автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Повышение эффективности технологических процессов и оборудования для штамповки обкатыванием

^НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ С^ "КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ"

На правах рукописи

ЮЙ ЧЖИЙОН КНР

УДК 621.73.043

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ШТАМПОВКИ ОБКАТЫВАНИЕМ

05.03.05-ПРОЦЕССЫ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев-1997

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена на кафедре обработки металлов давлением Национального технического университета Украины "Киевский политехнический институт".

научный руководитель - Кандидат технических наук,

доцент Пюниинмк Александр Сидороиич Официальные оппоненты - Директор НШАТ. доктор технических наук,

профессор Кривов Георгий Алексеевич Старший научный сотрудник института проблем материаловедения HAH Украины, кандидат технических наук Баг лик Геннадий Анатолиевич Ведущая организация - Украинский конструкторский технологический институт сварочного производства

Защита диссертации состоится • » 09_ "¿¿£^#1997 г.в /£ ч'. на заседания специализированного Совета Д.01.02.18 Национального технического университета Украины " Киевский политехнический институт " по адресу:

252056, г. Киев-56, проспект Победы, 37, учебный корпус 1, ауд. 166-1.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направить по указанному адресу на имя ученого секретаря специализированного Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета.

Автореферат разослан " О? " UM2JL 1997 г.

Ученый секретарь

специализированного

Совета

кандидат технических наук

доцент

O.A. Воронко

ОБЦЛЯ ХАРАКГШЯЯГИКЛ РЛВ01И

Актуальность днссертацкскноЯ работ!! связана с проблемой снгасе-шл энергетических и материальных затрат при выпуске металлоизделий. Указанная проблема особенно вата а для металлообрабатывающих отраслей прошиленности как КНР так и Украины, которые вынуждены функционировать в условиях дефицита энергетических ресурсов.

Штамповка обкатыванием является одним из наиболее перспективных технологических процессов в обработке металлов давлением (0!Ш з точки зрения экономии энергетических и материальных ресурсов. Причем,наибольший эффект достигается как за счет разработки технологических процессов на базе птачетовки обкатыванием, так и за счет создания новых типов мэеин и оснастки.

Однако, отсутствие или несоверпенство общих подходов и принципов, необходимых для оптимального выбора основных параметров технологических процессов и оборудования для зтачповга* обкатыванием, препятствует ее даль нечему развитию, а, следовательно, и извлечении максимальных выгод, связанных с существенной экономией энергетических и материальных ресурсов в промызленностн при более широком использовании рассматриваемого процесса.

Цель днсссртацкокнсЯ ргботц - расработгл методик расчета параметров технологического процесса и оборудования для штачпозш! обкатыванием с улучшенными по сравнента с существующими,показателями энергоемкости и использование полученных результатов при внедрении в производство новых типов оборудования к технологий.

Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана модель технологического процесса, позволяющая оценивать энергетические затраты на его реализащзо , а такие обобщенная модель, дающая возможность комплексной оценки энергозатрат в системе " оборудование-технологический процесс ".

2. Определены критерии оптимизации оборудования и технологии по показателям энергоемкости и сформулирована оптимизационная за-

- е -

дача.

3. Разработаны метод и алгоритм решения задачи по оптимизаци параметров технологических процессов и оборудования для втамповн обкатыванием.

4. Создано программное обеспечение,дгжщее возможность на ста дни проектирована определять параметры процесса и оборудования уменьшенными энергозатрата!.«! на единицу выпускаемой продукции пс одновременном обеспечении желаемого уровня его производительности

5. Полученные результаты использованы при разработке технолс гичеасих процессов ч проектировании промышленного оборудования.

Ш-ходц иссяелйв^ыя. Теоретический анализ и разработка модел процесса выполнены с использованием энергетического метода.Резуль таты экспериментальных исследований получены при помощи совремеи них средств электротензоыотрии.а т&чиэ методов планирования зкспе ршента. При решении задачи оптимизации применены методы покоордн натного спуска и штрафной функции.

Научная иошгана. 1. Разработана математическая модель процесс с у» .том упругой деформации инструмента , а таете расчетная схе^ оборудования д~ч штамповки обкатыванием, позволяют оптимизироват его конструкцию и учитывающая основные факторы, шторые влияют н энергопотери в узлах механизмов.

