Введение к работе
Актуальность проблемы. Производство более 85 % крепежных изделий страны осуществляется на специализированных метизных заводах, оснащенных высокопроизводительными автоматами. Большое число различных механизмов, обеспечивающих выполнение технологического процесса с высокими скоростями, ускорениями и скоростями деформации 200 с"1 при значительных по величине'и цикличности технологических нагрузках, делает работу метизного оборудования в динамическом отношении напряженной. В результате производительность автоматов снижается и не отвечает среднепас-портным характеристикам. Несовершенство оборудования и технологии приводит к повышению брака производства и простоям оборудования. Для решения проблемы производства крепежа на скоростном оборудовании в диссертационной .работе в комплексе рассматривается взаимное влияние технологического процесса производства и работы оборудования. Анализ тех нологических систем позволяет оптимизировать процессы изготовления метизных изделий на специализированном динамически устойчивом к данным технологиям оборудовании с высокой производительностью. Оптимизация работы оборудования с учетом технологических возмущений направлена на улучшение качества метизов и стабилизацию их производства.
Цель работы. На основе комплексных исследований ставятся задачи разработки математической модели технологической системы и на ее основе построение оптимальных технологических процессов производства крепежных изделий высокого качества в соответствии с классом прочности, выработка рекомендаций для оптимизации основных параметров работы оборудования для производства крепежных изделий с высокой производительностью, расширение технологических возможностей оборудования,создание технологии производства новых видов крепежа, построение базы данных САПР технологий и автоматов для производства крепежных изделий.
Научная новизна. В диссертационной работе теоретически и экспериментально обоснована и разработана методика количественной оценки влияния разных факторов технологических процессов и работы оборудования на стабильность технологической системы, . позволяющая определить наиболее эффективные пути устойчивого воспроизводства изделий высокого
- г -
" качества при наибольшей производительности.
Установлено, что на основные показатели технологического процесса производства метизов, их качество, сплошность деформируемого материала и устойчивость работы оборудования решающее влияние оказывают динамические свойства системы. Для анализа особенностей режима работы технологической системы разработана математическая модель.
С помощью модели исследованы силовые параметры процесса нагруке-ния системы технологическими и функциональными нагрузками. Экспериментально и теоретически исследована высадка с последующей обрезкой граней головок крепежа, высадка и процесс редуцирования профиля головок изделия установлены критерии для экспертизы и ранжирования технологических процессов по суммарному усилию, показателю роста нагрузки, запасу и ресурсу пластичности металла, предельной деформации и допуску на отклонение высотных размеров.
Разработана методика моделирования вращающихся и поступательных масс механизмов с использованием частотного и энергетического вариантов. Установлены расчетные зависимости для определения податливостей отдельных деталей.механизмов, цилиндрических контактов, стыков и изготавливаемых в процессе обработки изделий. Получены аналитические зависимости для расчета податливости технологической системы и ее моделирования.
С помощью модели исследовано поведение системы в режиме свободных колебаний при постоянной и переменной ее податливости, в режиме вынужденных колебаний при росте формообразующих усилий, их сбросе с учетом зазоров в сочлнениях"деталей. В результате исследований установлены оптимальные соотношения геометрических размеров, распределения масс, границы устойчивости и гарантированный ресурс работы обору довлия и їіинамические коэффициенты системы в зависимости от способа изготовления и вида крепежных деталей. Разработана методика оптимизации параметров системы на основе выбора приоритетного коэффициента, подтвержденного ограничениями, позволяющая уточнить параметры системы. С помощью коэффициента и критериев устойчивости проведена экспертиза технологических процессов получения различных классов прочности крепежных изделий.
Разработаны комплексные критерии управления качеством продукции в соответствии с ее классом прочности, нормами точности и запасом пластичности металла.
Предложено для контроля устойчивости технологической системы НС-
пользовать методы теории автоматического регулирования с применением критерия Михайлова-Найквиста.
Проведены комплексные исследования по совершенствованию технологических процессов и расширению технологических возможностей оборудования, с использованием многозвенных механизмов, позволяющих повысить качество выпускаемой продукции, производительность и эксплуатационную надежность работы оборудования. На основе выполненных исследований разработана новая методика проектирования устойчивой технологической системы, включающей опті пальнув технологию и высокоскоростное оборудование, устойчивые в работе при выпуске крепежных изделий высокого качества.
С помощью теоретических и экспериментальны): исследований установлены предельные величины усилий при безоблойной высадке для обеспечения качественного оформления профиля крепежных изделий.
