автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Вибропресс с гидроимпульсным приводом для многокомпонентного нагружения порошковых заготовок

1 ' °ВШНИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ

0 “З 'іг.П і'-''" УНІВЕРСИТЕТ

1 і іШіі І*;:

СЕВОСГЯІІОВ ІВАН ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

ВІБРОПРЕС З ГІДРОІМПУЛЬСНИМ ПРИВОДОМ ДЛЯ БАГАТОКОМПОНЕНТНОГО НАВАНТАЖЕННЯ ПОРОШКОВИХ ЗАГОТОВОК

Спеціальність 05.03.05 - "Процеси і машини обробки тиском"

УДК 621.979:621.768.4.06

л

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидита технічних наук

Вінниця - 1998

Дисертацією е рукопис

Робота виконала у Вінницькому державному технічному університеті (ВДТУ) Міністерства освіти України на кафедрі металорізальних верстатів та обладнання автоматизованого виробництва (МРВОАВ).

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Ісковнч-Логоцькиіі

Ростислав Дмитрович, ВДТУ, завідувач кафедри МРВОАВ.

Офіційні опоненти - доктор технічних наук Штерн Михайло Борисович, Інститут проблем матеріалознавства ПАНУ (м. Київ), завідувач відділу мікромеханіки і реології порошкових і композиційних матеріалів.

- кандидат технічних наук, професор Рудь Віктор Дмитрович, Луцький державний технічний університет, завідувач кафедри технології та автоматизації виробництва.

Провідна установа - Науково- дослідний інститут нових фізичних і прикладних проблем, відділ №11, Міністерство промислової політики України, м. Київ.

Захист відбудеться " ’'іч&уСч&Жі 1998 р. ой. год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.03 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 286021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ГУК, ауд. 210.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці ВДТУ за вказаною адресою.

Автореферат розісланий " «/Ь 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Виробництво деталей з порошкових матеріалів з наперед іаданими фізико-механічними властивостями - зносостійкістю, міцністю, термостійкістю наноситься до нанперспективніших та високоефективних безвідходних технологій іашинобудування. Основним етапом цього виробництва є процес формоутворення аготовок, який визначає якість готових виробів і можливість виключення додаткової іеханічної обробки.

За даними результатів досліджень, опублікованих в Україні та за кордоном, [апгфектнвнішим, а у більшості випадків і едино можливим способом формоутворення аготовок виробів складної конфигурації та великих габаритів з непластичних ороіикових мдтеріалів з потрібними параметрами міцності, щільності та рівнощільності а об'ємом, точності лінійних розмірів та задовільної якості поверхні с спосіб іброударного пресування (ВУП) у прес-формах закритого типу на інерційних вібропрес-юлотах (ІВПМ).

Для підвищення ефективності способа ВУП в ряді відомих робіт обгрунтовано «користання багатокомпонентного віброудариого навантаження (БКВН), в процесі кого, крім основного осьового зусилля вібропресування, до прес-форми прикладаються одаткові вібраційні або віброударні навантаження у місцях складних за конфігурацією ереходів або уся прес-форма одночасно підлягає складній вібраційній дії. Однак знеіруктивш схемні рішення спеціального обладнання, запропоновані в цих роботах для икористання в процесі БКВН, відзначаються складністю реалізації в умовах реального фобництва.

У зв'язку з вищевикладеним, розробка на базі наявних вібропресів ІВПМ нового бропресового обладнання з гідроімпульсним приводом для БКВН, простого у [готовленні та надійного в експлуатації, що дозволяє отримувати якісні заготовки їладнофасонних та великогабаритних виробів з нгпласшчішх порошкових матеріалів, є стуачьною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами організації.

Дослідження і розробки, наведені у дисертації безпосередньо зв'язані з виконанням іржбюджетних тем №19 - Д - 151 "Дослідження процесів в напружених сипких редовищах під дією періодичних імпульсів зовнішніх сил" і №19 - Д - 184 "Розробка теорії ізрахунку та проектування процесів та обладнання сучасних вібротехнологій", лючених до координаційного плану Міністерства освіти України "Високоефективні хнологічні процеси в машинобудуванні".

