автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка технологии изготовления деталей из тонколистовой электротехнической стали

На правах рукописи

Покроев Александр Иванович

Разработка технологии изготовления деталей из тонколистовой электротехнической стали

Специальность 05.02.08 — Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Белгород 2006

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент Афанасьев А.А. Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Островский М.С.

БГТУ им. В. Г. Шухова Ведущая организация: ОАО завод "Электромашина"

диссертационного совета К 212.014.02 в БГТУ им. В.Г.Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46, ауд.242).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГТУ им. В.Г.Шухова.

Автореферат диссертации разослан 2? /¿? ЛООби

Московский государственный горный университет (МГГУ); к.т.н., доцент Минасян А.Г.

Защита состоится

заседании

Ученый секретарь диссертационного совет» уп

кандидат технических наук, доцент Стативко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Вопросы точности рубки деталей из электротехнической стали до настоящего времени традиционно остаются актуальными. В настоящей работе предлагается вариант решения проблемы повышения качества рубки деталей, без снижения производительности оборудования. Целью совершенствования оборудования является повышение точностных показателей технологических процессов, применяемых с использованием современного оборудования.

Для сложнопрофильной рубки тонколистового проката в настоящее время используются компаундные штампы. Данное оборудование экономически малоэффективно и практически не применяется в условиях среднесерийного производства.

Таким образом, задача усовершенствования данного метода для повышения точности обработки деталей из электротехнической стали связана с проблемой его удешевления. Метод, предложенный в настоящей диссертации, является более целесообразным, так как позволяет получить результат, максимально удовлетворяющий требованиям заказчика и исполнителя.

Цель работы: разработка концепции модернизации однокривошипных штамповочных прессов и внедрение их в производство для обработки листов якорного железа из тонколистовой электротехнической стали на основе вновь разработанной технологии вырубки пазов на данном оборудовании.

Научная новизна работы.

Разработаны научные основы технологии получения пазов в листах якорного железа для необходимой точности обработки.

Построена математическая модель процессов формообразования пазов в якорном железе из тонколистовой электротехнической стали и доказана ее адекватность практическим результатам применения разработанной конструкции штампа.

Разработана концепция модернизации существующих прессов КД2320 для процессов пробивки пазов в тонколистовом прокате.

Получены сравнительные результаты экспериментальных исследований рассеяния размеров пазов в детали до модернизации пазопробивного автомата на базе пресса КД2320 и после ее проведения. Получены теоретические зависимости необходимого коэффициента демпфирования прижима штампа и прогиба детали от ее радиуса.

Практическая ценность работы.

1. Разработана новая технология установки и выверки заготовки относительно базовых поверхностей пресса для обеспечения заданной точности детали.

2. Разработана технологическая схема пробивки пазов в листе якорного железа с использованием разработанного нового приспособления.

3. Спроектирован и внедрен в производство модернизированный пазопробивной автомат на базе пресса модели КД2320.

Внедрение результатов работы.

Результаты работы апробированы и внедрены на базе: ОАО "Экспериментальный завод Энергоремонт"; ОАО "Электромашина"; ООО "Электротяжмаш", входящих в холдинг электротехнических предприятий г. Белгорода.

Апробация работы.

Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались:

- на двух международных конгрессах: "Современные технологии в промышленности строительных материалов" г. Белгород 2003,2005 годов;

- на двух Белгородских областных конкурсах научных молодежных работ "Молодежь Белгородской области" г. Белгород 2003,2004 годов;

- на конкурсе 2005 года на соискание грантов: студенты, аспиранты и молодые ученые — малому наукоемкому бизнесу "Ползуновские гранты".

Автор защищает.

1. Закономерности описания технологического процесса изготовления листов якорного железа, полученные в данной диссертации, обеспечивающие необходимую точность обработки.

2. Результаты математического моделирования обработки нежесткого тела - листа якорного железа.

3. Концепцию модернизации прессов на основе модели КД2320 для получения сложного профиля и результаты ее внедрения в производство.

4. Обоснование технологической схемы обработки с использованием разработанного приспособления.

Публикации. По диссертационной тематике было опубликовано 7 статей, которые были опубликованы в журналах, сборниках, материалах конференций.

Объем и структура работы: Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, изложенных на 133 страницах машинописного текста, включающего 20 таблиц, 40 рисунков, список литературы из 90 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертационной работы, указана научная новизна, практическая ценность, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературы и постановке задач исследования. В ней дано описание объектов и предметов исследования, дан анализ технологических свойств электротехнических сталей. Описаны достоинства и недостатки, особенности оснастки и оборудования, особенности технологических процессов штамповки, лазерной резки, пазопробивания.

