автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Разработка и внедрение исполнительных механизмов кинематики двухдисковых ножниц

нижегородский государственный техничес1сий университет

На правах рукописи УДК.621.9 67

Казанцев Петр Федорович рГ5 ОД

2 2 ДЕК ЯПЗ

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ КИНЕМАТИКИ ДВУХДИСКОВЫХ НОЖНИЦ

05.03.05 - технологии и машины обработки давлением

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.Нижний Новгород - 2000 г.

Работа выполнена в ОАО «Бийский котельный завод» Научный консультант: Официальные оппоненты

..^гГ-^/усхр-Шех-у^ 2) Л1 . к. т. и. К&ли/ащ № ■ И .

Ведущая организация: ОАО «Сибэнергомаш», г. Барнаул Защита состоится « дшл^рз 2000 г. в •/-Г

час.

на заседании диссертационного совета Д 063.85.09. в Нижегородском государственном техническом университете по адресу:

603600 г.Нижний Новгород, ул.Минина, д.24, ауд.1258

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, в одном экземпляре просим выслать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского технического университета.

Автореферат разослан «,/,о> ¡уу^Ш'/К/] 2000 г

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: В заготовительных цехах различных отраслей промышленности нашли широкое применение двухдисковые одностоечные ножницы с наклонными дисками для вырезки заготовок и деталей из листового материала. Применение их, практически, ограничено прямолинейными и круговыми резами. Возможность выполнения фигурных резов трудно реализовать из-за отсутствия соответствующих приспособлений и устройств.

Существует необходимость в расширении производства тягодутьевых машин, особенно, высоконапорных и высокопроизводительных. Теоретический профиль корпуса вентилятора и дымососа определяется логарифмической спиралью. Из-за отсутствия необходимых высокопроизводительных и надежных устройств и механизмов для разметки и вырезки спиралей, логарифмическая спираль в производстве заменяется спиралью Архимеда, а последняя - завитком построенным по так называемому конструкторскому квадрату. Боковые листы корпусов вентиляторов вырезаются, как правило, газом или на пресс-ножницах по разметке. Несмотря на высокую трудоемкость и большой объем ручных- работ качество получаемых деталей остается низким.

Большая серийность выпуска тягодутьевых машин, перспектива увеличения выпуска этих машин диктуют необходимость дальнейшего совершенствования технологического процесса, механизации и автоматизации производства, в частности, разработки устройств для механизации вырезки из листового проката деталей сложной формы. Все перечисленное определяет актуальность проблемы, связанной с разработкой более прогрессивной технологии и оборудования для разрезки листа по криволинейному контуру.

При проектировании оборудования, в теоретических исследованиях двухдисковых ножниц большое внимание уделяется улучшению захвата, затягивания листового материала и вопросам, связанным с улучшением качества,реза.

Целью настоящей работы является разработка на основе комплексных теоретических и экспериментальных исследований научно обоснованных рекомендаций для повышения производительности и расширения технологических возможностей оборудования при разрезке листового проката йо криволинейному контуру.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи: аналитически исследовать взаимное расположение наклонных дисков и очага деформации; аналитически обосновать необходимость разворота наклонных дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей; разработать механизмы для разворота дисков; аналитически определить траектории движения заготовки при разрезке листа по логарифмической и архимедовой спиралям; разработать конструкцию ножниц с использованием результатов теоретических исследований и внедрить их в производство; исследовать качество полученных на ножницах деталей.

Научная новизна работы определяется следующими результатами: аналитически обоснована необходимость разворота наклонных дисков вокруг1 горизонтальных или вертикальных осей; выведены формулы, построены номограммы и графики для определения величины углов разворота дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей в зависимости от технологических параметров процесса отрезки (диаметров дисков, углов наклона их осей, толщины и свойств разрезаемого листа, бокового зазара между дисками); аналитически подтверждены рекомендации ЦБКМ и ЭНИКМАШа по выбору величины углов разворота дисков вокруг горизонтальных осей; обоснована необходимость введения в кинематическую цепь двухдисковых ножниц дифференциала; аналитически обоснованы кинематические цепи приставок для разрезки листа по логарифмическим и архимедовым спиралям и по кривым, заданным уравнениями; выведены формулы траекторий движения заготовки при разрезке по кривым линиям; разработаны аналитические зависимости для настройки приставки на вырезку спиралей и окружностей с минимальными усилиями между двухдисковыми ножницами и приставкой с минимальным числом пробных резов;. обоснованы способы установки и ориентирования заготовки для вырезкм различных элементов контура детали; улучшена конструкция вентиляторов Бийского котельного завода; экспериментально подтверждена правильность выводоЕ!, полученных в результате теоретических исследований.

Практическая ценность разработанных технологии и оборудования заключается в возможности изготовления из листа деталей со сложным контуром, включающ'йм линии второго порядка. Предложенные технология и оборудование позволяют увеличить производительность труда, повысить культуру производства, улучшить качество деталей по сравнению с вырез-

кой газом. Полученные математические зависимости достаточно просты, доведены до численных решений и построения номограмм и графиков и позволяют настраивать нбжницы и приставки к ним для криволинейной резки с минимальными затратами времени и заготовок непосредственно на рабочем месте.

Разработанные технология и оборудование впервые реализованы на Бийском котельном заводе для изготовления деталей котлов и тягодутьевых машин. Результаты промышленного использования показали стабильность размеров и формы получаемых деталей.

Эксперименты проводились на Бийском котельном заводе в производственно-промышленных условиях заготовительного цеха на двухдисковых ножницах типа НЦ с наклонными дисками и с приставками для круговой и фигурной вырезки, разработанных на основе выполненных теоретических исследований автора. Результаты экспериментов использованы при проектировании полуавтомата типа ВК для вырезки из листа -деталей с криволинейными элементами в контуре. На защиту выносятся:

аналитическое обоснование необходимости разворота наклонных дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей;

аналитическое обоснование места расположения вертикальных осей;

формулы, номограммы и графики для определения величины углов разворота дисков вокруг . горизонтальных или вертикальных осей в зависимости от технологических параметров процесса отрезки;

обоснование необходимости введения в кинематическую-цепь двухдисковых ножниц дифференциала;

аналитическое обоснование кинематических цепей приставок для разрезки листа по логарифмическим и архимедовым спиралям и по кривым, заданным уравнениями;

формулы траекторий движения заготовки при разрезке ■ по кривым линиям;

аналитические зависимости для настройки приставки на вырезку спиралей и окружностей с минимальными усилиями между двухдисковыми ножницами и приставкой с минимальным числом пробных резов;

способы установки и ориентирования заготовки для вырезки различных элементов контура детали;

рекомендации по улучшению'конструкции корпусов вентиляторов и гидравлических турбин;

результаты экспериментальных исследований.

Апробация работы: Основные результаты работы доложе- ' ны на научном семинаре кафедры «Машиностроительные технологические комплексы и ОМД» Нижегородского государственного технического университета 05.10.2000 г., на республиканском семинаре «Локальные методы обработки металлов давлением» в г. Краматорске в докладе «Разработка и исследование ножниц для локальной разрезки по криволинейному контуру» и на теоретическом семинаре в Новосибирском электротехническом институте. Действующая модель двухдисковых ножниц демонстрировалась на ВДНХ СССР в 1983 г.

Публикации: Основное содержание работы отражено в описаниях к тринадцати авторским свидетельствам на изобретения и в трех печатных работах.

Объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Работа содержит 146 страниц, включая 56; рисунков, 9 таблиц, 170 формул. В списке использованной литературы 130 названий. ••

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, определены основные направления, позволяющие решить исследуемую проблему.

В первой главе проведен анализ состояния вопроса и сформулированы задачи исследования.

Ножи относительно разрезаемого листа могут располагаться тремя способами: оба ножа параллельны плоскостям листа, один нож расположен под углом к листу, оба. ножа наклонены.При этом очаг деформации имеет соответственно форму: прямоугольника, трапеции с двумя прямыми углами, трапеции без прямых углов.

Важными технологическими параметрами при разделительных операциях являются углы фа и фн наклона верхнего и нижнего ножей, боковой зазор г между ножами, относительная глубина надреза при которой лист разделяется на части. Эти параметры влияют на усилие резания, длину очага деформации, качество реза и величину хода ножей. Выбираются они на основании экспериментальных данных.

Для прямолинейной разрезки листов широко используются дисковые ножницы с горизантальными осями. Вращением дисков лист затягивается и разделяется на части. Для дисковых ножниц важными параметрами являются диаметры й дисков, соотношение диаметров нижнего и верхнего дисков, их взаимное расположение, в том числе перекрытие р дисков.

За счет подбора диаметров дисков и их взаимного расположения можно Получить вторую и третью формы очага деформации .

Для расширения технологических возможностей дисковых ножниц оси одного или обоих дисков располагают наклонно. Появляется возможность выполнения криволинейных резов. Но возникает существенный недостаток: горизонтальные проекции режущих кромок дисков - эллипсы касаются друг друга только в одной точке. В обе стороны от этой точки боковой зазор между режущими кромками увеличивается. При нулевом и положительном перекрытии дисков резание невозможно.