2. Установлена область рационального использования технологи ческого процесса и оборудования для штамповки обкатыванием, опре д.лены критерии оптимизации с точки зрения уменьшения энергозатра при реализации процесса и на стадии конструирования оборудования.

3. Определены зависимости для установления производительное! оборудования и технологических процессов , поэволяюцие предлояш пути повышения производительности процесса при одновременной ра ционализации знергопотерь.

4. Разработаны метод и ачгоритм решения задачи оптимизации Пс раметров технологических процессов и оборудования для штамповн обкатыванием.

5. Создано программное обеспечение, позволяющее решать оптими

ационныэ задачи в области технологий и оборудования для штампов-¡1 обкатыванием, которое мохет быть использовано для решения других адач в (Щ.

6. Решены задачи оптимизации параметров , 1?ак технологических роцессов,так и оборудования. Выработаны .рекомендации, позволяющие а стадии проектирования выбрать параметры технологического проце-

и оборудования , обеспечивающие оптима^иые энергозатраты при роизводстве штамповок обкатыванием.

Связь с госярогргшиЕьси н 1ЕР. Работа выполнена в рамках хоздо-эворной тематики с ПО "ЛвтоКрЛЗ" (г. Кременчуг) (х/д N 931).

Практическая ценность. Разработанные модели процесса и обору-Звания позволяют создать уточке; те инженерше методики расчета знойных энергосилоЕых параметров вновь создаваем технологи;! и зшин для штамповки обкатыванием.

При этом, учет в моделях, полученных экспериментальных резуль-

атов по исследованию упругой деформации инструмента, дает возмож-*

эсть расширить технологическиэ возможности гупествукщего оборудо-ания ( увеличения максимальных размеров итащу .их изделий ) за *ет использования констругадей инструмента и оснастки повышенной 5сткости.

Предлс .ешше критерии оптимизации слуха? основой для оценки шргозатрат в процессах штамповки обкатыванием и оборудовании для го реализации.

Созданное программное обеспечение дает возможность разрабаты-ать и проецировать новые технологические процессы и оборудование уменьшенной энергоемкостью по сравнению с существущими, а такяе эжет служить важной составной частью САПР в штамповке- обкатыва-гем.

Реализация результатов.Полученные результаты были использованы зи создании первой отечественной опытно - промышленной установки ля штамповки обкатыванием ПУШ0-200 ( ПО "АвтоКрАЗ", г.Кременчуг ). зилием 2,0МН,а таюте при разработке технического предложения спе-1ализированного пресса 2605ПШ0500 усилием 5,0?<!Н для ПО "ПрессМаш"

(г. Одесса) по заказу ПО " ТяжноМаа " (г. Эчжоу, КНР).

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на: научно-технических семинарах кафедры обработки металлов давлением КПИ и института обработки металлов давлением Хуачжонского научно-технологического университета КНР, международной конференции: " Основы технологии обработки металлов давлением " ( г. Ухань, КНР 1994 г. ), научно-технической совещании заводов ПО "ПрессМаш" ( г. Одесса, 1992 г.) и ПО " ТяхноМаз " (г. Эчлсоу КНР, 1992г.).

Л1»чиый ницд автора в получении научных результатов , которые обобщены в диссерга":юнной работе, заключается в разработке обобщенной схеьш расчета энергетических затрат в оборудовании для шта! повиси обкатыванием , в предложении критериев оценки оптимальнее^ параметров технологии и оборудования, разработке системы оптимизации. включающей метод решения, алгоритм и программное обеспечение, а также в решении задачи оптимизации и сопоставлении результате! расчета с экспериментальными данными.

Основкш полоййшш шюгашиз на апщкту.

Разработанная математическая модель процесса и расчетна! схема оценки эг^ргетичсских затрат на его реализацию на оборудовании для штамповки обкатыванием с учетом упругой деформации инстру мента.

2. Предложенная система критериев оптимизации параметров тех иологических процессов и оборудования для штамповки обкатыванием.

3. Разработанный подход к определению области параметров ра ционалыюго использования процесса.

4. Полученные зависимости для определения производительное!, процесса штамповка ебкатыааниеи и установленные принципа ее повы шения.