Технология раскроя простого профиля листового проката нашла отражение во многих работах ученых. В современной России и странах СНГ имеется большая научная школа, представителями в области обработки пластической деформацией которой являются: профессоры И. В. Кудрявцев, Ю. Г. Проскуряков, А. А. Хворостухин, Ю. Г. Шнейдер, Д. Н. Юдин и другие. Современный этап развития технологии машиностроения, в частности теории пластической деформации, связан с широким использованием достижений фундаментальных наук, в развитие которых внесли вклад профессоры В. И. Аверченко, Н. М. Капустин, В. П. Митрофанов, В. В. Павлов, Ю. М. Соломенцев, В. А. Тимирязев, А. Г. Суслов, М. А. Тамаркин, А. Г. Схиртладзе, В. Д. Цветков и другие.

Для выполнения поставленной цели анализировались известные технологии.

1. Штамповка компаундным штампом на отечественном прессе КД2320 (рис.1). Ее достоинства — большая скорость, повторяемость размеров. Ее недостаток — очень большая себестоимость изготовления. В настоящей работе данная технология рассматривается в качестве базовой.

2. Резка на лазерном комплексе ЛК — 3015+2,0. Достоинство резки — возможность раскроя сложного профиля в автоматическом режиме. Недостатки - большая себестоимость изготовления, низкое качество резки данной стали (подтверждено диссертантом экспериментально).

3. Резка на широкоуниверсальном прессе итальянского производства Еиготас. Достоинство пресса — возможность раскроя сложного профиля в автоматическом режиме. Недостатки — недостаточное

усилие прижима детали, низкий конструктивных элементов пресса.

Ч 1

уровень унификации

Рис. 1. Схема пробивки паза.

1 — пуансон, 2 — деталь, 3 — матрица, 4 — прижим (демпфер).

Р — усилие рубки (обеспечивается прессом), Р„р — усилие прижима (обеспечивается прокладками 4),

А - зазор между пуансоном и матрицей.

Анализ существующих способов разделения тонколистового проката привел к необходимости разработки технологии, использующей их достоинства, и лишенной их недостатков.

В соответствии с вышеизложенным материалом, в рамках данной диссертационной работы необходимо решить следующие задачи.

1. Определить из известных технологий методы получения пазов в деталях, которые в наибольшей степени отвечают требованиям, поставленным перед современным производством.

2. Провести анализ погрешностей, влияющих на повторяемость размеров и дать их количественную оценку. На ее основе сделать вывод о пригодности разработанной схемы обработки.

3. Разработать математическую модель схемы обработки нежесткого тела (пазов под обмотку в листе якорного железа). Рассчитать необходимую жесткость демпфирующих прокладок для уменьшения влияния деформации элементов на точность обработки.

4. Добиться повторяемости (в пределах допусков) формы и размеров якоря в сборе из листов якорного железа путем совершенствования принятой схемы обработки.

5. Разработать теоретические принципы построения технологической линии обработки с оборудованием, имеющим жесткую конструкцию и максимум стандартных деталей.

6. Проверить экспериментально результаты • математического моделирования процесса обработки.

7. Теоретически оценить экономический эффект от использования предложенного оборудования.

Вторая глава. Представлено теоретическое обоснование процессов, происходящих при вырубке. Дается понятие идеального конечного результата (ИКР), проверяется соответствие вышеизложенных методик ИКР. Проводится математическое моделирование процесса обработки данного листа с целью расчета возникающих погрешностей обработки, выявления степени их влияния на точность обработки и методы уменьшения данных погрешностей. Предложено усовершенствование конструкции пазопробивного автомата, с целью уменьшения влияния нежесткости заготовки на точность обработки. Проведен статистический анализ повторяемости размеров пазов деталей. Проведено моделирование процессов, происходящих при штамповке пазов якорного железа в промежуток времени от начала возникновения деформаций и до начала образования трещин.

Для решения поставленных задач в данной главе рассмотрена теоретическая схема базирования детали и условия достижения требуемой точности. Лист якорного железа рассматривается как деталь типа "диск" (рис. 2). При базировании детали типа "диск" (рис.3) в качестве баз используются ось и две плоскости, которые образуют комплект, включающий в себя установочную, двойную опорную и опорную базы.

Деталь — лист якорного железа представлена на рис.4. Здесь плоскость установочной плиты (установочная база) лишает деталь трех степеней свободы, жесткая втулка (двойная опорная база) - двух степеней, шпоночный паз (опорная база) - одну степень свободы.

X

Рис.2. Базирование детали типа "диск".

Комплект.

Э-2-1

установочная

двойная опорная

опорная

Рис.3. Комплект баз деталей типа "диск".

В рамках данной диссертации было проведено моделирование процессов, происходящих при формообразовании нежесткого тела, в частности процесса изгиба листа при раскрое с учетом демпфирования.

Статическое уравнение изгиба с учетом демпфирования.