Чтобы совместить очаг деформации и оптимальный зазор, наклонные диски дополнительно поворачивают вокруг горизонтальных осей. Таким способом точка касания дисков и участок с оптимальным зазором выдвигаются навстречу разрезаемому листу.

Поворот дисков рекомендуется в среднем 0,5° на 1 мм толщины листа. Эта величина установлена экспериментально.

Результаты теоретических, экспериментальных работ и практических рекомендаций по выбору <Х,р,г и О в работе сведены в таблицу.

Для механизации процесса разрезки по окружностям и спиралям ножницы снабжаются приспособлениями - приставками.

Приставки первого вида обеспечивают перемещение центрирующего штыря по прямой линии в сторону режущих дисков. Надетая на щтырь заготовка вращается вокруг своей оси и разрезается по спирали Архимеда.

Второй вид приставок используют для вырезки дисков и колец. При этом начало и конец реза могут не совпадать. Приставки второго типа соответствуют требованиям стандарта на ножницы.

Анализ литературных источников и различных видов очагов пластической деформации при разделительных операциях показал, что технологические возможности существующих процессов не обеспечивают потребностей производства, однозначные аналитические рекомендации по выбору технологиче-сих параметров в литературе отсутствуют.

Анализ существующего оборудования и схем приспособлений для криволинейной разрезки показал их недостатки: необходимость в центрирующем отверстии на заготовке, необходимость прерывания процесса разрезки, невозможность разрезки листов по логарифмической и архимедовой спиралям, отсутствие универсальности, невозможность автоматизации процессов вырезки криволинейных контуров, в том числе с переменным радиусом и знаком кривизны.

В связи с этим определены цель и задачи исследований.

Во второй главе аналитическим путем обоснована необходимость дополнительных разворотов наклонных дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей, выведены формулы, позволяющие определять величины углов разворота.

В процессе резания на дисковых ножницах с горизонтальными осями разрезаемый материал соприкасается с режущими кромками по дугам а'Ъ' и с'с?' окружностей - фронтальных проекций дисков. Середины линий касания находятся на расстоянии г от вертикальной плоскости Ры симметрии ножниц. Максимальная величина г при заданных диаметрах дисков, толщине и свойствах разрезаемого листа определяется и ограничивается условиями захвата и подачи листа диска-

ми. Горизонтальная проекция режущих кромок изображается параллельными прямыми линиями, расположенными на расстоянии оптимального зазора г между ними. Такое расположение режущих кромок позволило А.И.Целикову признать сравнимыми по принципу действия дисковые ножницы и ножницы с двумя наклонными ножами.

Принципиальное отличие дисковых ножниц с наклонными осями" от ножниц с* горизонтальными осями и от ножниц с двумя наклонными ножами в том, что горизонтальные проекции режущих кромок аЪ и сс1 (рис.1) не прямолинейны, а криволинейны. Это дуги эллипсов - горизонтальных проекций режущих кромок дисков. Эллипсы касаются друг друга в одной точке в плоскости Р . По мере удаления от-плоскости Рк расстояние между дугами увеличивается и боковой зазор г между режущими кромками многократно превышает оптимальный для разрезаемого листа. Он увеличивается от величины Ьс до величины ас?.

На фронтальной проекции создается видимость возможности разрезки листа толщиной ' Я=а'с/'. При нулевом пере-крыти (р=0) горизонтальная проекция зазора Z (боковой зазор) г=а<Л, а вертикальный просвет 2'0=а'с1'=3. Зазор в пространстве

2=±л/(ас?)2 + (а 'с?')2 =±л/ (г0) 2+ (2' 0)2 = ±^(г0)2 + в2 >5, (1)

То есть зазор в пространстве больше толщины листа.

В стандартных ножницах углы наклона осей дисков ф = 71/4. В этом случае Это справедливо для любого положе-

ния линии АО в пределах О/2 > 1>о/2 >0. Ьо - длина хорды сЫ2, на концах которой боковой зазор г 'между режущими кромками наклонных дисков (эллипсами В и Я - горизонтальными проекциями дисков) не превышает рекомендуемого значения при у = 0. Поэтому наклонными дисками при нулевом перекрытии без дополнительных поворотов невозможно разрезать лист любой толщины.

Подробный анализ показал, что при любом положительном перекрытии (р>0) разделение листа в области АВСО не может быть достигнуто. Очаг деформации в этом случае распространяется на область АВОСО. При подходе к линии АО лист начинает изгибаться. Часть заготовки между точками А и О занимает наклонное положение, после линии АО - верти-

кальное положение, в зоне OAD заклинивается, сжимается в направлении уменьшения его толщины (прокатывается между боковыми гранями дисков). Между дисками возникают распирающие усилия, соответствующие холодной прокатке. В направлении перпендикулярном плоскости листа части листа смещаются на величину, превышающую толщину листа (S + p). Несмотря на это части заготовки не всегда отделяются одна от другой. Если разделение все же произойдет, качество «реза» получается низким. На разрезе почти полностью отсутствует зона скалывания.

При отрицательном перекрытии (р < 0; |-р| < S) можно разрезать лист, при условии

0 < го< к ' (2)

Геометрический смысл выражения (2) в том, что сдвиг частей листа не может быть больше, чем z' , а при у = 0 эта величина мала. Физический смысл — в том, что без дополнительных разворотов дисков разрезать можно материалы у которых Ео < к, то есть не очень пластичные (хрупкие) материалы. Это объясняется тем, что при у = 0 угол (X наклона режущих кромок в пределах LJ2 очень мал, то есть сдвиг, Б может быть незначительным.

Все вышеизложенное приводит к выводу о невозможности разделения листа с удовлетворительным качеством реза на дисковых ножницах с наклонными дисками без дополнительных поворотов и сдвигов дисков. По этой причине во всех известных двухдисковых ножницах с наклонными дисками применяется дополнительный разворот дисков. В большинстве случаев диски поворачивают вокруг горизонтальных осей. При этом верхний и нижний диски могут поворачиваться на одинаковые углы у или на разные углы ув и у . При повороте дисков вокруг горизонтальных осей их горизонтальные проекции также поворачиваются на угол СО = Jf(y, ф) . Поворот диска вокруг вертикальной оси на угол Ш вызывает поворот его фронтальной проекции на угол у = f(G), ф) [1,2,12].

В работе рассмотрены повороты вокруг горизонтальных и вертикальных осей.

В практике принято поворачивать диски вокруг горизонтальных осей навстречу подаваемому листу. Таким спосо-

бом навстречу подаваемому листу перемещается точка касания горизонтальных проекций дисков. Вместе с точкой касания перемещаются части дуг эллипсов-проекций дисков, зазоры между которыми оптимальны для качественной резки (г<кЗ). Точка касания эллипсов оказывается на расстоянии г от плоскости Р . Необходимо обеспечить расположение середины очага деформации - линии е £ на фронтальной проекции также на расстоянии г от плоскости Рв. Этого можно добиться изменением перекрытия р дисков. При этом необходимо обеспечить условия: tg(X < (I - условие надежного затягивания листа дисками (|1 - коэффициет трения) и её < 5(1-Ео/2)- условие гарантированного разделения листа на части.

После поворота фронтальных проекций дисков на угол у горизонтальные проекции повернутся на угол (0.

СО = агсЪд (зл.пу tgф) (3)

Чтобы обеспечить нормальный боковой зазор между дисками в очаге деформации, необходимо хорды аЬ и сс/ повернуть в положение, перпендикулярное следу плоскости Рисимметрии ножниц. Для этого горизонтальные проекции дисков нужно повернуть на угол СО: проекцию верхнего диска — против хода часовой стрелки, нижнего — по ходу часовой стрелки. Чтобы горизонтальные проекции повернулись на угол ©, нужно фронтальные проекции повернуть на угол у из расчета [16]:

у = агс1д (si.nO> сЪдф) (4)

После поворота диски могут касаться друг друга точками е и £ или могут быть установлены с боковым зазором г между точками е и соответствующим толщине и свойствам разрезаемого материала, а ас1 = Ьс.

Для упрощения расчетов углы поворота верхнего и нижнего дисков (эллипсов В' и Н') приняты равными: УБ.= УН,= У-В этом случае горизонтальные проекции дисков — эллипсы В и Я — повернутся также на одинаковые углы СО.

' В случае неравенства ув. ф уя, или £>в ф £>я, или фв ф фя

линейные скорости режущих кромок верхнего и нижнего дисков в очаге деформации будут отличаться друг от друга по величине и по направлению. Это вызовет проскальзывание дисков по разрезаемому листу, появятся нагрузки в 'кинематических цепях привода вращения дисков. Эти вредные явления можно устранить, например, включением в кинематическую цепь привода вращения дисков дифференциального механизма [3].

Для настройки ножниц на разрезку листа толщиной S с показателем пластичности Еонужно определить:

а)величину перекрытия р дисков из расчета размещения середины очага деформации e'f на линии касания горизонтальных проекций дисков;

б)угол CL наклона касательной к эллипсу В в точке е' (фронтальной проекции точки касания горизонтальных проекций дисков).