Мета роботи - розробка та дослідження нової конструкції вібропреса з фоімгіульспим приводом для реалізації способа багатокомпонентного віброудариого

навантаження під час формоутворення заготовок виробів складної конфігурації та великих габаритів з непластичних порошкових матеріалів, а також створення методики проектного розрахунку привода вібропреса.

Для досягнення вказаної меш були поставлені та розв’язані такі основні задачі:

- експериментального підтвердження вищої ефективності БКВН періодичними імпульсами зовнішних сил, що створюються декількома виконавчими ланками, в порівнянні із звичайним способом ВУП для формоутворення заготовок складнофасоних виробів із порошкових матеріалів з непластичними частками основи із заданими параметрами щільності та рівнощільності;

- встановлення впливу основних параметрів БКВН в процесі періодичної імпульсної зонішньої дії на якісні та кількістні параметри пресованих заготовок;

' - обгрунтовання вибору схеми реалізації БКВН та розробки конструктивної схеми

гідроімпульсного привода вібропреса для БКВН з трьома джерелами імпульсної дії на основі базової моделі ІВПМ;

- розробки динамічної та математичної моделі вібропреса з гідроімпульсним приводом для БКВН;

- встановлення адекватності математичної моделі реальним зразкам віброиресів;

- виконання теоретичних досліджень закономірностей регулювання робочих параметрів БКВН;

- розробки методики синтезу схем і проектного розрахунку спеціального вібропресового обладнання для БКВН;

- розробки рекомендацій з модернізації базової моделі ІВПМ з метою створення на ії основі вібропреса для БКВН.

Наукова новизна. Експериментально встановлено, що максимальні щільність і рівнощільність при задовільній якості поверхні в процесі пресування способом багатокомпонентного віброударного навантаження заготовок складнофасоних виробів із порошкових матеріалів з непластичними частинками основи досягаються за рахунок дії на прес- форму періодичних імпульсів зовнішних сил, параметри яких, кількість джерел віброзбудження, напрямок їх дії і місце прикладання визначаються фізико- механічними і геометричними параметрами заготовок.

Багатокомпонентну імпульсну дію на прес- форму найбільш просто реалізувати за допомогою гідроімпульсного привода, число виконавчих ланок якого дорівнює числу необхідних джерел імпульсів зовнішних сил.

Розроблена конструктивна схема гідроімпульсного привода вібропреса для БКВН з трьома джерелами імпульсної дії на основі базової моделі ІВГІМ, що включає насос постійної подачі, одноцикловий гідроакумулятор, віброзбуджувач у вигляді спеціального

трьоходового розподільника і три гідроциліндри - один основний вертикальний та два додаткових, напрямок дії яких визначається формою заготовки, під’єднаних паралельно до порожнини основного гідроциліндра.

Вперше розроблені динамічна і математична моделі вібропреса для БКВН. Теоретично і експериментально доведено імпульсний характер зусиль, створюваних на виконавчих ланках цього вібропреса, що дозволило представити його математичну модель диференційними рівняннями руху, кількість яких визначається кількістю робочих ланок. Запропоновані аналітичні залежності для визначення початкових параметрів руху робочих ланок. Досліджено вплив на роботу гідроімпульсного привода хвильових явищ в приєднаному об'ємі гідросистеми під час роботи віброзбуджувача.

Розроблена науково-обгрунтована методика синтезу схем і проектного розрахунку спеціального вібропресового обладнання для БКВН на основі базової моделі ІВПМ.

Практична цінність. Розроблений і створений експериментальний зразок вібропреса з гідроімпульсним приводом для багатокомпонентного імпульсного навантаження на основі базової моделі ІВПМ. Отримані на вібропресі заготовки складнофасоних порошкових виробів, формоутворення яких іншими способами і на обладнанні інших типів було практично неможливе, мають якість, що унеможливлює брак. Розроблені конструкція вібропреса для БКВН і методика його проектного розрахунку, прийняті до використання Броварським державним заводом порошкової металургії.