+ + = (1) дх4 дх2ду2 су4

где V — диаметр листа, а — коэффициент демпфирования, м> — искомый изгиб листа в точке (х,у), Г0) — функция усилия, вызывающего изгиб.

ШШ

ФИО

¡ти

гни. -

2. Допустимый поборот осей

пзхСпХТ 1 Допуск на погреиноапь шага паэаО Оз ж

Рис.4. Лист якорного железа двигателя ДЭ816.

Начальные и граничные условия.

IV = 0 при х = 0, у=0; при х — Я, у = II.

д2ч>

О,

д2ч?

— о прих = Я,у — К

(2)

(3)

(4)

- (5)

дг4 г дг3 г2 дг2 Оа При данных начальных и граничных условиях и соотношении толщины листа к его диаметру ,у/£>-»0 решение данного уравнения представлено выражением:

Эх* ' ду2

Р0) = 0 при / = О. Р(0 =Рпри1 = г0. Уравнение (1) в полярных координатах запишется в следующем виде:

д4м; 2 д3ч? 1 д2ч> Р

+ ■

w =

n 3 + E 2 2 \ 2 1 R 0,5-—~(R -г )-г'1п— l + E r

(6)

8тЮа

где Е — модуль упругости. Е = 2*10п Па.

Зависимость (6) позволяет рассчитать изгиб в каждой точке листа, а также необходимый коэффициент демпфирования резиновых прокладок. При К = г/2 (максимальный изгиб) и Р = 1 ООкН (обеспечивается прессом) данную зависимость можно представить в следующем виде:

от = 1,25* 10

зА

7TW

(7)

Однако искомый прогиб м> зависит от времени. Для его нахождения следует решить еще одно дифференциальное уравнение:

а4^ 2д3\V 1 д2м 1 д2м>

+—-г-н- 2 =Р(г)> (8)

дг4 г дг' г1 дг1 k¿ dt

г 2 El где k ---

(9)

Здесь: Е — модуль упругости, р — 7850 кг/м3 - плотность стали, I, Б—момент инерции и площадь поперечного сечения детали.

Дополнительное условие, характеризующее динамичность процесса:

-= 0 приt

dt

0.

Решение уравнения 8 получим в следующем виде:

о • Я" Г

со = 2 sin —г

R L

R 2л

1 + -—eos-

Ал R

1 Лгг 1 .

— eos-1 + —5— sm

R R к2 л

f<]

+ F(t)

(10) .(11)

На практике применяются частные решения данного уравнения:

1) при t = 0 (начальный момент времени), г — R /2 (рис.5 нижняя

кривая)

2

О),

R

R 2 я

1 н--cos -

Ля R

коэффициент демпфирования а, будет равен (рис.6):

R2

а = 1,25*10

О . я 2 л sin —г R

R 2л

1 Л--eos -

Ля R

(12) (13)

2)

при t = to(в момент рубки -

а=2 зт

71

Л

2яТ1 <— —/

, , — „ * 0,45Ьг

1 +•—СОУ- — С05-+

Ал Л 1д Л

рис.5 верхняя кривая) 1 . 0,45Ът

45000, от

(14)

П А С

0 425 - )0

0,4 0 375 -

0 35 -

5 0 325 -

^ 0 3-

^ О 975 -

0 25 -

0 225 -

0 2 -

и, 1 /О - 0 15 - I т

1С ю и Ю 1£ ю 2: >0 2« ю зс я, Ю 3' мм ю зе Ю 42 Ю 4£ 50 5С

Рис.5. Зависимость прогиба детали при обработке от ее радиуса под действием собственного веса (нижняя кривая) и при действии усилия рубки 100 кН (верхняя

кривая).

Рис.6. Зависимость необходимого коэффициента демпфирования от радиуса детали.

Проверка повторяемости размеров после вырубки при условии обработки без брака показала, что погрешность установки детали при

базировании на жесткой оправке с креплением по торцу, рассчитанная по формуле (15) равна Аусх < 95,9 мкм.

Ьуст < д/А2 -(А2,. + А2„ +ЗА2Ш И +ЗА2С) , 05)

где А = 187,1 мкм. - суммарная погрешность обработки, Ауст — погрешность установки в оправку, Ахк =10 мкм - погрешность обработки, вызываемая неточностью изготовления шага канавок храпового колеса, Ап= 20 мкм — погрешность угла поворота делительного механизма, Ашп=10 мкм — погрешность, возникающая от смятия базовой шпонки пазом детали вследствие люфта, Дс=100 мкм - погрешность обработки, вызываемая износом собачки.

Нормативная величина погрешности установки Дуст = 50 мкм менее допустимой, следовательно, условие обработки без брака выполняется.