Из рис.1 имеем:

Ipl = 2 (ув, ~уе.) - z'. " (5)

Величины у у 'z' определим по формулам (б), (7) , (8).

1

У = УБ.= - . -г (6)

/ (М cosy - siny)2 + (М siny + созу)2 "/ а2 (£>')2

где

sin2cp + sin2y

М = -

2 (sirry + cos'cp cos2y )

-0,5 r sin2y

У., = - ±

2 (0, 5sin2y+cos2y )

Vo, 25r2sin22y-4 (0, 5sin2y+cos2y) [r2 (0, 5cos2y+sin2y)-D2/8 ] ± -:- (7)

2 (0,5 sin2y + cos2y) e

z'=e' f'=S( 1 - —) (8)

2

Определим величину г. После поворота фронтальных проекций дисков ..эллипсов В' и Я' вокруг горизонтальных осей на угол у .горизонтальные проекции дисков - эллипсы В и Я повернутся на угол ю [12]. После преобразований канонического уравнения эллипса В получим

-sinvcos^qjD J 1

х = - /--(9)

2 (l+sin2ytg2cp) (sin2y + cos2cp)

Величину г можно определить также по формулам (10) и (11) .

siny cos2<p sintp D

Г = - -:- X

2

/ 1 + sin2y

x У -:- (10)

sin2<p sin2y (l+sin2y) 2+ (sin29 + sin2y - sin2y СОЭ2ф) 2

r Sib'siny (11)

Значения г, определенные по формулам (9) и (10) для ф =7t/4 совпадают с результатами, полученными графически в диапазоне у= 0...900 с точностью 0,5%. Значения jt, определенные по формуле (11) для <р =л/4 совпадают в диапазоне у — 0...100 с точностью 3,5%, для у= 0...80 - 2,2%.

Определив г по формуле (9), или (10), или (11), подставим в (7). Результаты расчетов по формулам (6), (7) и (8) подставим в (5). Получим величину необходимого перекрытия дисков.

Возможность разрезки необходимо проверить на соответствие второму условию: укладывается ли длина очага деформации 1 в длину дуги £у= Lo.

Определим перекрытие р - f (D ,S ,а) дисков с

наклонными осями еще одним способом.

Из рис. 1

е2 о

cosa = -

Р'

После преобразований с учетом условия tga á ц получим

is

d 1 f.

p > - (1----) - 5(1---) = Др5 - z' . (12)

COS ф у'ц!+ 1 2

По аналогии с формулой (12) получено уравнение (13) для определения перекрытия для дисков с горизонтальными осями

1 s

р > D (1----) - S (1---), (13)

"/ ц2 + 1 2

Угол а наклона касательной в точке е'(г, у ) можно определить по.формулам (14) и (15).

sina D siivfy siny + 2r costp

tga = - = —<14>

cosa у о2 - (sin2<p siny + 2 r cosy) 2

A siny + В cos2q> cosy

tg áe, = -, • (15)

A cosy -BcosJ9siny

где Л = r siny + ye cosy, В = r cosy - ye siny.

Значения углов' a, определенные по формулам (14) и (15), совпадают в диапазоне у = 0...450 с точностью 0,59%, а в диапазоне у = 0...60°-3,1%. Значения углов а, определенные по формуле (15) и графически, совпадают в диапазоне у = 0...900 с точностью геометрических построений. Графически задачи решались для того, чтобы проверить правильность полученных формул.

Такой подробный графический и аналитический анализ позволил сделать важный вывод: в диапазоне у =. 0...100 а отличается от у не более, чем на 2,7%, © от у - 1,5%; в диапазоне у = 0...80 а отличается от у не более 2,6%, со от у - 0,8%. Это позволяет в практических расчетах углов поворота дисков вокруг горизонтальных осей принять

со = a = у (16)

и перейти к использованию более простых формул.

Так из условия 2 5 можно определить необходимый

угол поворота дисков а=у в зависимости от толщины 5 разрезаемого листа.

5 е

- 2 V (17)

2 tg а

'Отсюда

£ е г г tg у = Ьда £ -1 = - ° (18)

2 Ьо 2 к 1/4 р го-гог

По результатам расчетов по формуле (18) построены кривые углов поворота дисков с наклонными осями вокруг горизонтальных о'сей (рис.2) в зависимости от толщины разрезаемого листа, диаметра диска, показателя пластичности материала и бокового зазора между дисками. В этот же рисунок включены рекомендации ЦБКМ и ЭНИКМАШ. Из рис.2 видно, что известные рекомендации и результаты новых исследований , не противоречат друг другу, а, наоборот, удачно (с большой вероятностью достоверности) дополняют друг друга. Можно предположить, что новые исследования расшифровывают, уточняют известные рекомендации. С помощью новых результатов можно более точно определить необходимый угол разворота дисков не только в зависимости от толщины 5 разрезаемого листа (что позволяют известные рекомендации), но и от свойств его материала, характеризуемых показателем ео, и от показателя к, характеризующего величину бокового зазора г = кБ, а косвенно и качество разрезки (качество реза).

В результате исследований достигнута одна из целей работы: подтвердить и обосновать аналитическими методами известные (основанные на опыте) рекомендации.

Из совместного рассмотрения результатов новых исследований и известных рекомендаций (которые безусловно следует считать справедливыми) можно сделать следующие выводы (рис.2): необходимый угол разворота дисков вокруг горизонтальных осей увеличивается с увеличением толщины разрезаемого листа, с увеличением пластичности материала ео, с уменьшением бокового зазора 2о.

Результаты исследований позволяют также решать обратную задачу: определять толщину разрезаемого листа при имеющемся (известном) развороте дисков вокруг горизонтальных осей.

S мм 20.

ä к

140 0,05

152 0,05

1,40 0,Ю

0.25 0,05

0,40 0.Б

0,40 0,25

0,5 0,05

0.25 0.S

0,Ю 0,05

Цб 0,25

0,05 0,05

ЦЮ 0,25

0.05 0,25

Рис.2. К расчету угла у поборота дискод докруг горизонтальных осей

А- по дашым ЦьКМ-е-

Б-по дата ЗНгКИШ: -ен

ЗощшСкж рекоменАрюяЦБКМиШШ1 спжипь значений углоОразбфота

После поворота дисков в очаге деформации обеспечиваются условия для нормального резания: уменьшаются ненужные деформации, затраты энергии, распирающие усилия между дисками. Улучшаются: условия захвата и подачи листа дисками и качество реза. Условия резания и качество реза приближаются к условиям и качеству реза на дисковых ножницах с горизонтальными осями и расположением осей в одной вертикальной плоскости или на ножницах с двумя наклонными ножами.

Если верхний диск (эллипс В') передвинуть по ходу подачи листа, получим видимость второй формы очага деформации (рис.3,а): лист лежит горизонтально на верхней образующей нижнего диска; режущая кромка верхнего диска в пределах очага Деформации расположена наклонно; изгибается только одна часть разрезаемого листа. Но это именно только видимость, потому что на виде сверху проекции дисков не касаются друг друга (рис.3,6) и резание невозможно. Чтобы получить очаг деформации второй формы, нужно повернуть верхний диск (эллипс В) вокруг одной из точек (рис.1) : е, N, К или О на угол ¡или ю^. Точка К - центр кривизны эллипса в точке О. N - точка пересечения нормали к касательной в точке е с плоскостью Р .

ы

После поворота диска на угол со^ вокруг любой из перечисленных точек касательная к эллипсу В расположится параллельно линии 0Н0В. Теперь достаточно точку е приблизить к точке 0Я перемещением эллипса В на расстояние При

таком положении дисков можно разрезать лист по линиям с переменными по величине и знакам радиусами кривизны без излишних деформаций частей листа, без распирающих усилий между дисками,' с улучшением условий захвата и подачи листа дисками, качества реза*.' Условия реза и качество реза не уступают условиям и качеству реза на дисковых ножницах с горизонтальными осями или на ножницах с наклонными прямыми ножами.

■ Величины перемещений г и поворота ш верхнего диска зависят от толщины 5 разрезаемого листа и свойств ес его материала, от размеров П дисков, углов ф наклона их осей и взаимного расположения дисков в вертикальном направлении (от их перекрытия р) . Величина г определяется из условия расположения линии е'f - середины очага деформации - в вертикальной плоскости Рк, проходящей через ось нижнего диска и вычисляется по формуле (19):

coscp

-i D с coscp - c¿, (19)

где

S s

с = p + S--•-■. ' (20)

Углы cow и сак определяются по формулам (21) и (22) :

2 г sin ф

caN = arctg -:-:— , (21)

Vd2 - 4Г2

D cos2cp + sin2cp V D2 - 4Г2 2 r sincp

сок = arcctg -:--(22)

Результаты анализа способов поворота диска сведены в таблицу. Подробный анализ показал, что поворачивать нужно на угол (йы.

После поворота диска вокруг вертикальной оси на угол со, его горизонтальная проекция также повернется на угол со. Фронтальная проекция диска повернется в противоположном направлении на угол у (4). После поворота диска вокруг горизонтальной оси на угол у его фронтальная проекция повернется на угол со (3) .