5.. Разработанная система оптимизации энергозатрат на реализа цш> процесса , включающая методики решения оптимизационной задачи алгоритм и программное обеспечение.

6. Рекомендации по промышленному использованию полученных ре зультатов при разработке технологических процессов и оборудовали

- Б -

для штамповки обкатыванием с уменьшенными показателями энергоемкости.

Публикация. По результатам работы опубликовано 10 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложения, основная часть работы ложена на 174 страницы л включает 11 таблиц и 60 рисунков. Список литературы содержит 92 наименовании.Общий обьем работы составляет 174 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ!]

Во Езедешм обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, задачи исследований, научная новизна работы и основные положения, выносимые автором на заадату.

В первой глава приведен анализ ранее выполненных исследованию* по изучению энергосиловых параметров процесса, создайте оборудования для штамповки обкатыванием и на,его основе новых ресурсосберегающих технологических процессов.

Благодаря локализации очага деформации при штамповке обкатыванием ( рис.1 ), что достигается путем придания коническому инструменту 1 обкатывающегося движения, потребное усилие деформирования заготовки 2 снижается в 5-20 раз, при одновременном снижении энергозатрат на реализацию процесса.

Большой вклад в исследование штамповки обкатыванием внесли работы Marcl-nlak Z., Hawkyard J.B., Standring P.M., Kubo К., Kobayashl M., Nakane T., Zhang M., Корякина H. А., Лапина B.B., Кривды Л. Т., Пшенишнхжа А. С., Агеева Н. П., Бабушкина P.A. и других.

Тем не менее,обладая рядом достоинств, процесс не получил широкого промы-

Рис.1 Схема процесса

- в -

тленного освоения в Украине и КНР, так как до сих пор серийно не выпускается оборудование для штамповки обкатыванием, а импортное оборудование обладает рядом недостатков, которые ограничивает область его применения.

Разброс в параметрах выпускаемого оборудования достаточно широк. В частности, кинематические параметры варьируются в пределах: угол наклона продольной оси конического инструмента - 0,0176 -

О О

0,140 рад (1 - 8 ); угловая скорость обкатывания - 10 - 105 рад/с.

Как следует из обзора литературных источников, критерии, а также рекомендации по выбору рациональных (оптимальных) параметров процесса и оборудования для штамповки обкатыванием, отсутствуют.

Приведенный сопоставительный анализ ранее выполненных исследований , а также существующих и предлагаемых конструкций оборудования, и предложенная его классификация позволили определить тенденции в развитии перспективных коструктивных и технологических схем, и сформулировать задачи исследования.

Вторая глава посвящена аналитическому и экспериментальному иС-слег ванию физической модели оптимизируемого процесса штамповки обкатыванием с Учетом упругой деформации инструмента.

В соответствии с принятыми допущениями и, на основании анализа выполненных исследований по изучению энергосиловых параметров,приведены систематизированные данные по взаимосвязи кине-v тических (угол наклона У, подача S и скорость обкатывания п ) и энергосиловых (усилие Рд, момент Мд, мощность No и работа А . дефор-'мироваяия) характеристик в процессе штамповки обкатыванием. В результате'приведенного аиализа можно сделать вывод,что эффективность Рис.2 Эффективность процесса

(к.п.д) рассматриваемого процесса С см. рис.2 ) обусловлена многократным снижением потребного усилия деформирования,которое пропорционально коэффициенту уменьшения конташгой площади по сравнению с традиционными способами птамповкиЛ. определяемого основными параметрами процесса

---Ii-\ h г——' (1)

1 +сЯ ШГ +1} + Т тУ1 + Ts"" 1}

здесь коэффициент Л может быть определен по зависимости:

Fk 1 slnif

Л----+ (1 + 2Q)-] ,

JiR 2 CT 3

где Q - S/ZtgY ,Ct - co3~'(l-2Q), R, h - радиус и высота заготовки, ji - коэффициент трения по контактной поверхности.' В результате исследования влияния упругой деформации инструмента на процесс показано наличие критического усилия деформирования при холодной штамповке обкатыванием,ниже которого пластическое течение в заготовке не возникает.