В результате анализа зависимостей в главе 2 установлено, что в случае применения демпфирующих элементов, позволяющих не учитывать влияние изгиба деталей на повторяемость размеров, гарантируется получение пазов в листе якорного железа без брака.

Проведено математическое моделирование зависимости точности обработки от технологического параметра — угла дополнительного проворота делительного механизма.

Таблица 1

Результаты моделирования._

Параметр Значение

расчетное максимально допустимое

Суммарная погрешность обработки, Д 182, 5 мкм 200

Допустимая погрешность установки, Дуй- 50 мкм 95,9

Набегающая погрешность проворота оси последнего (42) паза, вызванная эксцентриситетом детали, &ри: Смещение оси паза, вызванное данным проворотом, Д,/ 2' 121, 8 мкм ■ ...

Суммарная погрешность угла проворота, 8<рх Смещение оси паза, вызванное данным проворотом, Д,/ 4'52" 278 мкм ...

Суммарная погрешность деления, ¿кр^х Суммарное смещение оси паза, Д**г 9'42" 476 мкм 10' 500 мкм

Интервал обеспечения угла деления, <р 8°24'30" 55 ф £ 8°44' ...

Максимально допустимая величина износа собачки, Д, 100 111,2

Результаты моделирования позволили доказать возможность самонастраиваемости делительного механизма (табл.1).

Результат математического моделирования процесса штамповки до возникновения пластических деформаций (до потери системой устойчивости) — распределение напряжений по поверхности листа, представлен на рис.7. Из-за пластичности исследуемого материала напряжения передаются по всем направлениям обрабатываемой поверхности. Так как основное усилие рубки направлено по контуру, напряжения по контуру вырубки максимальны. В местах соприкосновения детали с прижимом остаточные напряжения минимальны. Таким образом, деталь вне зоны обработки неподвижна. Этим полностью подтверждаются целесообразность применения и расчетные характеристики прижима.

наибольшие напряжения, где начинается разрыв наименьшие напряжения

Рис. 7. Распределение напряжений по поверхности листа.

Третья глава. Приводится методика проведения экспериментов по определению соответствия технологических показателей представленной технологии требуемым (повторяемость размеров, качество поверхностей реза), перечислены результаты, полученные в процессе проведения исследований, приводится анализ путем сравнения практических результатов с теоретическими. Проведен анализ приборной базы используемой при проведении экспериментов.

В данной главе сформулирована гипотеза, подлежащая проверке в диссертационной работе: обеспечение удовлетворительных технико-экономических показателей получения пазов в якорном железе всех

типоразмеров электродвигателей с помощью модернизированного пазопробивного автомата на основе пресса модели КД2320.

В работе исследован разброс 840 размеров пазов в 20 деталях, полученных с помощью пазопробивного автомата до модернизации и после ее осуществления (рис.8). Нормальный закон распределения размеров подтвержден критерием Пирсона с доверительной вероятностью а = 0,05.

Диапазон рассеивания размеров: 13,06 - 13,24 (0,18) мм до модернизации; 12,96 - 13,08 (0,12) мм после ее осуществления.

ко

>4«

120

30«

2£0

ген

240

226

70«

а МО

КО

1«

120

100

«0

<0

40

20

0

гГ

Рис.8.

У

/

/

\

У

«»_ • «а. <=>_ о «а 2_ 8_ 8 5 Я р^. Я. Ч. Ц. Ч. Я. Ц. «ч, Я. Ц й[

агга^яяяяяяяяяяяяяяяэяяяяяяя---

—идеальный случай

— практический

— после модернизации

а я я

Ь, мм.

Распределение размеров пазов, полученных с помощью пазопробивного автомата в листах якорного железа.

Таблица 2

Сравнительные результаты статистического анализа рассеяния размеров до

Параметр До модернизации После модернизации Величина изменения параметра (уточнение)

Диапазон рассеивания размеров 13,06-13,024 (0,18) 12,96-13,08 (0,12) -0,06 (33%)

Центр группирования 13,16 13,02 -0,14

Среднеквадратичное отклонение размеров 0,0241 0,0212 -0,0029 (12%)

Повторяемость размеров даже до модернизации находится в пределах поля допуска на размер: 0,2 мм. Т—6а = 0,126 мм после модернизации.

автомата

Данные эксперимента полностью согласуются с теоретическими. В соответствии с проведенным анализом была таблично задана целевая функция (табл. 7).

FonT= min (Fi, F2, F3). (16)

Из таблицы 3 следует, что Fom = F3, следовательно, наилучшая технология обработки пазов под обмотку в листе якорного железа — штамповка на пазопробивном автомате.

Дальнейшую модернизацию технологии обработки пазов следует производить с учетом возможностей этого оборудования.

Таблица 3

Целевая функция известных технологий получения пазов в тонколистовом

прокате из электротехнической стали.