По формулам (20), (19) и (21) построены номограммы для определения величины угла со.

Величина бокового зазора устанавливается с помощью механизма регулировки в соответствии с толщиной разрезаемого листа.

При вырезке диска из квадратной заготовки отход изгибается, а диск остается плоским, При вырезке диска из диска кольцо-отход изгибается, а внутренний диск остается плоским. Если деталью должно быть кольцо, верхний диск нужно поставить в исходное положение, а нижний повернуть на угол свм.

В третьей главе представлены теоретические исследования вырезки криволинейных контуров: логарифмических и архимедовых спиралей, окружностей и кривых, заданных уравнениями.

Желательно, чтобы вектор резания Т (рис.3) был направлен перпендикулярно к плоскости Pw симметрии ножниц и приставки. Направление вектора резания зависит от толщины и свойств материала разрезаемого листа, от бокового зазора и т.д. Добиться перпендикулярности Т к Pw трудно. Определить фактическое положение Т можно только после выполнения пробных 'резов по результатам резов.

В работе рассмотрены 3 способа настройки по изобретениям [4]>[5] и [б].

В логарифмической спирали угол — Ч'с = const (рис.4) . Логарифмическая спираль получится, если в процессе резания \j/p Ф 90° и нет препятствий перемещению центра С по линии СО [7]. Для получения логарифмической спирали с другими Ч'^ достаточно поворачивать приставку вокруг оси, соединяющей ножницы и приставку. При повороте приставки против часовой стрелки спираль пойдет к центру заготовки и наоборот.

Произвольное перемещение центра С под действием сил резания не гарантирует стабильности главных характеристик спирали - угла vy^ и радиус-векторов. Для повышения надежности и стабильности качества спиралей в устройстве [8] введена кинематическая связь в виде зубчато-реечной передачи. Чтобы разрезать лист по логарифмической спирали р = р ет0, где л! = ctgvj/, делительная линия зубчатого колеса должна быть выполнена по уравнению

р=ргетв или r=mp, (23)

то есть по логарифмической спирали.

Зубчатая рейка устанавливается под углом ß к продольной плоскости симметрии приставки. При этом

1

ctg р = --(24)

т

Для вырезки логарифмических спиралей с разными углами можно использовать устройство [9] с регулируемым углом ß расположения рейки. Центр С взаимодействует с рейкой через крестово-кулисную муфту и зубчатое колесо.

Кривые с переменным радиусом кривизны постоянного знака можно получить с помощью устройства [10] . В этом устройстве зубчатое колесо имеет текущий радиус г равный

первой производной функции/ определяющей радиус-вектор вырезаемого криволинейного контура

. . . . .. . г = р' (9) . (25)

Соответственно, вырезаемая кривая является первообразной по отношению к профилю некруглого зубчатого колеса. Профиль рейки адекватен профилю зубчатого колеса.

В настоящее время существует острая необходимость в расширении производства тягодутьевых машин, особенно, высоконапорных и высокопроизводительных. Теоретический профиль корпусов вентиляторов, дымососов и гидравлических турбин определяется логарифмической спиралью. Но в связи с большей трудоемкостью разметки и из-за отсутствия необходимых высокопроизводительных и надежных устройств для разметки и вырезки спиралей, логарифмическая спираль в производстве заменяется спиралью Архимеда, а последняя -четырехцентровым завитком, построенным по так называемому конструкторскому квадрату. Такая замена снижает кпд тягодутьевых машин и турбин. Боковые листы корпусов вентиляторов вырезаются, как правило, газом или на пресс-ножницах по разметке. Несмотря на высокую трудоемкость и большой объем ручных работ качество получаемых деталей остается низким.

Архимедова спираль при постоянном шаге имеет переменный угол между радиус-вектором и касательной. Чтобы разрезать лист по спирали Архимеда, нужно перемещать центр вращения заготовки С по траектории, обеспечивающей соответствие размеров радиус-векторов р и углов между радиус-векторами и касательными к спирали для каждого полярного угла 0.

Установим С (рис.4) в точку Со, чтобы начальный радиус-вектор р расположился под углом к вектору резания Т равным углу между радиус-вектором и касательной к спирали в ее начальной точке поворотом приставки на угол р.

В этом случае в процессе резания центр С станет перемещаться по линии СО по направлению к точке О. Угол ц>0 будет постоянным, то есть рез пойдет по логарифмической спирали. Чтобы получить архимедову спираль нужно периодически или непрерывно корректировать траекторию перемещения центра С поворотом приставки: перемещением центра из точки С1 в точку С2, из С3 в и т.д. обеспечивать соответ-

ствие углов поворота и радиус-векторов. В результате центр вращения передвигается по сложной траектории, состоящей из отрезков лучей и дуг окружностей. Кривая, огибающая 'верхние точки дуг является траекторией центра вращения заготовки , обеспечивающей получениел-спирали Архимеда.

Уравнение траектории перемещения центра С в прямоугольных координатах

а2 у2

х2 + у2 = --(26)

. а2 - у2

Свойства кривой в работе подробно .проанализированы. Важно отметить, что при у —► О х-»0. Для больших значений радиус-вектора и полярного угла 9 спирали Архимеда кривая почти параллельна оси х и расположена на расстоянии, близком к величине

t

а = -, (27)

2 л

где t - шаг спирали Архимеда.

Из уравнения (27) следует, что каждой спирали (каждому Ь) соответствует своя кривая (26). Анализ показал, что для промышленных вентиляторов на,кривой (26) будет использоваться небольшой участок, почти параллельный оси к (примерно это участок С^С^) . На этом свойстве 'кривой (26) основан способ настройки приставки для вырезки спиралей Архимеда [11].

При этом способе приставка сдвигается на величину ^ в направлении, перпендикулярном плоскости симметрии ножниц. В этом случае во время резания центр С перемещается параллельно плоскости симметрии ножниц. Отклонения размеров вентилятора, полученных по этому способу выражаются в долях миллиметра, чт<о,для вентилятора допустимо и приемлемо.

Разрабоя:кшл,.методика расчета логарифмических шестерен, использованных в кинематической цепи приставки и технологический процесс их изготовления.

Полярный угол шестерни в градусах может быть больше 360°. В этом случае шестерня и рейка делятся на части, которые располагаются в разных плоскостях.

Выполнены расчеты углов между каждой парой соседних зубьев шестерни и определены числа оборотов рукоятки делительной головки для каждого шага между зубьями.

В работе подробно рассмотрены способы ориентации заготовок боковых листов корпусов вентиляторов в ножницах. В результате была усовершенствована конструкция выходного патрубка вентилятора. Четырехцентровые завитки в профилях деталей заменены логарифмическими спиралями с углом = 85°05' .

В четвертой главе приведены экспериментальные исследования криволинейных резов и практические результаты исследований.

Необходимость в экспериментальных исследованиях возникла в связи с проектированием, изготовлением и отладкой дисковых ножниц с наклонными дисками для вырезки деталей вентиляторов и дымососов на Бийском котельном заводе.

Наружный контур деталей образован тремя прямыми линиями и дугами трех окружностей, образующих четырехцент-ровый завиток по конструкторскому квадрату. Внутренний контур - окружность.

В связи со сложностью механизации вырезки завитка его заменили спиралью Архимеда. Но оказалось, что проще получить логарифмическую, чем архимедову спираль. Удалось вписать в одну спираль с 85°05' профили вентиляторов NN 3..'.15,5.

На вентиляторах NN 18... 32 у = 810 57 1 ...85 °25 ' . Унифицировать спирали этих вентиляторов нет необходимости. Вентиляторы таких размеров изготавливаются в малых количествах. Поэтому механизировать их вырезку вряд ли целесообразно. Но заменить завитки логарифмическими спиралями целесообразно: незначительное усложнение разметки окупится повышением кпд мощных вентиляторов.

Эксперименты проводились в производственных условиях заготовительного цеха ОАО «Бийский котельный завод», где установлены два экземпляра ножниц конструкции отдела механизации и автоматизации БиКЗ. В конструкцию ножниц заложены технические решения по 13 авторским свидетельствам на изобретения.

По формулам (20) , (19) и (21) для листа Б = 5 мм, ео= 0, 4, 0=160 мм, р = 0, *|/ = 45° угол поворота верхнего диска вокруг вертикальной оси получился со = 15°40'. Этот угол обеспечил нормальный рез с соотношением матовой и блестящей частей присущим резке на гильотине. На ножницах ежемесячно вырезаются тысячи деталей. Ежегодно изготавливаются десятки тысяч ТДМ.

Анализ деталей, вырезанных на ножницах, показал, что при настройке ножниц и приставки на вырезку спирали Архимеда спираль получалась ближе к архимедовой. При настройке на логарифмическую спираль - ближе к логарифмической.

При длине спирали (длине реза)около трех метров отклонение конечного радиус-вектора в пределах допуска: +3...-2 мм.