Агіробанія роботи. Основні матеріали дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на установчому конгресі з теоретичної та прикладної механіки "Механика

- 95" у 1995 р. в м. Мінську, на науково-технічних конференціях Вінницького державного технічного університету у 1994... 1997 р. р. у м. Вінниці, "Аэрокосмический комплекс: конверсия и технологии" в 1995 р. у м. Житомирі, "Гидромеханика в инженерной практике" в 1996 р. у м. Київі, "Современные проблемы машиностроения и технический проіресс" в 1996 р. у м. Севастополі.

Публікації. Основні результати дисертацийної роботи опубліковані у 8 друкованих роботах (3 статтях, 3 тезах доповідей, 2 патентах України).

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів, основних висновків та результатів, списку літератури і чотирьох додатків. Зміст роботи викладено на 227 сторінках машинописного тексту, ілюструється 54 рисунками і 4 таблицями. Додатки містять 37 сторінок. Список літератури включає 158 найменувані..

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи ії наукова новизна, практична цінпісіь. дана коротка анотація усіх розділів.

У першому розділі подано аналіз відомих процесів формоутворення заготовок порошкових матеріалів. Основну увагу приділено способам вібраційного та віброударног пресування, наведено аналіз наукових робіт, що присвячені дослідженням цих процесі розвитку теорії ущільнення порошкових матеріалів під впливом вібрацій, розробці -і створенню вібропресового обладнання з різними типами приводів, апаратури керування регулювання. В цьому напрямку значний внесок зроблено відомими вченими Р. ; Ісковичем-Лотоцьким, В. В. Іващенком, І. Ф. Гончаревичем, К. В. Фроловим, І. і Матвсєвим, І. М. Мухою, І. Г. Шаталовою, В. М. Ямом та ін.

Формоутворення заготовок виробів складної конфігурації і великих габарит найефективніше здійснюється способом ВУП. Застосування його дозволяє знизити десятки і більше разів в порівнянні із статичним пресуванням робоче зусилля пресуванн зменшити товщину стінок прес-форми. Особливо висока ефективність вказаного спосої відмічена в процесах формоутворення заготовок із непластичних порошкових матеріалі виробництво яких іншими способами було ускладнене або практично неможливе.

Найперспективнішим обладнанням для реалізації способа ВУП є розроблена ВДТУ гамма вібропресів типу ІВПМ. Привод цих вібропресів має високі енергоємністі надійність, дозволяє реалізувати різні робочі режими навантаження, здійснюва безступінчасте регулювання параметрів навантаження, у тому числі енергію одного ходу.

Дослідженням процесів ВУП і гідроімпульсного приводу ІВПМ присвячені робо Р. Р. Обертюха, О. О. Гуменчука, Б. Н. Пентюка та ін.

Вперше багатокомпонентне навантаження під час віброударного пресуван заготовок складнофасонних та великогабаритних виробів (рис. 1) було використано д рівномірного заповнення порошковим матеріалом об'єми прес-форми, підвищен підсумкових значень міцності, щільності, рівнощільності, виключення ділян недоущільнення або перепресувань. З цією метою, крім основної компонен навантаження - періодичного вертикального осьового пресового зусилля, що створ; гідроциліндр 1, до прес-форми 2 із заготовкою 3 в місцях із складними переходами аб< середніх перерізах (при формоутворенні заготовок великих габаритів) прикладаюті додаткові вібрації і удари у горизонтальних або похилих площинах, що створюй гідроциліндри 4, 5, 6. .