Полученная аналитическая зависимость для определения критического усилия имеет вид:

2 Q Q

Ркр - (2K-KP-R)--п- . (2)

9 У

или

Ркр 8 /. 2кС

Skp - —-----— Кр - , (3)

2К'Ао 9 ТС У

16(1 - У1)

где С--- упругая константа инструмента; у - коэффициент

т-Е

Пуассона; Е - модуль упругости инструмента; 2к - предел текучести материала;

На основании анализа экспериментальных данных, полученных при помощи современных средств электротензометрии на экспериментиаль-ной установке для штамповки обкатыванием мод. UMIST и, с использованием методов планирования экспериментов,получено экспериментальное уравнение критического усилия деформирования в виде:

- в -

Ser - С0,484(2к)-~ + 0,034(2к) - 12 — - 5,4-1СМ2к)а ]• Ю~5.

(4)

Сопоставлена расчетных и экспериментальных аначений критического усилия при холодной штамповке обкатыванием (рис.3) показало их достаточную сводимость и. позволило предложить номограмму удобную для проведения инженерных расчетов.

Увеличение контактной площади между инструментом и заготовкой вследствие упругой деформации инструмента при холодной штамповке обкатыванием может быть оценено через коэффициент Л' (рис. 4), которое ведет к возрастанию усилия, момента, мощности и работы деформирования заготовки и нежелательному снижению эффективности процесса.

Рис.4 Коэффициент Л' с учетом упругой деформации инструмента

А'-

Л- с

- 9 -+ 1,25 ОБ-ПС-К

(5)

д.''-с зь

где ОЪ - 2к - предел текучести.

Таким образом, выполненные исследования позволяют предложить модель процесса,учитывающую упругую деформацию инструмента, что, в свою очередь,дает возможность более точно определять весь комплекс энергосиловых характеристик как процесса так и оборудования.

Третья глава посвящена определения энергетических затрат в оборудовании для штамповки обкатыванием на основе выбранной обобщенной расчетной схемы( рис.5 ). Последняя предложена в соответствии с проведенным классификационным анализом существующих л предложенных конструкций данного класса куэнечно - штамповочного оборудования.

В результате исследования получены авискмости для установления реакций на прессователе, крутящего момента механизма обкатывания, мощностей двигателей обкатывающего движения и осевого перемещения инструмента, позволяющих предложить уточненные Рис.5 Схема расчета энергопотерь критерии оценки эффективности системы "куэнечно-прессовая масина -заготовка" для данного технологического процесса.

Так реакции на прессователе могут быть представлены в виде:

1 гисюяадо

Ио

1+С

е-г^пУ

1_рсоз/-ггз1пУ

)2+ ц 20 ^ ^ Рс1 е-гез!пУ

Ьр Рд ЬрСОзУ-ГЕБ^)5

Р6 оС

((1_ —-).(—)соз(-^-) • Рд ; (6)

Ьр РД 2

Л

^ е-гвыпУ а гс а ^ М 2 ^ е-гвз!пУ ^

1рсозУ-г(гз1пУ Ьр Рд Ьрсозу-ГЕз1п)>

гс Рс1 а •(—)•(—)соз(-^~) .рд . (7)

Ьр Рд 2

где (?о, Ил - реакции в опере и водиле прессователя; е - эксцентриситет приложения технологического усилия; гв - радиус сферической опоры; 1_р - длина г. ессователя; Рд - усилие деформирования заготовки; Рс1 - неуравновешенная динамическая сила прессователя, определяющаяся по формуле:Рс1 - т-гс^пУ-О)*; т - касса прессователя; 60 -угловая скорость обкатывания; <Х - угол контактной площади; 1с -центр масс прессователя:

УМ^г •

Уравнение баланса анергии оборудования по приведенной схеме, с учетом работы деформирования заготовки, может быть записано как:

Мдв+Ыгн-Мтдв+Мтпер+Ио+Мто+Мтп+Нтпол+Мтгц+Итгп+Мтгн+Нун. (8)

где Ыдв, Нгн - мощности двигателя и гидронасоса; N0 - мощность деформирования заготовки; №дв, Итпер, Ыто, Итп - потери мощност! трения в углах механизма обкатывания; Лтпол, Лтгц, Ытгп, Итгн -потери мощности трения в частях механизма осевого перемещения инструмента; Ыуп - потеря мощности на упругую деформацию оборудования и штампов.

