автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и оптимизация параметров винтовых прессов с вращающимся штамподержателем на основе компьютерного моделирования

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

L 1. Технологические процессы изготовления тонкостенных осесимметричных поковок.

1.2. Технологическое обоснование создания прессов для штамповки методом осадки с кручением.

1.3. Экспериментальные исследования осадки с кручением.

1.4. Анализ конструкций прессов с вращающимся штамподержателем.

1.5. Выводы из обзора. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХМАХОВИЧНОГО ПРИВОДА

ВИНТОВЫХ ПРЕССОВ.

2.1. Двухмаховичный фрикционный привод.

2.1.1. Задача идеальной лобовой фрикционной передачи.

2.1.2. Расчет фрикционного механизма.

2.1.3. Разработка математической модели винтовых фрикционных прессов.

2.1.4. Исследование и оптимизация привода винтового фрикционного пресса усилием 4 МП.

2.2. Двухмаховичный электромагнитный привод.

2.2.1. Общие сведения об электромагнитных муфтах скольжения (ЭМС).

2.2.2. Описание конструкций дв)ошаховичного привода с ЭМС.

2.2.3. Исследование и оптимизация параметров двухмаховйчного электромагнитного привода.

2.2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ

ВИНТОВЫХ ПРЕССОВ ДЛЯ ШТАМПОВКИ С КРУЧЕНИЕМ С ИНЕРЦИОННЫМ МЕХАНИЗМОМ РАЗГРУЗКИ

3.1. Винтовой пресс с верхним расположением дополнительного маховика.

3.2. Винтовые прессы с нижним расположением дополнительного винта.

Развитие современной техники требует непрерывного совершенствования выпускаемого отечественного кузнечно-прессового оборудования, которое находит широкое применение в автомобильной и авиационной промышленности, в тракторном, сельскохозяйственном и транспортном машиностроении, в производстве металлообрабатывающего оборудования, бытовой техники, электро- и радиотоваров. От уровня создаваемых и выпускаемых отечественных прессов зависит технический прогресс в машиностроении и металлообработке.

Современные тенденции в развитии машиностроения направлены на рост единичной мощности машин и связанное с этим увеличением размеров деталей. Одновременно ставится задача облегчения машиностроительной продукции, что достигается утонением деталей с одновременным улучшением их характеристик. Таким образом, в ряд актуальных выдвигается задача получения крупногабаритных тонкостенных деталей, обладающих высокими эксплуатационными свойствами, что встречает ряд технологических трудностей. Прежде всего это высокие давления при деформации металла, для преодоления которых требуются прессы все больших номинальных усилий, а также низкая стойкость штампов из общепринятых инструментальных сталей. Применение высоколегированных специальных сталей удорожает себестоимость изделий.

В области горячей объемной штамповки все чаще оборудование универсального назначения заменяется специальным, предназначенным для изготовления деталей определенной группы. Особое место в номенклатуре горячештамповочных поковок занимают осесимметричные или круглые в плане поковки. Для изготовления таких поковок весьма эффективной является технология штамповки методом осадки с кручением, обладающая рядом преимуществ по сравненшо с традиционной .штамповкой. Теоретические исследования показали, что при надлежащем выборе кинематических параметров процесса принципиально может быть достигнуто любое заданное снижение усилия деформирования.

Развитие технологии горячей объемной штамповки в большой степени зависит от технологических возможностей кузнечно-прессового оборудования, среди которого заметное место занимают винтовые прессы, чему во многом способствуют совокупность специфических свойств, присущих винтовым машинам. Штамповка на винтовых прессах связана с минимальными расходами) металла и себестоимостью продукции. Винтовые прессы просты в изготовлении, обслуживании и эксплуатации и являются одним из самых дешевых видов кузнечно-штамповочного оборудования в сравнении с кривошипными горячештамповочными и гидравлическими прессами.

Специфические особенности исполнительного механизма винтовых прессов предопределяют высокую эффективность специальных винтовых прессов с вращающимся щтамподержателем для штамповки методом осадки с кручением. Созданию таких прессов предшествует научно обоснованные методики выбора констрзЛивных параметров путем оптимизации энергосилового нагружения пресса.