Відомі схеми гідроімпульсного привода вібропресів для БКВН: з індивідуальн живленням кожного із гідроциліндрів; з однією загальною насосною станцією і декілько типовими віброзбуджувачами; із загальною насосною станцією і спеціальн багатоходовим віброзбуджувачем, а також конструкції власне вібропресів (наприкл вібропрес із зворотно-гвинтовим рухом вібростола, трикоординатний вібропрес

відзначаются складністю, а їх реалізація - високою вартістю. В зв'язку з цим, подібне обладнання доцільно розробляти на основі промислових зразків ІВПМ.

У другому розділі наведені принципова і конструктивна схеми експериментального вібропреса для дослідження БКВН, створеного на основі базової моделі ІВПМ - 16, через оснащення останнього додатковим гідроциліндром горизонтальних вібрацій з іидівідуальним гідроімпульсним приводом, наведені експериментальні залежності між основними параметрами періодичних імпульсів зовнішніш сил під час БКВН і технічними параметрами вібропреса, на основі яких встановлені параметри регулювання і настроювання, розглянута методика визначення експериментальним способом параметрів найефективніших технологічних режимів багатокомпонентного імпульсного навантаженії?, що забезпечують отримання заготовок з оптимальними значеннями параметрів щільності, рівнощільності і без перепресувальних тріщин, доведено, що застосування БКВН періодичними імпульсами зовнішніх сил, ефективніше у порівнянні із ВУГІ під час формоутворення заготовок складнофасоїших виробів із непластичного порошкового матеріалу на основі карбіда кремнію, обгрунтована схема реалізації способа БКВН, розроблена конструктивна схема гідроімпульсного привода вібропреса для БКВН на основі базової моделі ІВПМ, кількість виконавчих ланок якого дорівнює кількості необхідних джерел імпульсів зовнішних сил.

Під час проведення експериментів зміна тиску у матеріалі заготовки, тиски робочої

Рис. 1. Принципова схема реалізації способу БКВН заготовок із порошкових матеріалів

рідини і переміщення рухомих ланок реєструвались тензометричними давачами за допомогою шлейфового осцилографа. '

Основними, експериментально встановленими показниками багатокомпонентного імпульсного навантаження, що найбільше впливають на характеристики середньої за об'ємом ЩІЛЬНОСТІ Рср, ВІДНОСНОЇ максимальної Єр.шах І мінімальної Єр.тіп нерівнощільності, заготовок що отримуються, а також на якість їх поверхні - наявність або відсугаіси, перепресувальних тріщін та ділянок недоуїцільнення, с амплітудне значення осьового

тиску р0.з.а в матеріалі заготовки та прискорення а)(2а.......Эц.п.а штоків (плунжерів)

додаткових гідроциліндрів в момент їх взаємодії з прес-формою.

На основі експериментальних залежностей підсумкових значень щільності і рівнощільності заготовок типових складнофасонних виробів - "опорний ізолятор", "свисток", "конус" з непластичного порошкового матеріалу на основі карбіда кремнію від основних параметрів навантаження встановлені найефективніші режими способів БКВН і ВУП.

Середня щільність заготовок виробу типу "опорний ізолятор" отриманих способом БКВН складала 65 ... 75% від теоретичної, рівнощільність - 88 ... 93%, перепресувальні тріщини або ділянки недоущільнення були відсутні, заготовок, отриманих способом ВУП

- відповідно 58 ... 66% і 77 ... 86%. Наявність у останніх ділянок недоущільнення, внаслідок якого суттєво збільшуєтея кількість браку під час транспортування заготовок з ділянки на ділянку - не дозволяло вважати їх справними. Наведені результати експерименті!! підтверджують вищу ефективність способу БКВН, реалізованого за рахунок періодичних імпульсів зовнішних сил у порівнянні зі способом ВУП.

У третій розділ увійшли: структурна схема, динамічна та математична моделі гідроімпульсного привода вібропреса для БКВН с трьома джерелами імпульсної дії на основі базової моделі ІВПМ, а також оформлені у вигляді графічних залежностей результати дослідження за допомогою ЕОМ математичної моделі.