Мощность приводного двигателя механизма обкатывания равна:

Ндв - Кудв-Но _

Но г „ гв /7!2 Уз е-гвзТп)' Т

МДБ - ~ т? 23Й111—)П1+(---—:)

^дв-7пер1 ^ Б V л 1.рсозУ -ггзтУ

Ъо а Рс1 а е-гвз1п>> 2с Рс1 оС

+ (1- -;—И~—)+2(-у-—X—)созф]

Ьр Рд ЬрсозУ -гвз1п)> Ьр Рд 2

А, 2У «М с!п2 Г в-ггаш^ г

♦ (рггь^- ^п!ккт ♦

1-р Рд Ьрсоэ/ -гвзШУ, Ьр РД

(9)

а мощность дви геля осевого перемещения инструмента (в случае использования гидропривода) равняется:

Ыгн - KvrH.No

"ГИ - ?гн.^п.7гц + ■ (10).

Здесь мощность деформирования загс овкн находится в зависимости от основных параметров процесса как:

1 а

Но - — Кр-Оз-П'Б-и). (11)

2

Сопоставление зависимости (8) с экспериментальными данными позволяет сделать вывод, что полученные уравн<--чия могут быть использованы с достаточной степенью сходимости для уте ;ненных инженерных расчетов мощности пресса для птамповки обкатыванием ( рис.б ), а также для определения к.п.д оборудования данного класса £маш:

N0 1

У мат-----. (12)

Мдв + Нгн Кудв + Кугн

В качестве комплексного критерия, позволяющего учитывать энергозатраты как во время выполнения технологической операции, так и затраты энергии в оборудовании для реализации указанной технологической схемы может быть выбран обобщенный к.п.д равный

Т?т ----; (13)

Кр(Кудв + Кугн) Кр-Ку

а приведенные на рис.7 результаты расчета дают основание предполагать наличие максимума данного показателя при некоторых значениях основных параметров процесса. Последнее позволяет вполне обоснованно поставить задачу оптимизации процесса и оборудования с точки зрения уменьшения энергозатрат.

a

iS

J

CI "itw

<m (M M #« |M

Рис.6 Мощность пресса для ел мповки обкатыванием

Рис.7 Обобщенный к.п.д.

Четвертая глава посвящена разработке и определении математических критериев оптимизации энергозатрат при штамповке обкатыванием, ь том числе целевой функции и условий-ограничений.

Как было показано в главе III, эффективность способа штамповю обкатыванием может определена величиной fшо, которая и выбрана ] I честве целевой функции оптимизации, т.е.

Я

то

тах(-

) "

1

(14)

Кр-Ку' Кр()>*,3»).К*(Р*. БЖ) ' .

Оптимальные основные параметры представляют собой последова тельности их значений на каждом цикле обкатывания, что позволяв1 сделать еывод о целесообразности разработки и создания оборудова ния универсального назначения с регулируемыми в ходе процесса па раметрами.

Однако учитывая, что в большинстве случаев реальных технологи ческих процессов втампоБки обкатыванием, осуществление регулировк

и

•о Я«

основных параметров в ходе процесса ведет к усложнению конструкции оборудования,повышению его стоимости и к снижению надежности,представляется, целесообразным нахождение значений параметров, которые устанавливаются в начале процесса и обеспечивают снижение энергопотерь в ходе его реализации. С учетом сказанного, в качестве целевой функции оптимизации энергозатрат ( суммарной работы ) всего процесса деформирования выбран критерий:

W* - min ^ (iKpi-Kvl-Ri* flsi-Si) , (15)

где NN - суммарное количество оборотов,необходимое для окончательного деформирований заготовки; S1 - подача инструмента за текущий оборот обкатываниея; ösi - предел текучести материала, определяющийся по кривой упрочнения.

Результаты расчета ( рис.8 ) при фиксированных параметрах процесса показали, что минимум энергозатрат достижим.

Рис.8 Энергозатраты в зависимости от основных параметов Наряду с предложенной целевой функцией оптишзащт проанализирован ряд условий - ограничений для применения Еггамповки обютыва-нием. В частности, установлены области рационального исгю.тьЕояания

процесса и условие достаточной производительности оборудования.