Разработаны теоретические зависимости для установления режимов прессования биметаллической проволоки, предназначенной для изготовления гвоздей.
Исследована возможность интенсификации процесса редуцирования элементов крепежа в условиях его изготовления при скоростном деформировании.
Разработаны технологические режимы производства новых видов крепежных изделий на автоматах.
Определена основа для создания базы данных САПР технологической системы по производству метизов.
Методы исследований. Диссертационная работа проводилась при сочетании . экспериментальных методов обработки металлов давлением и теоретических расчетов механики сплошных сред. Опытная часть работы осуществлялась в цехах зазодов на' экспериментальном и промышленном o6opyJ довании.
Практическая ценность результатов работы. Результаты исследований и разработок нашли отражение в совершенствовании технологических процессов безоблойных способов изготовления крепежных изделий на автоматах с применением высадки и редуцирования профиля головок. Полученные результаты нашли применение при разработке новых технологий Производства метизов соответствующих классов прочности.
Теоретические зависимости использованы для расчетов силовых и качественных параметров технологических процессов и скоростного оборудования.
Нашли применение расчеты динамической устойчивости работы скоростных технологических систем, податливости и коэффициентов динамичности при производстве различных крепежных изделий, запасов устойчивости и долговечности работы оборудования. Разработана методика проектирования циклограмм.
В промышленности внедрены результаты исследований по созданию метизного оборудования с применением многозвенных механизмов, позволяющих снизить динамические нагрузки, шумность работы и повысить производительность технологических процессов.
Практическую ценность имеют результаты работы по созданию новых видов ыетизов и расширению технологических возможностей автоматов.
Результату исследований технологических усилий и энергетических затрат при производстве гвоздей нашли отражение в разработке оптимальной номенклатуры выпуска изделий на различных гвоздильных автоматах.
Работа получила развитие в создании базы данных САПР технологических процессов и оборудования для производства крепежных ИїЄЛИЙ.
Реализация результатов работы. Разработка технологических процессов изготовления метизов заданного качества и класса прочности, выполненная МВМИ совместно с ВНИИМЕТИЗом по заданию МИНЧЕРМЕТ СССР,нашла отражение в ГОСТах и стандартах.
Теоретические работы и опытно-промышленные испытания многозвенных приводов для гвоздильных автоматов нашли применение при создании стан-коинструментальной промышленностью серийі jx гвоздильных автоматов серии А41 с многозвенными приводами. Комплексные испытания, модернизация оборудования к отработка номенклатуры изделий для каждого типо-размера автоматов гвоздильного цеха Череповецкого сталепрокатного завода позволила стабилизировать работу цеха и снизить его простои до 15 %, уменьшить брак изделий.
В гвоздильном цехе ДСК N1 г.Москвы проведено опытно-промышленное изготовление биметаллических гвоздей на стандартном гвоздильном оборудовании. На Магнитогорском метизном металлургическом заводе внедрена технология-безоблойной высадки метизов по методу ВНИИМЕТИЗ-МВМИ.
В промышленности внедрены результаты работы по созданию новых ви-' дов метизных изделий и технологий их изготовления. На Магнитогорском калибровочном заводе усовераенствовано оборудование и технология для производства дюбелей, на Московском заводе "Пролетарский труд" внедрено оборудование для производства сашнарезающих сашеверлящих винтов.
Новая' технология сборки бандажнрованных матриц нашла применение
для прессования биметаллической проволоки, а также в кабельной технике для контейнеров гидропрессов.
Результаты исследований по динамической устойчивости технологических процессов и оборудования использованы в двух учебниках и учебном пособии, написанных при участии автора и изданных через государственные издательства, а также в методических пособиях, предназначенных для учебного процесса вузов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Всесоюзных конференциях в г. Москве, Череповце, Магнитогорске, Воронеже, Омске. По многим разделам диссертации проводились обсуждения в МВТУ им. Баумана, МВМИ, ВИЛСе, ВНИИМїл'ИЗе. МДНТП. Учебники и учебные пособия, созданные по результатам диссертационной работы, отмечены премией первой степени Минвуза СССР в 1990г.
Публикация материалов. Основное содержание работы отражено в двух учебниках, одном учебном пособии,- трех справочниках по метизному производству, в двух монографиях, одиннадцати брошюрах, пяти авторских свидетельствах на изобретения и пятидесяти пяти статьях.
Об'їзя работы. Диссертация изложена на 345 стр. и состоит из введения, трех разделов, выводов, списка литературы из 143 наименований. 75 рисунков, 101 таблицы и трех приложений.