Ножницы БиКЗ марки НЦ [12] используются в производстве с 1973 года, марки ВК [13] - с 1980 года. Детали на них вырезаются с достаточной точностью. В конструкции ножниц кроме упомянутых выше устройств и способов применены: пневмомеханический рычажно-эксцентриковый механизм [14], который при малом диаметре и ходе поршня пневмоци-линдра обеспечивает большое усилие зажима заготовки; устройство [15] повышает надежность элементов кинематической цепи привода верхнего диска.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

в работе показано, что двухдисковые ножницы широко используются в машиностроении. Производственна® практика поставила задачи совершенствования конструкции, ножниц с теоретическим аналитическим обоснованием принятых конструктивных решений.

Проведен анализ существующих способов и устройств для вырезки деталей из листа на двухдисковых ноязшцах. Выявлена необходимость дальнейшего изучения и совершенствования способов резки и устройств для вырезки деталей из листа.

Получены обобщенные аналитические зависимости £{S, ег, ф, а, р, D, у, ю,) для определения дополнительных поворотов наклоненных осей дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей для получения качественного реза. Формулы даны в общем виде. Они достаточно просты и поэтому удобны для пользования в практике. 'Правильность формул проверена численными решениями и графическими построениями. По ним построены номограммы и созданы таблицы, которые дают возможность быстро и с■достаточной для практики степенью точности рассчитать новые и настроить существующие ножницы и приставки непосредственно на рабочем месте.

Разработаны и теоретически обоснованы конструкции механизмов приставок для круговой и спиральной резки, способы и устройства для разрезки по логарифмическим и архимедовым спиралям.

Теоретически обоснован профиль зубчато-реечной передачи в устройстве для вырезки логарифмических спиралей в том числе спиралей с полярным углом, превышающим 360°.

Теоретически обоснованы рациональные способы настройки ножниц и приставок с минимальным числом пробных резов. Теоретически обоснованы кинематические цепи для вырезки кривых, определенных уравнениями.

В результате проведенных исследований и новых конструкторских разработок расширена область применения двухдисковых ножниц на вырезку логарифмических спиралей и спиралей Архимеда, а также других кривых в полуавтоматическом режиме при крупносерийном производстве.

Спроектированы, изготовлены и внедрены в производство на Бийском котельном заводе двухдисковые ножницы с наклонными дисками и с приставками для разрезки по окружности, по логарифмической спирали и по спирали Архимеда

(модели НЦ и ВК). Ножницы позволили значительно повысить производительность и качество, заменить газопламенную резку холодной резкой, улучшить условия труда в заготовительном цехе, уменьшить загазованность, повысить общую культуру производства.

Предложенные' способы вырезки спиралей упрощают технологический процесс изготовления деталей вентиляторов, приближают их форму к теоретически необходимой. Наряду с технологическими вопросами изготовления вентиляторов внесены изменения в их конструкцию.

В процессе отладки и внедрения ножниц проведены экспериментальные исследования в условиях участка механизации и автоматизации, а так же в условиях заготовительного цеха завода, которые подтвердили возможность вырезки спиралей Архимеда и логарифмических спиралей на двухдисковых ножницах с приставками для круговой и спиральной резки. Установлено удовлетворительное согласие опытных данных с результатами, полученными на основе выведенных формул. Поворот верхнего диска вокруг вертикальной оси на расчетный угол по разработанной методике в зависимости от диаметра дисков, толщины и свойств разрезаемого материала обеспечивает нормальный рез, как на ножницах с наклонным ножом.

Разработанные ножницы и приставки могут быть рекомендованы для применения в судостроении, авиастроении, химическом машиностроени и других отраслях машиностроения.

Основные результаты исследований опубликованы в следующих изобретениях и статьях:

1.Казанцев П.Ф. A.c. 849625, B23D 19/04. Дисковые ножницы. Приор. 07.12.72.

2.Казанцев П.Ф., Гордеев Н.В. A.c. 846132, B23D 19/04. Ножницы дисковые. Опубл. 15.07.81. Бюл. №26.

3 . Казанцев П. Ф. , БошковА.Г., Макаров А.И. А. с.1066107, B23D 19/04. Дисковые ножницы.

4.Казанцев П.Ф. A.c. 1055004, B23D 19/00. Способ настройки приспособления для круговой резки. Приор. 02.01.80.

5.Казанцев П.Ф. A.c. 864690, B23D 19/00. Способ настройки приспособления для круговой резки к дисковым ножницам с наклонными ножами. Приор. 13.05.75.

6.Казанцев П.Ф., Фокин Г.М. A.c. 482260 B23d 33/02. Устройство к дисковым ножницам для резки листового материала по спирали и кругу. Опубл. 30.05.75. Бюл. №32.

7.Казанцев П.Ф. A.c. 515601, B23D 33/02. Способ резки листового материала по спирали. Опубл. 30.05.76. Бюл. №20.

8.Казанцев П.Ф. A.c. 726743, B23D 33/02. Дисковые ножницы для вырезки логарифмических спиралей. Приор. 05.01.76.

3.Казанцев П.Ф. A.c. 1094681, B23D 19/08. Ножницы дисковые. Опубл. 30.05.84. Бюл. №20.

Ю.Казанцев П.Ф., Канынин П.А. A.c. 1349899 B23D 19/04. Дисковые ножницы. Приор. 05.01.76.

11.Казанцев П.Ф. A.c. 526459, B23D 19/00. Устройство для резки листового материала по спирали Архимеда. Опубл. 30.08.76. Бюл.№32.

12.Казанцев П.Ф., Бошков А.Г. Полуавтомат для вырезки деталей из листового материала. «Кузнечно-штамповочное производство», 1984 №5. с. 33...35.

13.Казанцев П.Ф., Бошков А.Г. Полуавтомат для вырезки деталей из листового материала. В сб. «Станки для котельного производства. Изд. ОАО «Бийский котельный завод». 1997.

14.Казанцев П.Ф., Бошков А.Г., Аршавская В.В. А.с. 1143584. В25В 1/14. Зажимное устройство. Опубл. 07.03. 85. Бюл. №9.

15.Казанцев П.Ф., Бошков А.Г. A.c. 1214344 Дисковые ножницы. B23D 19/04. Опубл. 28.02.86. Бюл. №8.

16.Казанцев П.Ф. Исследование, разработка и внедрение двухдисковых ножниц. 1997, Бийский котельный завод.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ И МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ КРИВОЛИНЕЙНОЙ РАЗРЕЗКИ

ЛИСТОВОГО ПРОКАТА.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Виды очага деформации при разделительных операциях.

1.2. Взаимосвязь технологических условий с формой среза.

1.3. Отрезка на гильотинных ножницах.

1.4. Процесс резания листового проката на двухдисковых ножницах.

1.5. Анализ схем установки дисков.

1.6. Анализ схем ножниц и приспособлений для криволинейной резки.

1.7. Выводы. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ОПТИМИЗАЦИЯ УГЛОВ ПОВОРОТА ДИСКОВ ДВУХДИСКОВЫХ НОЖНИЦ ВОКРУГ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ

И ВЕРТИКАЛЬНЫХ ОСЕЙ.

2.1. Процесс разделения металла наклонными дисками.

2.2. Поворот дисков вокруг горизонтальных осей.

2.3. Сдвиг и поворот верхнего диска.

2.4. Поворот верхнего диска вокруг центра кривизны эллипса.

2.5. Поворот верхнего диска вокруг точки N.

2.6. Сравнение способов поворота верхнего диска.

2.7. Построение проекций дисков.

2.8. Настройка ножниц при повороте верхнего диска вокруг вертикальной оси.

2.9. Выводы.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫРЕЗКИ.

КРИВОЛИНЕЙНЫХ КОНТУРОВ.

3.1. Вырезка спиралей Архимеда.

3.2. Вырезка логарифмических спиралей.

3 .3. Настройка ножниц с приставкой для круговой и спиральной резки.

3.4. Установка заготовки.

3.5. Вырезка криволинейных контуров.

3.6. Расчет логарифмической шестерни.

3.7. Выводы.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

КРИВОЛИНЕЙНЫХ РЕЗОВ И ПРАКТИЧЕСКОЕ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

4.1. Цель экспериментов; детали вентиляторов.

4.2. Резка листов наклонными дисками.

4.3. Вырезка логарифмических спиралей и спиралей Архимеда.

4.4. Дисковые ножницы Бийского котельного завода.

4.5. Эффективность использования результатов исследований.

4.6. Выводы.

ОГНОГШКТК РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

В заготовительных цехах различных отраслей промышленности нашли широкое применение двухдисковые одностоечные ножницы с наклонными дисками для вырезки заготовок и деталей из листового проката. Применение их практически ограничено прямолинейными и круговыми резами. Возможность выполнения фигурных резов трудно реализовать из-за отсутствия соответствующих приспособлений и механизмов.

В настоящее время существует острая необходимость в расширении производства тягодутьевых машин, особенно высоконапорных и высокопроизводительных. Теоретический профиль корпуса вентилятора и дымососа определяется логарифмической спиралью. Из-за отсутствия необходимых высокопроизводительных и надежных устройств для разметки и вырезки спиралей логарифмическая спираль в производстве заменяется спиралью Архимеда, а последняя - завитком, построенным по так называемому конструкторскому квадрату. Боковые листы корпусов вентиляторов вырезаются, как правило, газом или на прессножницах по разметке. Несмотря на высокую трудоемкость и большой объем ручных работ, качество получаемых деталей остается низким.