Производительность оборудования ограничена номинальным усилием при холодной штамповке обкатыванием вследствие автоматического уменьшения подачи инструмента после достижения равенства потребного усилия деформирования заготовки Рд значению номинального усилия Рн оборудования. Тогда максимальные допускаемые подачи инструмента за каждый цикл обкатывания могут быть определены как:

Rite)' /â dï pu »

Si ^ Simax--j-зз- (/1,25 *4и(—+1)-s- - 1 25)

0,405^-^+1) л/ ^3hl 'otRi'-Osi • ' • 3m

de)

При этом минимальное время рабочего хода, занимающее в процентном отношении наибольший удельный вес в общем цикловом времени, может быть установлено как:

- 1Б -

NN NN

1рт1п —— , ^Т БШах - Ио - Ьк (1?)

где п - частота обкатывания инструмента в минуту; 1ю, 1ж - начальная и конечная высота заготовки.

Полученные методом итерации результаты с достаточной степенью точности совпадают с экспериментальными данными (рис.9).

Используя теорему о среднем значении,область рационального использования процесса штамповки обкатыванием может быть определена путем сравнения работы деформирования Ашо с работой, затрачиваемой при традиционных способах, Аш. Лпо < Аш ,

оэк _ <гбк ьо -v*

do

°'25(1+2оГо) V^WiS0 3

ho ^ (tsk ho 3/г 1 '

3 Oso hK 1 - <Ло

(18)

где do/ho - отношение диаметра к высоте исходной заготовки; Osk/Vso - отношение пределов текучести материала; ho/hK - степень деформации заготовки. Условие продольной устойчивости заготовки в начале ее деформирования имеет вид:

1 035 2/7

ho . -[sin (-77^-)]

- <^кр - 1,4 + (4,84л/~гГ - 1,4)е , (19)

do

где п - показатель упрочнения материала.

С учетом этого, область рационального использования процесса может быть представлена в виде графика, показанного на рис.10.

Вышеизложенное позволяет осуществить постановку задачи об оптимизации основных параметров процесса штамповки обкатыванием с условиями - ограничениями.

В пятоЯ главе изложены методы и алгоритмы решения задачи об оптимизации на основе численных методов; создана система оптимизации RFOPTIM ( рис.11 ) для решения как вопроса штамповки обкатыванием, так и общих вопросов в ОВД; разработано ее программное обеспечение на машинных языках FORTRAN.

- IS -

Система оятимшции RFOPIIM

_____, j--fir»* МП« Iff»« ]

—1

---(рйтиГСм—I

Tftmum Iri , _________"

I----» |-4орщД »mm »<nrUl _ _ J

I---[ori м Г¡лтцГ£с i«R~ ]

(метал исмоийипmо cww) • WW )

__::j

jpKW 1ияог» rrtjattia )

П—i

СЖЙ!__|

_____.1

--1*****»1"* WIWCTH JJ

6nm

Рис.10 Определение области рационального испольвования

Рис.11 Система оптимизации

Проведение расчеты ( рис.12 и рис.13 ) по системе оптимизации КЮРТШ при холодной и горячей осадке обкалыванием на оборудовании усилием 1600 кН позволяют рекомендовать основные параметры,при которых энергозатраты на реализацию оптимизируемого технологического процесса могут быть минимальны.Эти характеристики находятся в следующих пределах: при холодной:

угол наклона - ? - 1,75 - 3,25 град.;

подача инструмента - So - 0,4 - 0,75, Sk - 0,075 - 0,45 (мм/об.); чпотота обкатывания - п - 175 - 385 (об/мин.);

коэффициент уменьшения контактной площади - Ло - 0,155 - 0,2; при горячей:

угол наклона - У - 3,0 - 6/25 град.;

коэффициент уменьшения контактной площади -Ао - 0,095 - 0,21 .

При этом разработанное программное обеспечение дает возможность для каждых конкретных условий обработки детали выбрать оптимальные с точки зрения минимизации энергозатрат параметры.

Полученные результаты были использованы при проектировании опытно-промышленной установки ПУШ0-2СЮ ус. 2,0 МН, предназначенной для штамповки обкатыванием номенкратуры деталей ПО "АвтоКрЛЗ" ( г. Кременчуг ), а также при разработке проекта специализированного пресса 2605ГШЮ500 ус. 5,0 1,0) для нужд завода "ТяжноМаш" ( г.Эчжоу, КНР).