Целью настоящей работы является повышение технического уровня винтовых прессов путем реализации технологии штамповки методом осадки с кручением. Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задачи:

- разработаны конструкции - специального винтового пресса с вращающимся щтамподержателем, отвечающим требованиям технологии и условиям эксплуатации;

- созданы математические модели работы специальных винтовых прессов, позволив получить научно обоснованную методику проектирования;

- проведен анализ и оптимизированы параметры технологии и конструктивных элементов пресса.

В работе установлены следующие, имеющие научную новизну, положения. Предложены принципиально новые конструктивные решения как исполнительного механизма, так и двухмаховичного привода винтовых прессов с вращающимся щтамподержателем. Разработана алгоритмическая последовательность расчета параметров технологии и нагружения специальных винтовых прессов, имеющих сложную кинематику исполнительного механизма. Установлены конструктивные параметры механической системы, обеспечивающие оптимальные технологические параметры штамповки комбинированным нагружением. Разработана математическая модель и проведена оптимизация параметров двухмаховичного привода винтовых прессов с фрикционной и электромагнитной связью маховиков.

На защиту выносятся:

1. Новые конструкции* исполнительного механизма и двухмаховичного электромагнитного привода винтовых прессов.

2. Математические модели имитационного моделирования штамповки методом осадки с кручением на винтовых прессах с вращающимся щтамподержателем и двухмаховичного привода винтовых прессов с фрикционной и электромагнитной связью маховиков.

3. Результаты теоретического исследования специальных винтовых прессов с вращающимся штамподержателем усилием 4 МП.

4. Методики оптимизации конструктивных параметров винтовых прессов для штамповки методом осадки с кручением, обеспечивающих минимальные себестоимость изготовления и эксплзо-ационные затраты.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработанные новые контсрукции винтовых прессов с инерционным механизмом разгрузки отвечают в наибольшей степени как требованиям технологии штамповки методом осадки с кручением, так и требованиям надежности и простоты эксплуатации.

2. Разработанная имитационная математическая модель работы пресса, в которой взаимосвязаны технологические параметры штамповки и параметры механической системы, позволяет определять для любого момента времени кинематические, силовые и энергетические характеристики процесса протекания штамповки и нагружения пресса.

3. Разработанные алгоритмы программы моделирования работы пресса с учетом его жесткости позволили установить влияние упругих деформаций пресса на силовые параметры штамповки комбинированным нагружением; вследствие упругости пресса изменяется характер кривой усилия, при этом максимальное усилие штамповки снижается на 8-20%.

4. В результате исследований решена задача выбора оптимальных параметров механической системы пресса, обеспечивающих наиболее экономичные показатели проектируемого оборудования и технологического процесса.

5. Методика математического моделирования двухмаховичного привода винтовых прессов позволяет оптимизировать п|)ивод по важнейшему параметру - к.п.д. хода разгона маховика.

6. Переход от фрикционной к электромагнитной связи маховиков в двухмаховичном приводе винтовых прессов существенно упрощает конструкцию привода, увеличивают надежность и долговечность пресса вследствие отсутствия перекосов, тяжелонагруженных и быстроизнашиваемых деталей.

7. Использование специальных винтовых прессов с вращающимся щтамподержателем для штамповки методом осадки с кручением тонкостенных крупногабаритных

-182поковок позволяет сократить капитальные затраты в 2 раза и уменьшить производственные площади в 3-4 раза.

1. Абдраимов С.К., Мартыненко Д.М. Алгоритмы и программы расчета на ЭВМ. Фрунзе. Илим. 1989. с.6.

2. Александров H.H. Максимальный вращающий момент электромагнитной асинхронной муфты. Электричество, 1956. №6. с.22-25.

3. Атрощенко А.П., Федоров В.И. Металло-сберегающие технологии кузнечно-щтамповочного производства. М.: Машиностроение, 1990.

4. Банкетов А.Н., Ланской E.H. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов. М.: Машиностроение, 1966.