Большая серийность выпуска тягодутьевых машин, перспектива увеличения выпуска этих машин диктуют необходимость дальнейшего совершенствования технологического процесса, механизации и автоматизации производства, разработки устройств для механизации вырезки из листа деталей сложной формы. Все перечисленное определяет актуальность проблемы, связанной с разработкой более прогрессивной технологии и оборудования для разрезки листа по криволинейному контуру.

Исследованиям кинематики дисковых ножниц посвятили ряд работ наши ведущие ученые А. И. Целиков, А. Н. Ирошников, В.В. Носаль, А.А. Королев и др., а технологическим вопросам разделительных операций - В.П. Романовский, В.В. Носаль, Ф.П. Михаленко, Л .А. Митропольская, В.А. Тимощенко и др.

Разработкой и совершенствованием дисковых ножниц занимаются ЭНИКМАШ, ЦБКМ, Азовское специальное конструкторское бюро кузнечно-прес-совых автоматов и гибочных машин, Тираспольский завод литейных машин им. С. М. Кирова, Ленинаканский завод КПО и другие.

В отечественной промышленности создан ряд двухдисковых одностоечных ножниц с наклонными дисками, в том числе ножницы типа Н-4418, Н-4420. На Бийском котельном заводе созданы и используются ножницы типа НЦ и ВК.

Ведущими зарубежными фирмами, выпускающими двухдисковые ножницы, являются фирмы Niagara, Kling, Beatty - США; Scottish, Brooks, Edwards -Англия; WMW - ГДР; Stahl, Pels, Johann Kunz, Wagner, Trumpf & C°, Muhr & Bender - ФРГ, Strojimport, Skoda Export - Чехословакия; Mariany, Fabrica Italianna Lame -Италия, Pullmax - Швеция; Bachofen & Meier - Франция.

При проектировании оборудования, в теоретических исследованиях двухдисковых ножниц большое внимание уделяется улучшению захвата, затягивания листового материала и вопросам, связанным с улучшением качества реза.

В результате анализа литературы выявлена необходимость повышения производительности и расширения технологических возможностей оборудования для разрезки листового проката по криволинейным контурам. В связи с этим выполнены теоретические исследования, позволившие обосновать выбор взаимного положения режущих дисков поворотом их вокруг горизонтальной или вертикальной оси, разработать аналитические зависимости для построения номограмм и построить номограммы для установки режущих дисков, разработать аналитические зависимости для настройки приставки на вырезку спиралей и окружностей с минимальными усилиями между двухдисковыми ножницами и приставкой, обосновать способы установки и ориентирования заготовки для вырезки различных элементов контура детали, получить аналитические зависимости для вырезки произвольных криволинейных контуров.

Экспериментальные исследования подтвердили правильность выводов, полученных в результате теоретических исследований, относящихся к вырезке круговых и спиральных контуров. Эксперименты проводились на Бийском котельном заводе в производственно-промышленных условиях заготовительного цеха на двухдисковых ножницах с наклонными дисками и с приставкой для круговой и фигурной вырезки, разработанных на основе выполненных теоретических исследований автора. Результаты экспериментов использованы при проектировании полуавтомата типа ВК для вырезки из листа деталей с криволинейными элементами в контуре. Внедрение полуавтомата обеспечило повышение производительности, улучшение качества, облегчение ручного труда, повышение культуры производства, расширило технологические возможности процесса.

Научная новизна работы:

- аналитически обоснована необходимость разворота наклонных дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей;

- выведены формулы, построены номограммы и графики для определения величины углов разворота дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей в зависимости от технологических параметров процесса отрезки (диаметров дисков, углов наклона их осей, толщины и свойств разрезаемого листа, бокового за-зара между дисками);

- аналитически подтверждены рекомендации ЦБКМ и ЭНИКМАШа по выбору величины углов разворота дисков вокруг горизонтальных осей;

- обоснована необходимость введения в кинематическую цепь двухдисковых ножниц дифференциала;

- аналитически обоснованы кинематические цепи приставок для разрезки листа по логарифмическим и архимедовым спиралям и по кривым, заданным уравнениями;

- выведены формулы траекторий движения заготовки при разрезке по кривым линиям;

- разработаны аналитические зависимости для настройки приставки на вырезку спиралей и окружностей с минимальными усилиями между двухдисковыми ножницами и приставкой с минимальным числом пробных резов;

- обоснованы способы установки и ориентирования заготовки для вырезки различных элементов контура детали;

- улучшена конструкция вентиляторов Бийского котельного завода;

- экспериментально подтверждена правильность выводов, полученных в результате теоретических исследований.

Практическая ценность разработанной технологии и оборудования заключается в возможности изготовления из листа деталей со сложным контуром, включающим линии второго порядка. Предложенные технология и оборудование позволяют увеличить производительность труда, повысить кулыуру производства, улучшить качество деталей по сравнению с вырезкой газом. Полученные математические зависимости и номограммы позволяют настраивать ножницы и приставки для криволинейной резки с минимальными затратами времени и заготовок.

Разработанные технология и оборудование впервые реализованы на Бийском котельном заводе для изготовления деталей котлов и тягодутьевых машин. Результаты промышленного внедрения показали стабильность размеров и формы получаемых деталей. Значительно сокращены затраты живого и овеществленного труда.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В работе проведен анализ существующих способов и устройств для вырезки деталей из листа на двухдисковых ножницах. Выявлена необходимость дальнейшего изучения и совершенствования способов резки и устройств для резки листового проката. Получены аналитические зависимости для определения дополнительных поворотов осей наклонных дисков вокруг горизонтальных или вертикальных осей для получения качественного реза.

Разработаны приставки для круговой и спиральной резки, способы и механизмы для вырезки логарифмических и архимедовых спиралей.

Получены численные решения и построены номограммы для расчета настройки дисковых ножниц. Спроектированы, изготовлены и внедрены в производство наБийском котельном заводе двухдисковые ножницы с наклонными дисками и с приставками для круговой и спиральной резки (модели НЦ и ВК). В процессе отладки и внедрения ножниц проведены экспериментальные исследования в условиях участка механизации и автоматизации, а также в условиях заготовительного цеха завода.

Предложенные способы вырезки спиралей упрощают технологический процесс изготовления деталей вентиляторов, приближают их форму к теоретически необходимой.

Экспериментальные исследования подтвердили возможность вырезки спиралей Архимеда и логарифмических спиралей на двухдисковых ножницах с приставкой для круговой и спиральной резки. В то же время эксперименты показали недостаточную стабильность и точность формы и размеров спиралей.

Необходимо продолжать проектно-конструкторские и экспериментальные исследования кинематики и силовых характеристик двухдисковых ножниц с целью определения: аналитических зависимостей угла поворота приставки от угла поворота заготовки при вырезке криволинейных контуров с постоянным и переменным знаками кривизны; определения усилий затягивания листа режущими наклонными дисками, пробуксовки наклонных дисков, повернутых вокруг горизонтальных или вертикальных осей, экспериментальной проверки кинематических схем механизма для вырезки криволинейных контуров, точности вырезаемых криволинейных (спиральных) контуров характеристик процесса резания наклонными дисками, влияния величины отрезаемого отхода на точность криволинейного профиля и др.

128

Ножницы конструкции Бийского котельного завода защищены 13 авторскими свидетельствами на изобретения .

Внедрение ножниц повысило производительность, улучшило условия труда в заготовительном цехе, уменьшило загазованность, повысило общую культуру производства, расширило технологические возможности.

Ножницы могут быть рекомендованы для внедрения в машиностроении, судостроении, авиастроении, строительной промышленности, нефтяном и химическом машиностроении и других отраслях промышленности.

1. Азимов С А., Монастыренко С.А. и др. А. с. 302231, B26d 1/12. Устройство для продольной резки листового материала. Опубл. 28.04.74. Бюл. № 15.

2. Амчиславский Н.В. Резчик металла в прокатных цехах. М.: Металлур-гиздат, 1957.

3. Андреев С.К. Универсальные роликовые ножницы УРН-6. Вестник машиностроения, 1950. № 11, с. 44-45.

4. Баландин В.Г., Румако Г.Н. А.с. 236196, B23d 10/01. Способ резки листового материала. Опубл. 24.01.69. Бюл. № 6.

5. Баранов Н.М., Крылов Н.И., Лукин В.И. Экспериментальное исследование процесса резания металла на ножницах с параллельными ножами. Труды ВНИИМЕТМАШ, сб. 27. М., 1970 с. 3-66.

6. БарбашовН.А., Гончаров Б.А. А.с. 356117 B26d 1/14. Дисковые ножницы для вырезки круглых заготовок и колец. Опубл. 23.10.72. Бюл. № 32.

7. Блох Л.С. Практическая номография. -М.: Высшая школа, 1971.-328 с.

8. Больбот В.К., Машура В.И. А.с. 257268, B23d 21/01. Способ резки листового материала на парнодисковых ножницах. Опубл. 11.11.69. Бюл. № 35.