Рис.12 Оптимальное решение при Рис.13 Оптимально; решение при холодной штампоске оокативанием горячей мтямнонкр оокяшплнмрм

- 18 -

ОСНОВНОЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. На основе рчполненных исследований предложена модель процесса, которая учитывает особенности деформации инструмента, что позволяет уточнить весь комплекс энергосиловых параметров как процесса так и оборудования.

2. Разработана расчетная схема, позволяющая производить более точную оценку энергетических затрат на реализацию процесса в системе " пресс для штамповки обкатыванием - заготовка ".

3. Проведенные исследования эффективности процесса показали, что максимум обобщенного к.п.д штамповки обкатыванием достигается в случае, когда коэффициент контактной площади ¡X, находится в пределах JL - 0,2 - 0,08. Последнее может быть обеспечено на оборудовании с регулируемыми параметрами,такими как угол наклона продольной оси прессователя, скорость обкатывания и осевого перемещения инструмента.

4. Разработанные модели процесса и расчетные схемы определения энергозатрат на его реализацию позволили разработать критерий оптимизации — минимизация энергозатрат ( суммарной работы ) за весь цикл обработки детали.

5. На основе выбранных критериев, с учетом условия обеспечения продольной устойчивости заготовки и упругой деформации инструмента, установлена область рационального использования штамповки обкатыванием: при холодной штамповке отношение диаметра исходной заготовки к ее высоте - do/ho > 4,05 - 3,4; при горячей - do/ho > 1,5-1,1 (при соотношении ho/hK < 2).

6. Аналитически установлена и подтверждена сопоставлением с экспериментальными данными, зависимость для определения производительности оборудования для штамповки обкатыванием, которая определяется степенью деформации заготовки,скоростью обкатывания инструмента, номинальным усилием оборудования,углом наклона,а также размерами заготовки и условиями смазки. Повышение производительности процесса может быть достигнуто путем увеличения угла наклона и

- 19 -

скорости обкатывания прессователя.

7. Разработаны критерии оценки энергоемкости, поставлена задача об оптимизации энергозатрат при штамповке обкатыванием на основе проведенных систематизированных исследований закономерностей взаимосвязи основных кинематических , и знергосиловых параметров с учетом упругой деформации инструмента.

8. Разработана система оптимизации ЯГОРТШ на основе выбранных методов и алгоритмов, а также ее программное обеспечение, которые позволяют решить задачи об оптимизации как для процесса штамповки обкатыванием, так и для других процессов в сад, и машиностроении. Она может быть использована в САПР технологических процессов,штам-повой оснастки и оборудования для штамповки обкатыванием.

9. Полученные результаты оптимизации позволяют рекомендовать следующие диапазоны параметров для процесса штамповки обкатыванием, при которых энергозатраты на ее реализацию могут быть минимальны:

для холодной обработки: угол наклона -У - 3,25 - 1,75 град.;

подача инструмента - Зо - 0,75 - 0,4, Бк - 0,45 - 0,075 (мм/об.);

частота обкатывания - п - 385 - 175 (об/мин.);

коэффициент уменьшения контактной площади - Хо - 0,2 - 0,155;

Для горячей обработки: угол наклона -У- 6,25 - 3,0 град.;

коэффициент уменьшения контактной площади - Xо - 0,21 - 0,095.

10. Полученные результаты подтверждены сопоставлением с рядом экспериментальных и промышленных данных, что позволяет сделать вывод о пригодности разработанных моделей и схем для инженерных расчетов процессов и оборудования для штамповки обкатыванием.

11. Результаты выполненных исследований были использованы при проектировании опытно-промышленного образца прессовой усталоЕнси ПУШО-200 ус. 2,0 МН ПО "АвтоКрАЗ" (г. Кременчуг) и разработке проекта специализированного пресса 2605-ШЮ500 ус. 5,0 МН для нужд завода "ТяжноМаш" ( г. Эчжоу, КНР).

- ео -

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в следующих работах:

1. Пшенишнюк А. С*. ,Юй Чжийон/Взаимосвязь кинематических и энергосиловых характеристик в процессе штамповки обкатыванием / Сборник научных трудов Хуачжонского нучно-технологического университета " Основы технологии обработки металлов давлением 1994 No.11. с.31-35.