5. Богданов Э.Ф., Пожидаев H.H., Фрейнд А.И. Динамика привода кривошипного пресса. Научные труды МВТУ. 1978. №263. с.63-68.

6. Богоявленский К.Н., Лапин В.В. Развитие процессов раскатки и сферо-движной штамповки. Кузнечно-штамповочное производство, 1981. №8.

7. Боков A.A. Исследование кривошипного пресса двойного действия при работе одиночными и автоматическими ходами: Дне. . канд. техн. наук. М.: МВТУ, 1983. 227 с.

8. Бочаров Ю.А. Винтовые прессы. М.: Машиностроение, 1976. 247 с.

9. Вартанов B.C., Шпилевой П.А. Экспериментальные исследования электромагнитных муфт скольжения. Электричество, 1971, №1, с. 44-49.

10. Гейлер Л.Б. Основы электропривода. Минск: Высшая школа. 1972. 608 с.

11. П.Гейлер Л.Б., Харизоменов И.В. Оборудование и электроавтоматикакузнечно-прессовых машин. М.: Машгиз, 1960. 227 с.

12. Гирш И.И., Волковицкий В.Ф. Деформации кривошипных горячештампо-вочных прессов под нагрузкой. Кузнечно-штамповочное производство, 1959. №12. с.23-28.

13. Глаголев Т.Н. Электрооборудование кузнечно-прессовых машин. М.: Металлургиздат, 1962. 312 с.

14. Даммер А.Э. Исследование усилий и деформаций при штамповке на кривошипных горячештамйовочных прессах осесимметричных поковок в открытых и закрытых штампах: Дне, . канд. техн. наук. Свердловск, 1969. 204 с.

15. Живов Л.И., Овчинников А.Г. Кузнечно-штамповочное оборудование. Прессы. 2-е изд., Киев.: Вища школа, 1981. 376 с.

16. Живов Л.И., Клеванский H.H. Применение ЭЦВМ для расчетов кузнечно-штамповочных машин. Киев: Высшая школа, 1974.

17. Журавлев А.З. Основы теории штамповки в закрытых штампах. М.: Машиностроение, 1973.

18. Зимин А.И. Машины и автоматы кузнечно-штамповочного производства. Молоты. М.: Машгиз. 1953.

19. Игнатов A.A., Игнатова Т. А. Кривошипные горячештамповочные прессы. 2-е изд., М.: Машиностроение, 1974, 352 с.

20. Исследование процесса осадьси с кручением тонкого слоя. /О.А.Ганаго, В.Н.Субич, Б.А.Степанов и др./ Известия вузов. Машиностроение. 1980. №6. с. 110-113.

21. Исследование силовых и энергетических параметров осадки с кручением. /О.А.Ганаго, В.Н.Субич, Б.А.Степанов и др./ Обработка металлов давлением в автомобилестроении: Межвузовский сборник трудов. М.: МАМИ, 1989. Вып. 1. с.35-49.

22. Исследование штамповки методом осадки с кручением на модернизированном гидравлическом прессе. /Б.А.Степанов, А.В.Сафонов, В.Н.Субич и др./ Кузнечно-штамповочное производство, 1986. №10. с.7-9.

23. Кривошипные горячештамповочные прессы с вращающимся щтамподержателем. /Б.А.Степанов, В.Н.Горожанкин, В.Н.Субич и др./ -Кузнечно-штамповочное производство, 1989. №8.

24. Кинематические исследования специальных кривошипных прессов с вращающимся инструментом. /Б.А.Степанов, В.Н.Субич, А.Е.Максименко/ Сборник научных трудов МГИУ, 1995.

25. Ковка и штамповка. Справочник. Том 2. Под редакцией Семенова Е.И. М.: Машиностроение, 1986.

26. Крайцберг М.И., Милич М.Б. Электромагнитные муфты скольжения в промышленном приводе. М.: Информэлектро, 1970. 76 с.

27. Крановое электроборудование. Справочник. /Алексеев Ю.В., Богословский A.n., Певзнер Е.М. и др./ М.: Энергия, 1979. 240 с.