9. Бриджмен П. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. М.: Ил, 1955.

10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. -М.: Гостехиздат, 1955. 975 с.

11. Бэкофен В. Процессы деформации. М.: Металлургия, 1977. - 288 с.

12. Вентиляторы радиальные (центробежные) общего назначения. ГОСТ 5976-90.

13. Вишневский Н.С., Овчинников А.Г. Исследование процесса чистовой вырубки со сжатием. Кузнечно-штамповочное производство, -1974 -№ 1-е. 10-14.

14. Волосатов В.А. Механизация работ по раскрою листового материала. -Л.: Лениздат, 1953.

15. Волосатов В.А. Безотходная и малоотходная штамповка листовых деталей. -М.-Л.: Машгиз, 1961.

16. Головлев В. Д. Исследование процесса вырубки-пробивки. Сб. «Новое в области штамповочной технологии». М.: Машгиз, 1951.

17. Графический справочник по математике. Атлас кривых. Под. ред. А.Ф. Берманта. -М.-Л.: ОНТИ, 1937.

18. Грошиков А.И., Малафеев В.А. Заготовительно-штамповочные работы в самолетостроении. -М.: Машиностроение, 1976. -439 с.

19. Губарев В.В. Эспериментальные исследования механизма деформации при резке листового металла в штампах. Автореф. дисс. -М.: 1954.-21 с.

20. Дурнев В.Д. , Казаринова Т.А. Напряжения при вырубке листового материала. «Труды Лен. инж.-экон. ин-та». Вып. 119, 1976.

21. Дымососы и вентиляторы. Каталог 15-80. НИИЭИНФОРМТЯЖМАШ, 1980.

22. Жигалов В.А. Устройство для резки листого материала. А.с. СССР № 1247194. Кл. B23D 19/00. Бюл. № 28. 1986 г.

23. Залесский В.И., Губарев В.В. Механизм деформации при резке металла в штампах. В сб.: Технологические процессы обработки стали и сплавов. Труды МИС (XXXIII). Металлургиздат. 1955.

24. Зубцов М.Е. Листовая штамповка. Л.: Машиностроение, 1980. - 431.

25. Ирошников А.Н. Машиностроение. Энциклопедический справочник. -М.: Машгиз, 1949. Т. 8.

26. Использование станков с программным управлением. Справочное пособие. Под. ред. В. Лесли. -М.: Машиностроение, 1976.

27. Казанцев П.Ф., Бошков А.Г. Полуавтомат для вырезки деталей из листового материала. Кузнечно-штамповочное производство. 1984. № 5. -с. 33-35.

28. Казанцев П.Ф., Фокин Г.М. А.с. 482260 B23d 33/02. Устройство к дисковым ножницам для резки листового материала по спирали и кругу. Опубл. 30.05.75. Бюл. № 32.

29. Казанцев П.Ф. А.с. 515601, B23D 33/02. Способ резки листового материала по спирали. Опубл. 30. 05. 76. Бюл. № 20.

30. Казанцев П.Ф. А.с. 526459, B23D 19/00. Устройство для резки листового материала по спирали Архимеда. Опубл. 30.08.76. Бюл. № 32.

31. Казанцев П.Ф. А.с. 726743, B23D 33/02. Дисковые ножницы для вырезки логарифмических спиралей. Приор. 05.01.76.

32. Казанцев П.Ф., Гордеев Н.В. А.с. 846132, B23D 19/04. Ножницы дисковые. Опубл. 15.07.81. Бюл. № 26.

33. Казанцев П.Ф. А.с. 849625,B23D 19/04. Дисковые ножницы. Приор. 07.12.72.

34. Казанцев П.Ф. А.с. 864690, B23D 19/00. Способ настройки приспособления для круговой резки к дисковым ножницам с наклонными ножами. Приор. 13.05.75.

35. Казанцев П.Ф. А.с. 1055004, B23D 19/00. Способ настройки приспособления для круговой резки. Приор. 02.01.80.

36. Казанцев П.Ф., Бошков А.Г., Макаров А.И. Ас. 1066107, B23D 19/04. Дисковые ножницы.

37. Казанцев П.Ф. А.с. 1094681, B23D 19/08. Ножницы дисковые. Опубл. 30.05.84. Бюл. № 20.

38. Казанцев П.Ф., Бошков А .Г., Аршавская В.В. А.с. 1143584. В25В 1/14. Зажимное устройство. Опубл. 07.03.85. Бюл. № 9.

39. Казанцев П.Ф., Бошков АГ. А.с. 1214344 Дисковые ножницы. B23D 19/04. Опубл. 28. 02. 86. Бюл. № 8.

40. Казанцев П.Ф., КаныпинП.А. А:с. 1349899 B23D 19/04. Дисковые ножницы. Приор. 05.01.76.

41. Казанцев П.Ф., Бошков А.Г. Полуавтомат для вырезки деталей из листового материала ВК. Сб. Станки для котельного производства. -Бийск.: ОАО Бийский котальный завод, 1997. 396.

42. Казанцев П.Ф. Исследование, разработка и внедрение двухдисковых ножниц. Бийск.: ОАО Бийский котельный завод, 1997. 138 с.

43. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных цехов. -М.: Машиностроение, 1959.

44. Королев А.А. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. -М.: Металлургия, 1976. 544 с.

45. Королев А.А., Николаевский Г.М. Механическое оборудование прокатных цехов. М.: Машгиз, 1953.

46. Косточкин В.Н. Тягодутьевые установки центральных электрических станций. Вентиляторы. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1950. 303 с.

47. Крылов Н.И., Тарасов Б.М. Усилия резания на ножницах. Труды ВНИИМЕТМАШ, сб. № 27. М. 1970. с. 67-76.

48. Крылов Н.И., Третьяков Е.М., НепершинР.И. Определение средних величин интенсивностей деформаций и скоростей деформаций при разрезании заготовки. Сб. Пластическое течение металлов. М.: Наука, 1968.

49. Кухтаров В.И. Холодная штамповка. М.: Маш., 1962. - 403 с.

50. Кучеров П.М., Давыдов Н.М. и др. А.с. 556899, B23D 19/08. Устройство для обработки листового материала по криволинейному контуру. Опубл. 05.05.77. Бюл. № 17.

51. Лапшов Л.Л., Дунаевский В.И., Цыбанев В.И. Упрощенный метод расчета усилий резания полос на гильотинных ножницах с наклонными ножами. ВНИИМЕТМАШ, сб. 23, Т.1. М.: Машиностроение, 1969. -с. 96-110.

52. Леонов И.С., Фуга Г.П. и др. Ножницы для резки листового и сортового проката. М.: Машиностроение, 1972. - 376 с.

53. Левин И.М., Боткачик И.А. Эксплуатация ТДМ тепловых электростанций. М.: Энергия, 1977. - 272 с.

54. Литвин Ф.Л. Некруглые зубчатые колеса. -М.-Л.: Машгиз, 1956.

55. Малафеев B.C., Пикман С.А. А.с. 431968, B23d 19/08. Устройство для резки криволинейных листовых деталей. Опубл. 15.06.74, Бюл. № 22.

56. Малов А.Н. Технология холодной штамповки. М.: Оборонгиз, 1963.-564 с.

57. Медведюк Н.И. Механизация жестяницких работ. М.: Высшая школа, 1975.

58. Митропольская Л.А. Исследование процесса резки полосы прямоугольного сечения прямыми параллельными ножами. Дисс. М., 1969.

59. Михаленко Ф.П. Стойкость разделительных штампов. М.: Машиностроение, 1976. - 208 с.

60. Мовшович А.Я., Заярненко Е.И., Долгов В.А. Исследование сопротивления срезу при штамповке листового материала. «Технология и организация производства». Киев. - 1975. - № 2. - с. 28-30.

61. Невельсон М.И. Центробежные вентиляторы. -М.: Госэнергоиздат, 1954.

62. Новиков Н.В. Двухдисковые ножницы модели Н4420. Кузнечно-штам-повочное производство. 1970. -№ 2. - с. 24-25.

63. Ножницы листовые двухдисковые с наклонными ножами. Основные параметры и размеры. ГОСТ 8249-89.

64. Норицын И.А., Шехтер В.Я., Мансуров A.M. Проектирование кузнечных и холодноштамповочных цехов и заводов. М.: Высшая школа, 1977.-423 с.

65. Носаль В.В. Усилия при резании металла на ножницах. «Сталь», М.: Машгиз, 1945. № 2-3, - с. 61-66.

66. Носаль В.В. Резание металлов на дисковых ножницах. М.: Машгиз, 1950.-50 с.

67. Обработка металлов давлением. Операции ковки и штамповки. Термины и определения. ГОСТ 18970-84. -М.: Изд-во стандартов, 1973.

68. Пимонов М.А. Двухдисковые ножницы модели Н4418. «Кузнечно-штам-повочное производство», 1974, -№ 1, - с. 38-39.

69. Поликовский В.И. Вентиляторы, воздуховоды, компрессоры. -М.: Энер-гоиздат, 1933.