Струкгурна схема вібропреса для БКВН (рис. 2) включає: насос з постійною подачою QHi, одноцикловий гідроакумулятор з робочим об'ємом Va, двокаскадний триходовий віброзбуджувач "на вході" і три гідроциліндри: основний гідроциліндр вертикальних переміщень вібростолу ніс (площа поперечного перерізу плунжера S,L,) і два додаткових однотипових горизонтальних гідроциліндри (площа поршнів Snop), під'єднаних паралельно за допомогою гідроліній 12, Із до порожнини основного гідроциліндра.

Робочий цикл гідроімпульсного приводи складається з двох етапів. На етапі зарядки ідроакумулятора (І етап) віброзбуджувач закритті (ліва позиція на схемі), тиск робочої мдини в акумулювальному об'ємі Уа.о збільшується, а робочі порожнини гідроциліндрів і'сднані зі зливом. В момент збільшення тиску в об'ємі Уа.о до величини рі віброзбуджувач іідкривається (права позиция) і гідроакумулятор розряджається в порожнини

>и

А

1 N -Л

А -А

____/ У

ггСШ

Ігл/г.а. /

Рис. 2. Узагальнена структурна схема вібропреса і гідроімпульсним приводом для КВН на основі базової моделі вібропреса ІВГІМ

гідроциліндрів (II етап). Вібростіл і штоки горизонтальних гідроциліндрів здійснююп. робочий ХІД. Якщо ТИСК В гідросистемі Ііадас ДО величини Р2, віброзбуджувач закривається, вібростіл і шгоки горизонтальних гідроциліндрів під дією пружин жорсткостями Су І, Су 2, повертаються у вихідне положення.

Виконання умови про те, що частота періодичної дії віброзбуджувача на гідромеханічну систему, досліджуваного вібропреса v = tic'1 менше її першої резонансної частоти, дозволяє застосувати в процесі моделювання "пружну зосереджену" модель, в якій рідина має в'язкість і стисливість, а основні параметри мас, пружних та дисипативних елементів розглядаються зведеними.

Загальна багатомасова динамічна модель робочого циклу гідроімпульсного привода вібропреса для БКВН описується системою з двадцяти семи (за кількістю ступенів вільності) нелінійних диференційних рівнянь руху зведених мас вздовж ВІДПОВІДНИХ координат, що розв’язуються чисельними методами на ЕОМ. Автором теоретичне доведено, що математична модель гідроімпульсного привода вібропреса може бутг представлена системою диференційних рівнянь руху в процесі вільних коливань лінійно неконсервативної системи з числом ступенів вільності, рівним числу робочих ланок Запропоновані аналітичні залежності для визначення початкових параметрів рухії робочих ланок.

Fla рис. З представлені спрощені динамічні моделі вібропреса для І та II етапії робочого циклу, під час складання яких були прийняти такі припущення:

- у зв’язку з тим, що маса станини більш ніж на порядок перевищує масу рухоми: робочих ланок ії переміщення можна не враховувати;

- маси клапанів першого та другого каскадів віброзбуджувача малі у порівнянні і масою рухомих ланок, тому допустимо не враховувати втрати енергії, пов’язані з ї: переміщенням;

- сили сухого тертя малі у порівнянні із робочим зусиллям, внаслідок чого нимі можна знехтувати.

На спрощених моделях (див. рис. 3) позначені такі зведені елементи:

Шпр.а - зведена до перерізу fr.a маса робочої рідини в об'ємі Va.o, що враховує тако масу поршня гідроакумулятора; тіж.п, тгж.п, тзж.п - зведені до площ Sm і Snop маси рідин в гідролініях її, 12, Із; ті - маса вертикальної робочої ланки, що враховує масу плунжер вертикального гідроциліндра - піші, корпусів горизонтальних гідроциліндрів - тк. і вібростола - тс, контейнера прес-форми - тк.п і заготовки - тіаі; тцПр - зведена інерціші маса, що враховує масу рухомої траверси - тп.т, змінних інерційних пригрузіи

Хії fEac.