28. Кузнецов Н.И. Испытания и эксплуатация электромуфт скольжения. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.104 с.

29. Кузнечно-штамповочное оборудование. /А.Н.Банкетов, Ю.А.Бочаров, Н.С.Добринский и др.: Под ред. А.Н.Банкетова и Е.Н.Ланского/ М.: Машиностроение, 1982. 576 с.

30. Кулагин В.А. Оптимизация параметров и режимов работы регулируемых электроприводов кривошипных прессов и автоматов. Кузнечно-штамповочное производство, 1980. №10. с.27-30.

31. Кулагин В.А. Алгоритм расчета параметров электропривода для кузнечно-прессовых машин. Кузнечно-штамповочное производство. М.: НИИМАШ. 1980. №10. с.27-30.

32. К)щевалов В.М. Вопросы теории и расчета асинхронных машин с массивными роторами. М.: Энергия, 1966. 304 с.

33. Ланской E.H. Влияние жесткости процесса штамповки на точность. В кн.: Повышение точности и автоматизация пггамповки и ковки. М.; Машиностроение, 1967. с.21-30.

34. Ланской E.H. Обпщй метод анализа жесткости прессов для объемной штамповки. Кузнечно-штамповочное производство, 1969. №5. с.29-32.

35. Лейбзон Я.И. Монтаж и эксплуатация контактных и бесконтактных муфт скольжения. М.: Энергия, 1978. 104 с.

36. Мансуров А.Я. Технология горячей штамповки. М.: Машиностроение, 1971.

37. Могильников B.C., Стрельников А.Н. Перспективы улучшения характеристик асинхронных двигателей с массивными роторами. Электротехника, 1970. №3. с. 13-16.

38. Моделирование кривошипных горячештамповочных прессов с вращающимся ползуном. /Научно-техническая конференция. Тезисы докладов/Ростов-на-Дону. РИАТМ. 1995.

39. Оптимизация энергосиловых параметров при осадке тонкого слоя. /О.А.Ганаго, В.Н.Субич, Б.А.Степанов/ Известия вузов. Машиностроение. 1988.№10. с. 138-142.

40. Объемная штамповка вращающимся инструментом. /Б.А.Степанов, А.Е.Максименко, В.Н.Субич./ Кузнечно-штамповочное производство, 1995.

41. Охрименко Я.М. Технология кузнечно-щтамповочного производства. М.: Машиностроение, 1976.

42. Пожидаев H.H. Разработка методики расчета параметров главного привода кривошипных листоштамповочных прессов с регулируемым числом ходов; Дне. . канд. техн. наук. М.: МВТУ, 1983. 227 с.

43. Поздеев А.Д., Розман Я.Б. Электромагнитные муфты и тормоза с массивным якорем. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. 104 с.

44. Приближенное решение задачи сжатия с одновременным кручением тонкого слоя. /О.А.Ганаго, Ю.А.Бочаров, В.Н.Субич и др./ Известия вузов. Машиностроение. 1978. №2. с. 140-144.

45. Пронин Б.А. Клиноременные и фрикционные передачи и вариаторы. М.: Машгиз, 1960. 334 с.

46. Расулов М.М., Мустафаев Р.И. Исследование на АВМ динамических характеристик системы асинхронный двигатель электромагнитная муфта скольжения. - Электротехника, 1974. №7. с.39-41.

47. Расчет динамических нагрузок в клиноременной передаче кривошипного пресса. /Э.Ф.Богданов, А.А.Боков, Н.Н.Пожидаев и др./ Методические указания. Воронеж. ЭНИКМАШ. 1983. 50 с.

48. Расчет мощности асинхронных двигателей и момента инерции маховика. РТМ 2 КПЗ-1-9-80. М.: ЦБКМ, 1980. 43 с.

49. Расчет электроприводов 1Лзнечно-прессовых машин: Отраслевая нормаль кузнечно-прессового машиностроения КН48-Г. М.: ЦБКМ, 1963. 121 с.