№ Показатель Компаундный штамп (Р/) Лазер (F2) ПазопробивноЙ автомат (Р^)

1. Производительность Пр, дет./мин. 1 0,5 0,5

2. Повторяемость зависит от точности неудовлетвори- 0,12

размеров Д мм. изготовления штампе тельная (>0.2)

3. Величина в зависимости от нагар до 1мм в зависимости

заусенца номера детали в от номера

z, мм. партии детали в партии

4. Шероховатость 11а 6.3 RalOO 11а 6.3

5. До, мкм. Экономическая эффективность Ээ, руб. — <0 353 тыс. отн. использования компаундного штампа

Четвертая глава. На основе представленных теоретических положений разработана технология пробивки пазов на модернизированном оборудовании. Производственная технология получения пазов в тонколистовой заготовке осуществлена на стандартном прокате:

„ 0,5-Я-2-ТО-ЭТБ 2212 -Г

Лист —-

ГОСТ 21427.2 -83

была разработана и воплощена в металле следующая концепция:

Реализованная концепция модернизации: совмещен ход ползуна с

движением деления, осуществляемым встраиваемым в пресс делительным

механизмом. Данное совмещение осуществляется автоматически с

помощью регулируемой системы рычагов и включает последовательность

следующих стадий:

1. Подача заготовки с поворотом кривошипа делительного устройства на 30° и выходом собачки в зону зацепления.

2. Небольшой возврат делительного устройства с фиксацией собачки.

3. Приведение в движение ползуна пресса с его перемещением на 5,5 - 5,8 мм.

4. Прижим резиновых прокладок на пуансоне и опускание пуансона для вырубки отверстия.

5. Возврат пуансона в крайнее верхнее положение, выход собачки.

6. Поворот заготовки на одно деление храпового колеса.

7. Повторение пунктов 1- 6 до окончания цикла обработки детали. Остановка пресса по окончания цикла обеспечивается или концевым выключателем, соединенным с командоаппаратом пресса, или вручную.

Для того чтобы обработка каждого листа начинался с одного положения необходимо четкое согласование работы всех систем пресса, особенно бесконтактных выключателей (БВК), муфты-тормоза и ползуна. Этим достигается требуемая повторяемость размеров.

Пятая глава посвящена экономическому анализу существующих технологий, которые сравниваются на основании математического моделирования производственных затрат.

Годовой экономический эффект при переходе от базовой технологии (штамповка компаундным штампом) к штамповке пазопробивным автоматом с учетом затрат на внедрение составляет 352988 руб. Срок окупаемости пазопробивного автомата пять месяцев.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана концепция модернизации существующих прессов КД2320 для процессов пробивки пазов в тонколистовом прокате.

2. Разработаны научные основы технологии получения пазов в листах якорного железа для необходимой точности обработки.

3. Получены сравнительные результаты экспериментальных исследований рассеяния размеров пазов до, и после модернизации пазопробивного автомата на базе пресса КД2320.

4. Получены теоретические зависимости необходимого коэффициента демпфирования прижима штампа и прогиба детали от ее радиуса.

5. Разработана математическая модель процессов формообразования пазов в якорном железе из тонколистовой электротехнической стали и доказана ее адекватность практическим результатам применения разработанной конструкции штампа.

6. Разработана производственная технология получения пазов в листах якорного железа для необходимой точности обработки.

7. Спроектирован и внедрен в производство модернизированный пазопробивной автомат на основе пресса модели КД2320.

8. Предложена технологическая схема обработки с использованием разработанного приспособления в разработанной технологии получения пазов в якорном железе.

9. Экономический эффект при переходе от штамповки компаундным штампом к штамповке пазопробивным автоматом за первый год составляет (с учетом затрат на внедрение): 352988 руб.

Основные положения диссертации отражены в работах.

1. Покроев А.И. Возможности применения лазеров в системах измерения и контроля размеров и перемещений /А.И.Покроев, П.М.Колесников //Вестник БелГТАСМ- Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2003- №7, 4.4 -С.23-26.

2. Покроев А.И. Способы увеличения поглощения лазерного излучения обрабатываемой поверхностью /А.И.Покроев, П.М.Колесников //Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей.- Белгород: изд-во БелГТАСМ, 2003. - С. 133 - 137.

3. Покроев А.И. Совершенствование технологии сложнопрофильного раскроя тонколистовых деталей /А.И.Покроев, П.М.Колесников, Н.А.Пелипенко. — М.: Заготовительные производства в машиностроении, 2004. — № 11. — С. 54 — 56.

4. Покроев А.И. Средства защиты оператора при работе с лазерным излучением /А.И.Покроев, П.М.Колесников //IV Межрегиональная с международным участием научно-техническая конференция: Механики XXI веку. - Братск: изд-во БрГУ, 2005. - С. 173 - 177.