жі Епді^^.гфяб.г|

Хз,г(І '"-"У I '////////////s's

Сзаг І Ьзаг^ ^заг |1 |Хці Сі < ^Ч-1 ^1 |-<ц2 Ст ^ h&jb ЙІ|1

__________JTli ж.п Г 1 ГП2 ж.п І І ГПЗж.п

Хгсж» ЙК8 6°Ф teg ЙКЙ ЬЇ

І _________ГПпр.а_________________________________________________

, f Па ~

ЕпрЛ.о 0 Еж.а/^6га2^ Са 0

5> '/////т'?///;/.

Рис. 3. Спрощені динамічні моделі робочого цикла зпрацювання підсистеми гідроімпульсного приводу вібропреса для БКВН: а - на І етапі; б - на І [ етапі

| ГЛт ^ 2тnap І І ГПпрр | | Шпор

С,г|^ )Хг»)х„

Ши п, пуансона - т„ і масу рідини в подсистемі допоміжного привода; шПор - маса поршня горизонтального гідроциліндра; си, сзаг, сі - жорсткості пружини гідроакумулятора заготовки і вертикальної робочої ланки; Ьгі , ЬГ2 , Ьв.г, Ьа, Ьі, Ьзаг - коефіцієнти в'язкогс демпфування в з'єднаннях рухомих частин гідроциліндрів основного і допоміжного приводів, гідроакумулятора, вертикальної робочої ланки і в заготовці; Кі, Нв.г, Язаг ■ постійні складники зведених сил сухого тертя в з'єднаннях вертикальної робочої ланки допоміжного гідроциліндра і в заготовці; Хі, >.2, Хз - коефіцієнти гідравлічного тертя і гідролініях 11, 12, Із; ХПр.в, Хпр.а - зведені коефіцієнти гідравлічного тертя в підсистем ДОПОМІЖНОГО привода І в об'ємі Уа.о! £пр1, £Пр2, СпрЗ, £пр.в, £пр.а - зйедені коефіцієнти місцевих опорів В гідролініях 11, 12, Із, допоміжному приводі І В об'ємі Уа.о; Еі, Ег, Ез, Епр.в Епр.а.о - зведені модулі об'ємної пружності стінок гідроліній її, 12, Із, гідроліній і робочі» порожнин ДОПОМІЖНОГО привода, об'єму Уа.о; Еж.у.гі, Еж.у.г2, Еж.у.гЗ, Еж.аІ, Еж.а2, Еж в - модул пружності робочої рідини В гідролініях 1|, І2, ІЗ при ударних тисках, В об'ємі Уа.о при тиска> рі и Р2, в гідросистемі допоміжного приводу при тиску статичного прижиму; ХІЖ, Х2ж, ХЗж хг.а.ж, Хці, Хц2, Хцз, хп, Хзаг - поточні координати пфеміщень зведених мас рідини І гідролініях її, І2, Із, Іг.а, робочих ланок, заготовки.

На І етапі (див. рис. З, а) зміна кінетичної енергії робочої рідини, що потрапляє і об'єм Уа.о від насоса Он і переходить в роботу Па стискування рідини, пружині гідроакумулятора і деформування стінок об'єма Уа.о.

На II єтапі (див. рис. З, б) робота Па переходить в кінетичну енергію переміщені зведених мас робочої рідини в гідросистемі і поршня акумулятора, втрати на тертя місцевії втрати, в роботу стиснення рідини і деформування стінок гідроліній її, І2, Із.

В свою чергу, частина кінетичної енергії робочої рідини в гідролініях її, 1г, Із АКж.гІ, ДКж.г2, ДКж.гЗ І роботи Ії стиснення І деформування СТІНОК - ДПсдгІ, АПсл.і2, ДІІслі

- переходить в роботу переміщення рухомих робочих ланок, СТИСІІСІШЯ пружні повернення, роботу сил опору деформування заготовки, сухого та в'язкого тертя подолання зусилля статичного прижиму. Теоретичне підтвердження імпульсної* характеру зусиль, що створюються на плунжері і поршнях тисками робочої рідини під чаї відкриття віброзбуджувача, дозволило не враховувати роботу сил опору заготовки, сухоп та в'язкого тертя, подолання зусилля статичного прижиму.