2. Пшенишнюк A.C., Hawkyard J.B.,Юй Чжийон / Экспериментальное исследование критического деформирующего усилия при штамповке обкатыванием /Сборник научных трудов Хуачжонского научно-технологического университета " Основы технологии обработки металлов давлением ", 1994 No.11. с.36-41.

3. Пшегнишнюк A.C., Юй Чжийон / Разработка новых типов оборудования штамповки обкатыванием на основе оптимизации параметров технологических процессов / 1нформатизац1я та нов1 технологи. Ки1в, Видавничий д!м, Комп'ютерн1 Системи, 1997 No.2. с.26-28.

4. Пшенишнюк A.C., Юй Чжийон/ Обобщенная оценка эффективности процесса и оборудования для штамповки обкатыванием / Сборник научных трудов фукультета механизации сельского хозяйства национального аграрного университета Украины "Сучасн1 проблеми с1ль-ськогосподарського машнобудування" том I,Киев, 1997 г.с.84-88.

5. Пшенишнюк А. С., Юй Чжийон / Определение времени деформирующего процесса штамповки обкатыванием /Сборник научных трудов фукультета механизации сельского хозяйства Национального аграрного университета Украины " Сучасн1 проблеми с1льськогосподарського машинобудування " том I, Киев, 1997 г. с.89-93

6. Пшенишнюк A.C., Юй Чжийон, Путиенко C.B. / Анализ эффективности процессов и оборудования для штамповки обкатыванием/ Киев, Деп. В ГН7Б Украины, 4.12.96, N 2316-Ук9б.

7. Пиенишнюк A.C., Юй Чжийон, Путиенко C.B. / Повышение производительности оборудования для штамповки обкатыванием / Киев, Деп.в ГНТБ Украины, 4.12.96, N 2317-Ук96.

- ei -

8. Пшенишгаок A.C., Юй Чжийон, Путиенко C.B / Определение критерием оптимизации энергозатрат при штамповке обкатыванием /Киев, Деп. в ГНТБ Украины, 4.12.96, N 2318-Ук96.

9. Пшенигаюк A.C., Путиенко С.В., Юй Чжийон / Экспериментальния установка для штамповки обкатыванием на базе пресса PXW - 100 / Киев, Деп. в ГНГБ Украины, 4.12.96, H 2319-Ук9б.

10. Пшенишнюк A.C., Путиенко C.B., Юй Чжийон / Расчет энергосилових параметров штамповки обкатыванием деталей а центральным утолщением / Киев, Деп. в ГП'ГВ Украины, 4.12.G6, N ЙЗСО-УкОб.

- Е2 -Аннотация

Юй Чжийон. " Повышение эффективности технологических процессов и оборудования для штамповки обкатыванием ". Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 03.05 - Процессы и машины обработки металлов давлением. Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", Киев,1997.

В диссертационной работе решены проблемы, связанные с повышением эффективности технологических процессов и оборудования прн штамповке обкатыванием на основе оптимизации их параметров.

Автор защищает математичеасую модель процесса с учетом упругой деформации инструмента, критерии, методы и алгоритм оптимизации процесса штамповки обкатыванием,а тага;е их программное обеспечение и рекомендации по промышленному использованию.

Yu Zhlyong. " Promoting the efficiency of rotary forging based on optimization of their parameters ". Manuscript. This thesis is for claiming the academic degree of Candidate of technical science on speciality 05.03.05-The processes and machines for metalworking by pressure. The National Technical University of Ukraine " Kiev Polytechnical Institute " . Kiev, 1997.

Problems of promoting the efficiency of rotary forging, based on optimization of their parameters, have been solved in this dissertation.

It is defended by Author that mathematical models of the rotary forging process with the influence of elastic die deformation have been worked. And the criteria,methods and algorithms of the rotary forging optimization have been developed, as well as the recomen-dations for engineering applications have been proposed in order to promote the efficiency of rotary forging process and machines.

Ключов1 слова: штампування обкатуванням, ефективн1сть, техно-лог!чн1 процеси, обладнання, енергосилов1 параметри, оптим1зац!я, амендення енергоемкост!, продуктивн!сть.

Annotation