5. Покроев А.И. Анализ технических возможностей применения пресса с ЧПУ Еигошас. Методика устранения замеченных недостатков при проектировании технологической линии для выполнения подобных задач /А.И.Покроев, Н.А.Пелипенко, Я.Н.Пелипенко. //Вестник БГТУ.— Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2005. -№11. - С. 366 - 368.

6. Покроев А.И. Применение логического анализа для решения задач сложнопрофильного раскроя сталей /А.И.Покроев, А.В.Фанина, С.А.Хмельницкая. //Современные технологии в промышленности стройматериалов и стройиндустрии: Сборник докладов. - Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2005. - С. 224 - 226.

7. Покроев А.И. Технологический анализ предпосылок для модернизации пресса КД2320. Стратегия модернизации. /А.И.Покроев, А.М.Никифоров //Современные технологии в промышленности стройматериалов и стройиндустрии: Сборник докладов— Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2005. - С. 215-217.

Покроев Александр Иванович

Разработка технологии изготовления деталей из тонколистовой электротехнической стали

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Изд. лиц. ИД №00434 от 10.11.99.

Подписано в печать ^ 9. 09 Об Формат 60x84/16. Усл. печ. л.1,0 Уч.-изд.

Тираж 100 экз. Заказ №9

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г.Шухова 308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46.

Введение.

ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТОНКОЛИСТОВОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

1.1. Описание объектов и предметов исследования.

1.2. Основные способы формообразования тонколистовых стальных заготовок в машиностроении.

1.3. Штамповка

1.3.1. Достоинствам недостатки.

1.3.2. Особенности технологического процесса.

1.4. Лазерная резка

1.4.1. Особенности технологического процесса.

1.4.2. Методика и результаты проведенных экспериментов по лазерной резке сталей.

1.5. Обработка заготовок с помощью пазопробивных устройств

1.5.1. Конструктивные особенности устройств.

1.5.2. Обзор основного и вспомогательного оборудования, работающего по данному принципу.

1.6. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ОБРАБОТКИ ТОНКОЛИСТОВОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

2.1. Формирование идеального конечного результата и проверка соответствия известных методик обработки ИКР.

2.2. Базирование детали типа "диск".

2.3. Точностные параметры пробивки пазов якорного железа

2.3.1. Постановка задачи устранения влияния нежесткости листа якорного железа на точностные характеристики процесса получения функциональных пазов по контуру детали.

2.3.2. Анализ погрешностей размеров пазов.

2.3.3. Построение математических моделей формообразования пазов.

2.4. Моделирование процессов, происходящих при штамповке пазов якорного железа до начала пластических деформаций.

2.5. Статистические исследования.

2.6. Расчет необходимой точности обработки и выбор методов ее обеспечения.

2.7. Выводы.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАБОТКИ

ПАЗОВ

3.1. Цели, методы и план проведения экспериментов.

3.2. Выбор оборудования для проведения натурных испытаний, обоснование применяемой приборной базы.

3.3. Методика проведения экспериментов на пазопробивном автомате.

3.4. Рекомендации по технике безопасности при проведении данных экспериментов.

3.5. Результаты экспериментов на пазопробивном автомате

3.5.1. Распределения размеров пазов.

3.5.2. Построение и анализ эмпирической зависимости изменения величины заусенца в процессе износа штампа.

3.6. Сравнение теоретических данных с экспериментальными результатами.

3.7. Выводы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАЗОВ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЕЕ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

4.1. Особенности производственной технологии получения пазов в тонколистовом материале.

4.2. Модернизация пресса КД2320 для проведения сложнопрофильной обработки

4.2.1. Подготовка оборудования к модернизации.

4.2.2. Особенности воплощения концепции модернизации.

4.3. Проработка технологической схемы обработки с использованием разработанного приспособления.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЕЙ

5.1. Определение производственных показателей.

5.2. Расчет и сравнение экономической эффективности различных методов обработки.

5.3. Выводы.

Актуальность темы

В современных экономических условиях на предприятиях, производящих сложные электрические машины, наряду с внедрением нового технологического оборудования становится актуальным эффективное использование имеющегося оборудования, его модернизация и унификация. Целью совершенствования оборудования является повышение точностных показателей технологических процессов, применяемых с использованием современного оборудования.

Вопросы точности вырубки деталей из электротехнической стали до настоящего времени традиционно остаются актуальными. В настоящей работе предлагается вариант решения проблемы повышения качества вырубки деталей без снижения производительности имеющегося оборудования.