Рівняння балансів енергії мають вигляд

ДКж.іі + ДПс,д.гі = (гш + 2 Шпор + гпп.пр) Уцін2/2 + суі хо.уі2 / 2; (І)

ЛКж.г2 + АПсл.г2 ::: Шпор Vj;?]і^ / 2 + Су2 Х0.у22 /2; (1)

АКж.гЗ + АПсд.гЗ “ ГПпор УцЗіI~ / 2 + Су2 Хо.уЗ2 / 2, де Vi,in, v„2fi, УцЗн - початкові швидкості, що набуваються плунжфом і поршнями

після закінчення дії імпульсів сил, що створюються ударними тисками Аруд.гіі, АруД.,2і,

Аруд-гЗ І.

Згідно з законом збереження імпульса

till (Sim Аруд.гіі ■ Cyl XO.yl) ~ (ШІ + 2 Шпор ^ ШЦ.пр) VnluJ

1 и і (Snop Аруд.г.і 1 - Cy2 XO.y.i) = Шпор Уц.і.н, (і — 2, 3), (2)

де till, tM2, tH3 - максимальні тривалості дії на плунжер і поршні гідроциліндрів Імпульсів СИЛ, ЩО створюються тисками Аруд.гІІ, Лруд.г2І, АрУд.гЗ І, які дорівнюють

напівфазам прямих ударних хвиль в гідролініях її, 12, Із.

Розв’язуючи разом рівняння (1) І (2), знаходимо Аруд.гП, Лруд.і-21, Аруд.гЗІ і Уцін, Уц2іі,

УцЗн.

Рівняння руху зведених мас робочих ланок вібропреса

(ті + 2 ГПпор) Хці” + Ьгі Хці’ + Ьзаг (ХцГ - ХіГ) +

+ Сзаг (Хці - хп) + Су 1 (хо.уі + Хці) = Рці (t); ти.пр хн” + (Я-пр.в + Спр в) ХІі’2 + Ьв.г ХІі’ + Ьзаг (Х|Г - ХцГ) + (3)

+ Сзаг (хп - Хці) + Св.пр ХЦ + Rn.r Sign (хц’) + Рст = 0;

Шпор Хц.і + Ьг.і Хц.і + Су2 (хо.у.і + х„.і) — Рц.і (t), (І — 2, 3), де Р„і (t), Рц2 (t), Рцз (t) - зміни силових дій на плунжер і поршні гідроциліндрів на

протязі одного періоду Ті, роботи привода

Рц.і (t) = 0 при 0 <= t <= t„.i, (і = 1, 2, 3);

Рц.і (t) = Ри.і = Аруд.г.і і Sn, при tn і <= t <= 2 tH і, (і = 1,2, 3); (4)

Рц.і (t) = о при 21и.і <= t <= Тц, (і = 1,2, 3).

Осьовий тиск ро.з.а в поперечному перерізі S3ar заготовки

Ро.з.а “ (Аруд.гІ 1 Srui ■ Су I XO.yl + Рст - (mi + 2 Шпор * ШЦ.пр) Уцін / ts) / S3ar. (5)

Значення прискорень 8ц2а, ЗцЗа штоків додаткових гідроциліндрів Ни.і.а ~ ((Ра і.п';іх + рс) Snop / 2 - Су2 (хо.у.і + Хц.і.тах) ■ Ьг.і Уц.і.к) / Шпор, (І 2, 3), (6)

де Хц.і.тах - ХІД поршня і - го гідроциліндра - відстань між торцем штока у вихідному

положенні І бічною поверхнею прес-форми; Упік - швидкість штока безпосередньо перед взаємодією з прес-формою.

