндрам, и ползуны (правый на рис. I.3.I не показан) начинают двигаться со скоростью приближения г%, (рис. 3.1.2);
- при перемещении ползунов на величину 0п срабатывает концевой выключатель КВ, запитывает реле разгона РР, которое встаёт на самоблокировку и контактами РР2 через нормально замкнутые контакты исполнительного реле РИ2 включает электромеханическую муфту ЭМ5, которая соответствующим золотником подключает аккумулятор высокого давления к рабочим цилиндрам. С этого момента начинается разгон ползунов до заданной скорости;
Математическое моделирование адаптивной системыуправления энергией удара пресса на ЭВМ ЕС 1020
Математического моделирования в качестве исходных данных были взяты зависимость изменения энергии деформирования заготовки от величины хода ползунов, приведённая в таблице 2.1.2.?и зависимость изменения энергии деформирования от температуры заготовки, описываемая выражением (2.3.2.) . Кроме того, было принято, что масса заготовки может меняться только из-за разброса длины, тогда изменение энергии деформирования из-за разброса массы в безразмерных единицах эквивалентно изменению энергии из-за разброса заданного хода деформирования (длины заготовки).
Разброс параметров заготовки моделируется в виде случайных приращений к номинальным значениям высоты и температуры заготовки. Аддитивная составляющая суммарной систематической погрешности моделируется в виде приращения к величине задаваемой энергии деформирования, а мультипликативная составляющая моделируется в виде случайных приращений температурного коэффициента и коэффициента зависимости энергии от величины хода деформирования. Погрешность измерительных устройств моделируется случайными приращениями к значениям температуры и массы заготовки и к вычисленным значениям величины недоштамповки и избыточной энергии. Для получения случайных значений величин приращений параметров используется стандартная программа, позволяющая получать псевдослучайные числа с заданным законом распределения [136] . Переменные составляющие аддитивной и мультипликативной части погрешностей моделируются медленно меняющимися синусоидальными функциями приращений к заданной величине энергии и к температурному коэффициенту.
В связи со стохастическим характером процесса управления и достаточно большого количества случайных параметров, моделирование работы адаптивной системы управления целесообразно проводить методом Монте-Карло [46] . В этом случае, оценку качества управления энергией удара можно осуществлять по значениям средней величины недоштамповки, количества недоштамповки деталей в партии, средней величины избытка энергии и количества деталей в партии отштампованных с избытком энергии.
Представляет интерес сравнить результаты штамповки партии заготовок при различных вариантах управления эффективной энергией:
1) без управления;
2) с дозированием энергии с учётом температуры заготовки;
3) с дозированием энергии с учётом температуры и массы заготовки;
4) с управлением по температуре и массе заготовки с компенсацией систематической составляющей аддитивной погрешности по формуле (3.4.2.);
5) с управлением по температуре и массе заготовки с компенсацией систематических погрешностей по формуле (3.4.10);
6) с управлением в соответствии с алгоритмом, описываемым системой уравнений (3.4.9.);
7) с управлением в соответствии с алгоритмом, описываемым системой уравнений-(3.4.II).
Для наглядности результатов сравнения качества управления и сокращения машинного времени при моделировании целесообразно моделировать все семь вариантов управления параллельно, с одними и теми же наборами случайных величин, соответствующих параметрам процесса.
class5 МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ НОВЫХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕ
НИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПРЕССА ПО ПАРАМЕТРАМ ЗАГОТОВКИ class5
Технико-экономическая эффективность внедрения методики проектирования новых систем адаптивного управления энергией удара пресса
Эффективность применения автоматических систем управления
технологическими процессами невозможно рассматривать отдельно от самого технологического процесса и того оборудования, которое его осуществляет. Поэтому для оценки эффективности применения системы управления энергией удара рассмотрим экономический эффект от внедрения в производство специализированного винтового пресса с дугостаторным приводом. Этот пресс разрабатывается в Омском филиале НИИД на основании целевой программы "Создание и внедрение на заводах отрасли специализированных винтовых прессов с разъемными матрицами и автоматизированных комплексов на их основе для горячей штамповки заготовок с высоким КИМ на период 1983-1990 гг.", утвержденной заместителем министра Паничевым Н.А. и заместителем министра Строгановым Г.Б. Для дозирования энергии удара пресс оснащается адаптивной системой управления, которая на основании той же целевой программы разработана в Куйбышевском инженерно-строительном институте им. А.И.Микояна (договор № 490-84 с Омским филиалом НИИД).