70. Полухин П.И., Федосов Н.М. и др. Прокатное производство. -М.: Металлургиздат, 1960.

71. Поляк С.М., Непершин Р.И., Дятлов Ю.М. Анализ процесса резки вы-сечным инструментом. Сб. Пластическое деформирование металлов. -М.: Наука, 1974. с. 139-152.

72. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. - 278 с.

73. Прокатное производство. Справочник. Под. ред. Е.С. Рокотяна. М.: Металлургиздат, 1962. - Т. 2.

74. Растопчин С.А., Губарев В.В. Резка с редуцированием. «Кузнечно-штам-повочное производство». 1972. - № 9.

75. Ровинский Г.Н., Алабин С.В. и др. Холодная штамповка в машиностроении. М.: Машгиз, 1954.

76. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. -М. JI: Машгиз, 1959.-520 с.-с. 22-23.

77. Романовский В.П., Бер В.И. и др. Чистовая вырубка и пробивка толстолистовой стали в горячем состоянии. «Технология и организация производства». Киев. - 1976. - № 7. - с. 38-40.

78. Романовский В.П. Сопротивление срезу при пробивке-вырубке толстолистовых материалов. «Труды Ленингр. инж.-экон. ин-та», вып. 119.1976, с. 53-59.

79. Романовский В.П. Усилия и сопротивление срезу при вырубке листовых деталей. «Вестник машиностроения». 1976. -№ 4. - с. 82-84.

80. Романовский В. П. Расчет усилий и удельной нагрузки режущих кромок штампов при чистовой вырубке и пробивке. «Кузнечно-штамповочное производство». 1978. -№ 5. - с. 18-20.

81. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1979. - 520 с.

82. Романовский В.П. Влияние жесткости заготовок на усилие вырубки-пробивки листового металла. «Кузнечно-штамповочное производство». -1983,-№2.-с. 19-20.

83. Свешников B.C. Прогрессивная технология холодной штамповки. Л.: Лениздат, 1974. - 231 с.

84. Синицын В.Т. Исследование процесса резки круглого сортового проката сдвигом при повышенных скоростях деформирования. Автореф. дисс. М.: Мосстанкин, 1967.

85. Смирнов В.К. Вальцовка заготовок под штамповку. М.: Машиностроение, 1964. -124 с.

86. Смирнов В.К., Литвинов К.И., Харитонов С.В. Горячая вальцовка заготовок. -М.: Машиностроение, 1980. 151 с.

87. Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. - 496 с.

88. Соловцов С.С. Отрезка от сортового проката точных заготовок для объемной штамповки. «Кузнечно-штамповочное производство». -1972. -№8.-с. 18-22.

89. Соболевский Н.А. Об одном разногласии среди прокатчиков. В сб. «Проблемы прокатного производства», Труды ВНИИМЕТМАШ. сб. № 32, М„ 1972, с. 72-87.

90. Соколовский В. В. Теория пластичности. М.: Высшая школа, 1969.

91. Суворов И. К. Обработка маталлов давлением. М.: Высшая школа, 1973.-364 с.

92. Тимошинский Г.Н., Казанцев П.Ф. А.с. СССР № 261878, B23D. Опубл. 13.01.70. Бюл. №5.

93. Тимощенко В.А. Механизм разделения заготовок при резке, вырубке. В сб. «Прогрессивные технологические процессы». Кишинев: Штиинца, 1975.-с. 38-42.

94. Тимощенко В.А. Определение границ очага пластической деформации в процессах с неустановившимся течением. «Заводская лаборатория», 1976, №6.

95. Тимощенко В.А. Элементы теории и технологии разделительных процессов. Кишинев: Штиинца, 1979.

96. Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. М.: Машиностроение, 1969.

97. Федоров Н.А., Шабельский И.З. Двухдисковые ножницы и приспособления к ним для выполнения различных технологических операций. «Машиностроитель», 1959, № 11, с. 22-25.

98. Федосов Н.М. Усилия при резании металла на ножницах. «Технология обработки стали». Сб. XXVI МИС. М., Металлургиздат, 1948.

99. Фокин Г.М., Устинов В.В. Устройство к дисковым ножницам для вырезки спиральных кривых. Опубл. 14.07.72. Бюл. № 22.

100. Фокин Г.М., Устинов В.В. Устройство к дисковым ножницам для листового материала. А.с. СССР № 398361, B23D, 19/04. Приор. 09.11.70. Опубл. 1973. Бюл. №38.

101. Фокин Г.М. Оптимизация изготовления спиральных контуров корпусов тягодутьевых машин. В сб. Станки для котельного производства. Изд. 2. г. Бийск, 1997. 396 с. Под ред. Казанцева П.Ф.

102. Фокин Г.М. К расчету следящих систем устройств для резания спиральных кривых. В сб. Станки для котельного производства. Изд. 2. г. Бийск, 1997.

103. Фокин Г.М. К вопросу о влиянии угла разворота приспособления для круговой резки дисковых ножниц на качество изделий. В сб. Станки для котельного производства. Изд. 2. г. Бийск, 1997.

104. Фокин Г.М. Способы компенсации угловой погрешности следящей системы при резке спиральных кривых. В сб. Станки для котельного производства. Изд. 2. г. Бийск, 1997.

105. Хаичек Вацлав. А.с. 429900, B23d 19/04. Дисковые ножницы. Опубл. 30.05.74. Бюл. №20.

106. Хованский Г.С. Основы номографии. М.: Наука, 1976. - 351 с.

107. Целиков А.И. Механизмы прокатных станов. М.: Машгиз, 1946.

108. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. - 494 с.

109. Центробежные вентиляторы. Под ред. Т.С. Сомомаховой. М.: Машиностроение, 1975. - 415 с.

110. Челышев Н.А. Резание металлов на ножницах с параллельными ножами. Труды Сибирского металлургического ин-та им. С. Орджоникидзе, № 2. М., Металлургиздат, 1955.

111. Челышев Н.А. Исследование процесса резания на ножницах с параллельными ножами и некоторые пути рационализации его. Сб. «Обработка металлов давлением», II. -М.: Металлургиздат, 1953.

112. Черкасский В.М. Насосы. Вентиляторы. Компрессоры. М.: Энергия, 1977.-422 с.

113. Черкасский В.М. Насосы. Вентиляторы. Компрессоры. М.: Энерго-атомиздат, 1984. - 422 с.

114. Черкасский В.М., Романова Т.М., Кауль Р.А. Насосы. Компрессоры. Вентиляторы. -М.: Госэнергоиздат, 1962.

115. Шевакин Ю.Ф., Шайкевич B.C. Обработка металлов давлением. М.: Металлургия, 1972. - 245 с.

116. Шофман JI.A. Основы расчета процессов штамповки и прессования. -М.: Машгиз, 1961.

117. Юсипов З.И., Каплин Ю.И. Обработка металлов давлением и конструкции штампов. М.: Машиностроение, 1974.

118. Яшаяев С.Ш. Резка сдвигом. «Кузнечно-штамповочное производство», 1965, №11.

119. Car dell. Пат. Швеции № 188219, МКИ B23d 12/01. Anordning vid platklippningsmaskiner och satt vid dess anvandning. Опубл. 17.03.64.

120. Gimnar Johan. Пат. ФРГ № 1187458, МКИ B23d 12/01. Kreismesserschere zum Anfassen von Kanten an Blechen und anderen Werkstjucken. Заявлено 02.08.52.

121. Heinz Sander. Пат. ФРГ № 2314730, МКИ B23d 19/04. Blechschere zum Schneiden Kreisrunder Blechtafeln. Опубл. 04.03.76.

122. Huml Pavel. Hochgeschwindigkeitsschneiden. Eine Bruchtechnik fur hohe Rohteilqualitfll. -Draht-Fachz.-1976, 27, № 6, c. 273-276.

123. Iwata Kazuaki, Ueda Kanji, Yamada Yasuyuki. Study of shearing mechanism based on direct SEM observation. Journal of the Japan society for technology of plasticity, vol. 20, № 220. -1979-5, p. 437-443.137

124. Kanal-Bodenschere. -Bander-Bleche-Rohre. -1975, 16, №4, с. 167.

125. Naumam Hubert. Пат. ФРГ № 977638, МКИ B23d 12/01. Blechschere Zum Anschneiden von Y-Kanten an Blechen. Опубл. 17. 09. 53.

126. Nauman Hubert. Пат. ФРГ № 1267946, МКИ B23d 19/04. Blechschere. Опубл. 02.01.69.

127. Pfeiffer John. Пат. США. 3682032, МКИ B26d 1/28. Slitter with sparpness retention capability. Опубл. 08.08.72.

128. Rouyer Georges, Marcel Duchemin. Пат. Англии. № 1099993, МКИ B21d 19/04. A manually operable tool for cutting or sharping thin sheets. Опубл. 17.01.68.

129. Scheuerman M. Mabnahmen Zum Verbessern der Scherfachehngute Von Stahlknuppeln. -Industrie-Anzeiger. 1975, 97, № 69, c. 1538-1544.

130. Schwere Kreisschere mit Fuhrungsbogen. -BanderBleche-Rohre. -1973, 14, № 12, c. 544.