Для сложнопрофильной вырубки тонколистового проката в настоящее время используются компаундные штампы. Обычно формообразующие элементы штамповой оснастки обладают длинными рубящими кромками, влияющими на качество получаемых деталей. Повышение эффективности работы штампа достигается специальными методами нанесения покрытия и доводки рубящих кромок так, чтобы сама обработка происходила методом резания. Режущие кромки создаются скосами граней, и каждая точка кромки высечного штампа последовательно одна за другой создает линию реза (метод ножниц). Однако указанные методы и механизм разделения экономически малоэффективны и практически не применяются в условиях среднесерийного производства [28].

Таким образом, задача усовершенствования данного метода для повышения точности обработки деталей из электротехнической стали связана с проблемой его удешевления. Метод, предложенный в настоящей диссертации, является более целесообразным, так как позволяет получить результат, удовлетворяющий требованиям заказчика и исполнителя.

Цель работы:

Разработка концепции модернизации однокривошипных штамповочных прессов и внедрение их в производство для обработки листов якорного железа из тонколистовой электротехнической стали на основе вновь разработанной технологии вырубки пазов на данном оборудовании.

Научная новизна работы

Разработаны научные основы технологии получения пазов в листах якорного железа для необходимой точности обработки.

Построена математическая модель процессов формообразования пазов в якорном железе из тонколистовой электротехнической стали и доказана ее адекватность практическим результатам применения разработанной конструкции штампа.

Разработана концепция модернизации существующих прессов КД2320 для процессов пробивки пазов в тонколистовом прокате.

Получены сравнительные результаты экспериментальных исследований рассеяния размеров пазов в детали до и после модернизации пазопробивного автомата на базе пресса КД2320.

Получены теоретические зависимости необходимого коэффициента демпфирования прижима штампа и прогиба детали от ее радиуса.

Степень разработанности темы

В конце 19 века компания "Зингер" [59] стала активно внедрять в производство швейную машинку с электроприводом. В 20 веке Шуллер [41] предложил устройство для получения деталей резанием, работающий по принципу возвратно-поступательного движения иглодержателя швейной машинки. В дальнейшем эта идея широкого распространения не получила. В развитии листовой штамповки были использованы другие способы. В настоящее время на ООО "Электротяжмаш" применяемая технология листовой штамповки уже не полностью удовлетворяет технико-экономическим требованиям. В связи с этим в вопросах совершенствования разделительных операций при теоретических и экспериментальных исследованиях в этой области исследователи вновь обратились к штамповке резанием.

За рубежом в настоящее время тоже занимаются проблемой применения штампов, использующих принцип резания. Диссертантом анализировались конструкции и принцип работы широкоуниверсального пресса Еиготас итальянского производства, предназначенного для профильной вырубки пазов в тонколистовом материале. Однако, исходя из его особенностей функционирования, применять данный пресс в условиях ООО "Электротяжмаш" и других предприятий нецелесообразно.

Научная деятельность проводилась в следующих направлениях:

1. Выявление на основе путем логического, математического моделирования и экспериментального сравнения наилучшей из рассматриваемых технологий обработки тонколистовой электротехнической стали.

2. Анализ особенностей работы и конструкторская проработка технических характеристик оборудования, применяемого при данной технологии.

Практическая ценность работы

1. Разработана новая технология установки и выверки заготовки относительно базовых поверхностей пресса для обеспечения заданной точности детали.

2. Разработана технологическая схема пробивки пазов в листе якорного железа с использованием разработанного нового приспособления.

3. Спроектирован и внедрен в производство модернизированный пазопробивной автомат на базе пресса модели КД2320.

Автор защищает

1. Закономерности описания технологического процесса изготовления листов якорного железа, обеспечивающие заданную точность обработки.

2. Результаты математического моделирования обработки нежесткого тела -листа якорного железа.

3. Концепцию модернизации прессов на основе модели КД2320 для получения сложного профиля и результаты ее внедрения в производство.

4. Обоснование технологической схемы обработки с использованием разработанного приспособления.

Апробация работы

Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на двух международных конгрессах: "Современные технологии в промышленности строительных материалов" г. Белгород 2003, 2005 годов. Также результаты работы представлялись на участие в двух Белгородских областных конкурсах научных молодежных работ "Молодежь Белгородской области" г. Белгород 2003, 2004 годов; конкурсе 2005 года на соискание грантов: студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу "Ползуновские гранты".

Реализация проекта

Проект реализован на базе следующих организаций: осуществления математического моделирования - кафедра "Технология машиностроения" Белгородского Государственного Технологического Университета имени В.Г. Шухова; эксперименты, связанных со штамповой оснасткой и оборудованием -ЗАО "Сокол - АТС", ООО "Электротяжмаш"; эксперименты по лазерной резке материалов - ОАО "Белгородский завод Ритм", ОАО "Новатор";

- эксперименты на итальянском прессе EUROMAC - ОАО "Сельхозмашина"; эксперименты на пазопробивном автомате - ОАО экспериментальный завод "Энергоремонт", ОАО завод "Электромашина", ООО "Эл ектротяжмаш".