50. Ремих И.А. Элементы расчета электропривода горячештамповочного пресса с учетом упругой деформации. В кн.: Расчет и конструирование кузнечно-прессовых машин. М.: Машгиз, 1960. с.97-102.

51. Сафонов А.В., Федоркевич В.Ф. Винтовой пресс с муфтовым приводом для горячей объемной штамповки. М.: Обзорная информация ВНИИТЭМР. Сер.З. Технология и оборудование кузнечно-штамповочного производства. Вып. 1., 1988. с.52.

52. Семенов Е.И., Кондратенко В.Г., Ляпунов Н.И. Технология и оборудование ковки и объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1978.

53. Серавин Ф.А. О новых конструкциях и применении винтовых фрикционных прессов. "Кузнечно-штамповочное производство", 1962. №11.0.17-24.

54. Оконечный А.И. Новая технология штамповки дисков. Кузнечно-штамповочное производство, 1969. №8.

55. Совершенствование конструкций винтовых прессов с вращающимся инструментом. /Б.А.Степанов, А.В.Сафонов, В.Н.Субич и др./ Обработка металлов давлением в автомобилестроении: Межвузовский сборник трудов. М.: МАМИ, 1980. Вып.11. с.144-151.

56. Соколов М.М., Петров Л.П., Масандилов Л.Б., Ладензон В.А. Электромагнитные переходные процессы б асинхронном электроприводе. М.: Энергия, 1967. 201 с.

57. Старостин И.А. Исследование динамики и расчет на ЭВМ электроприводов кузнечно-прессового машиностроения: Дис. . канд. техн. наук. Л., 1975. 169 с.

58. Сторожев М.В. О динамике фрикционного пресса. "Вестник машиностроения", 1959. №12. с.30-33.

59. Сторожев М.В., Попов Б.А. Теория обработки металлов давлением. М., "Машиностроение", 1997.

60. Субич В.Н. Пластическое течение материалов в тонком слое при комбинированном нагружении. Кузнечно-штамповочное производство, 1986. №10. с.5-7.

61. Субич В.Н. Контактное взаимодействие усилий и моментов при штамповке с кручением. Известия вузов. Машиностроение. 1984. №4. с.110-114.

62. Субич В.Н., Ганаго О.А. Пластическое течение слоя, ограниченного поверхностями вращения. Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана. 1980. №335. с. 122-127.

63. Субич В.Н., Игнатов В.И. Некоторые направления эффективного применения штамповки методом комбинированного нагружения. -Обработка металлов давлением в автомобилестроении: Межвузовский сборник трудов. М.: МАМИ, 1980. Вып.П. с.19-32.

64. Субич В.Н., Игнатов В.И., Арчаков А.Т. Экспериментальное исследование усилий и моментов при осадке с кручением. Обработка металлов давлением в автомобилестроении: Межвузовский сборник трудов. М.: МАМИ, 1984. с.88-92.

65. Тетерин Г.П., Полухин П.И. Основы оптимизации и автоматизации проектирования технологических процессов горячей объемной штамповки. М.: Машиностроение, 1979.

66. Технологические особенности и основные направления развития тяжелых кузнечно-прессовых машин для горячей объемной штамповки. /Власов В.Н., Лебедев В.В., Филькин И.Н. и др./ М.: НИИМаш, 1973.

67. Учебное пособие по проектированию и расчету автоматизированного электропривода. /Под ред. Соколова М.М./ Изд. МЭИ, №6,1973. 124 с.

68. Фрейнд А.И. Исследование работы привода кривошипных горячештампо-вочных прессов: Дис. . канд. техн. наук. М.: МВТУ, 1980. 163 с.

69. Харизоменов И.В. Электрооборудование кузнечно-штамповочных машин. М.: Высшая школа, 1970. 185 с.

70. Хог Э., Apopa Я. Прикладное оптимальное проектирование. Механические системы и конструкции: Пер. с англ. М.: Мир, 1983. 478 с.

71. Чиликин М.Г., Соколов М.М., Тереков В.М., Шинянский A.B. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. 568 с.