Внедрение результатов

Проект внедрен на базе следующих предприятий: ОАО экспериментальный завод "Энергоремонт", ОАО завод "Электромашина",

ООО "Электротяжмаш", - входящих в холдинг электротехнических предприятий г. Белгорода.

Спроектированный пазопробивной механизм к прессу КД2320 работает на ООО "Электротяжмаш".

Основные положения диссертации отражены в следующих работах.

1. Покроев А.И. Возможности применения лазеров в системах измерения и контроля размеров и перемещений /П.М.Колесников, А.И.Покроев //Вестник БГТУ им. В.Г.Шухова. - Белгород: изд-во БГТУим.В.Г.Шухова, 2003.-№7, 4.4. - С.23-26.

2. Покроев А.И. Способы увеличения поглощения лазерного излучения обрабатываемой поверхностью /П.М.Колесников, А.И.Покроев //Энергосберегающие технологические комплексы и оборудование для производства строительных материалов: Межвузовский сборник статей. - Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2003. - С.133-137.

3. Покроев А.И. Совершенствование технологии раскроя сложнопрофильных тонколистовых деталей /П.М.Колесников, Н.А.Пелипенко, А.И.Покроев //Заготовительные производства в машиностроении. - М.: Машиностроение, 2004. - № 11. - С.54-56.

Покроев А.И. Средства защиты оператора при работе с лазерным излучением /П.М.Колесников, А.И.Покроев //IV Межрегиональная с международным участием научно-техническая конференция: Механики XXI веку. - Братск: изд-во БрГУ, 2005. - С. 173 - 177. Покроев А.И. Анализ технических возможностей применения пресса с ЧПУ Еиготас. Методика устранения замеченных недостатков при проектировании технологической линии для выполнения подобных задач /Н.А.Пелипенко, А.И.Покроев, Я.Н.Пелипенко //Вестник БГТУ-Белгород: изд-во БГТУ им. В.Г.Шухова, 2005. - №11. - С. 366 - 368.

выводы.

1. Разработана концепция модернизации существующих прессов КД2320 для процессов пробивки пазов в тонколистовом прокате.

2. Разработаны научные основы технологии получения пазов в листах якорного железа для необходимой точности обработки.

3. Получены сравнительные результаты экспериментальных исследований рассеяния размеров пазов до и после модернизации пазопробивного автомата на базе пресса КД2320.

4. Получены теоретические зависимости необходимого коэффициента демпфирования прижима штампа и прогиба детали от ее радиуса.

5. Разработана математическая модель процессов формообразования пазов в якорном железе из тонколистовой электротехнической стали и доказана ее адекватность практическим результатам применения разработанной конструкции штампа.

6. Разработана производственная технология получения пазов в листах якорного железа для необходимой точности обработки.

7. Спроектирован и внедрен в производство модернизированный пазопробивной автомат на основе пресса модели КД2320.

8. Предложена технологическая схема обработки с использованием разработанного приспособления в разработанной технологии получения пазов в якорном железе.

9. Экономический эффект при переходе от штамповки компаундным штампом к штамповке пазопробивным автоматом за первый год составляет (с учетом затрат на внедрение): 352988 руб.

1. ГОСТ 2.105-1995. Общие требования к текстовым документам -М.: ВНИИНМАШ, 1995. 35 с.

2. ГОСТ 7.80-2000. Библиографическая запись. Библиографическое описание. М.: ИПК изд-во стандартов, 2004. - 170 с.

3. Александров JI.B. Системный анализ при создании и освоении объектов техники /Л.В.Александров, Н.П.Шепелев.- М.: НПО Поиск, 1992,- 136 с.

4. Альтшуллер Г.С. Жизненная стратегия творческой личности /Г.С.Альтшуллер.-Мн.: Беларусь, 1994. -478 с.

5. Аменадзе Ю.А. Теория упругости/ Ю.А.Аменадзе- М.: Высшая школа, 1971.-287 с.

6. Аналитические и численные методы в теории переноса: /Под ред. П.М.Колесникова. Мн.: Институт тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова АН БССР, 1977. - 304 с.

7. Аршавский Е.А. Проектируем с помощью компьютера. Будущему инженеру о САПР/Е.А.Аршавский-Мн.: Университет, 1991.-125 с.

8. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения /Б.С.Балакшин-М.: Машиностроение, 1969. 559 с.

9. Басов К.А. ANSYS. Справочник пользователя /К.А.Басов.- М.: АМК, 2005.-251 с.

10. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических ц. процессов и производств. Охрана труда. /П.П.Куклин, В.Л.Лапин,

11. Е.А.Подгорных и др.- М.: Высшая школа, 1999. 187 с.12