72. Шаров B.C. Электромагнитные муфты скольжения. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1958.104 с.

73. Шифрин М.Ю., Соломович М.Я Производство цельнокатаных колес и бандажей. М.: Металлургиздат. 1959. 500 с.

74. Шнейберг В.М., Акаро И.Л. Кузнечно-штамповочное производство Волжского автомобильного завода. М.: Машиностроение, 1977.

75. Шпилевой В.А. Переходные процессы в электромагнитных муфтах и тормозах с массивным магнитопроводом, 1973. №4. с.20-22.

76. Штамповка методом осадки с кручением на гидравлическом прессе. /Б.А. Степанов, А.Т.Арчаков, В.Н.Субич и др./ Автомобильная промышленность. 1985. №12. с.29-30.

77. Штамповка поковок тонкостенных дисков осадкой вращаюпщмся инструментом. /О.А.Ганаго, В.Н.Субич, Б.А.Степанов и др./ Кузнечно-штамповочное производство, 1981. №6. с.31-32.

78. Щетинин Т. А. Эле1аромагнитные муфты скольжения. М.: Энергоатомиздат, 1985. 272 с.

79. Щетинин Т.А. Индукционные муфты для кривошипных прессов. -Кузнечно-штамповочное производство, 1961. № 12. с.20-27.

80. Щетинин Т.А. Испытания пресса с муфтой скольжения. КзЛзнечно-штамповочное производство, 1962. №7. с.36-38.

81. Щетинин Т.А. Определение оптимальных параметров индукционных муфт для кузнечно-прессовых машин. Кузнечно-штамповочное производство, 1968. №6.0.31-36.

82. Щетинин Т.А. Электропривод с индукционными муфтами и тормозами. М.: Машиностроение, 1971.320с.-1 SS

83. SS. Электрооборудование кузнечно-прессовых машин. Справочник; /В.Е.Стоколов, Г.С.Усышкин, В.М.Степанов и др./ 2-е изд. М.: Машиностроение, 1981. 304 с.

84. Исследование винтового пресса с двухмаховичным электроприводом. /Б.А.Степанов, В.С.Тимохин/ Сборник ЦНИИТМАШ, 2001.

85. Оптимизация параметров привода винтовых фрикционных прессов. /Б.А.Степанов, В.С.Тимохин/ Сборник научных трудов МГИУ, 1999.

86. Математическое моделирование винтовых прессов с врашающимся штамподержателем. /Б.А.Степанов, В.С.Тимохин/ Сборник научных трудов МГИУ, 2000.

87. Специальные прессы для штамповки круглых в плане поковок из черных и цветных металлов. /Б.А.Степанов, В.С.Тимохин/ Промышленный оптовик, №4.2000.

88. G.Janzik; Universalmaschine der Umfermtechnik // Industrie Anzeiger, 1986, Nr.76.-S.26-28.

89. H.Meyer Nolkemper; Nm- scheinbar ausgereifte Bereiche // Industrie -Anzeiger, 1985, Nr.55/56.-S.40.

90. H.Meyer Nolkemper; IDS - Maschinenkolloguium // Industrie - Anzeiger, 1985,Nr.4.-S.23-26.

91. M.Estreicher; Zukunftstrachtiges Maschinen konzept NPS // Industrie -Anzeiger, 1985, Nr.20.-S.14-16.

92. W.Schiller; Spindelpressen mit Schalt-kupplung // Industrie Anzeiger, 1986, Nr.23.-S.20-22.

93. Grossen Energiecangebot fiir schwere Schmiedearbeiten // Industrie Anzeiger, 1985,Nr.74.-S.66.

94. A.c. №724474. СССР МКИ. B30B 1/18. Вертикальный винтовой пресс.

95. A.c. №841998. СССР МКИ. ВЗОВ 1/18. Вертикальный винтовой пресс.

96. A.c. №1396455. СССР МКИ. ВЗОВ 1/18. Винтовой пресс для штамповки с кручением.

97. A.c. №1433829. СССР МКИ. ВЗОВ 1/18. Винтовой пресс для штамповки с кручением.-189