На основі наведених рівнянь складена програма для ЕОМ, за допомогою яко розраховані залежності основних параметрів БКВН від технічних параметрів вібропреса.

В четвертому розділі наведені: описання принципової схеми експерішентальноп вібропреса з трьома паралельно під'єднаними гідроциліндрами гідроімпульсного привод; на базі вібропреса ІВПМ -16, аналіз осцилограми його робочого режиму, а такой порівняння результатів теоретичних та експериментальних досліджень.

Експериментально встановлено, що у випадку під'єднання додатковії: гідроциліндрів гідроімпульсного привода за допомогою гідроліній великої довжини і з значною піддатливістю стінок, на параметри максимальних робочих тисків в порожнина: гідроциліндрів і зсувів фаз початку робочих ходів рухомих ланок значний вплив маюті хвильові явища в приєднаному об'ємі гідросистеми. Крім того, вказані параметри залежаті від інерційності відводів гідроліній, що визначаються іх геометричними розмірами. Прі невідповідності розмірів різних відводів збільшення тиску в порожнині гідроциліндра під'єднаного гідролінією з інерційнішим відводом, почнеться з запізненням, щ( дорівнюватиме тривалості відкривання віброзбуджувача, а величина максимального тиск} буде значно меншою за максимальні тиски в порожнинах гідроциліндрів з мени інерційними відводами.

З врахуванням цього, для зниження втрат енергії та зменшення запізнень робочії) ходів рухомих ланок вібропреса необхідно, щоб гідролінії мали щонайменшу довжину максимальну жорсткість, а відводи гідроліній - ідентичні парамехри. В цьому зв'язк; однією з найперспективніших схем гідроімпульсного приводу вібропреса для БКВН < схема з індивідуальними приводами основного вертикального і додаткових навіснш гідроциліндрів з "притичним" з'єднанням іх робочих порожнин з основними порожшшамі віброзбуджувачей.

В п'ятому розділі подана методика синтезу схем і проектного розрахунку спеціального вібропресового обладнання для БКВН на основі базової моделі ІВПМ наведені рекомендації з модернізації промислових зразків вібропресів ІВПМ і створення ш їх основі вібропресового обладнання для БКВН, розглянуті перспективи модернізації.

Для спрощення синтезу принципових і конструктивних схем вібропресів для БКВН що проектуються, запропонована структурна матриця-визначник, в якій схематичне представлені варіанти схем БКВН, закону зміни зусиль на основної (вертикальної-) додаткових робочих ланках, принципових схем гідроімпульсного привода, способ} підключення і типу віброзбуджувача, типу конструктивного виконання і розташувати гідроциліндрів гідроімпульсного привода, що визначає ту чи іншу схему навантаження.

При розробці методики проектного розрахунку вібропреса для БКВН на основ базової моделі ІВПМ використані результати його теоретичних і експериментальнії;

ІЗ

досліджень, а також досвід проектування і експлуатації вібропресового обладнання з гідроімпульсним приводом.

Основними вихідними данними для розрахунку с амплітудне значення осьового тиску ро.з.а в заготовці і прискорення Зц2а» а,,за,..., ац.п.а штоків (плунжерів) додаткових гідроциліндрів в момент їх взаємодії з прес-формою. Додаткові вихідні дані: характеристика віброзбуджувача, робочої рідини і заготовки.

Основні розрахункові параметри: діаметри ііпі, і1л2,..., dn.ii плунжерів (поршнів) гідроцилиндрів; жорсткості Су І, Су2,..., Су.п пружин пружного повернення вібростола і штоків (плунжерів) додаткових гідроциліндрів; жорсткість са пружини і робочий об'єм Уа одноциклового гідроакумулятора; значення потрібної подачі С!н насоса і потужності № електродвигуна насосної установки для вибору кого типорозміру.

Наведені принципові гідрокінематичні схеми вібропреса для двостороннього навантаження і вібропреса для БКВН на основі базової моделі вібропреса ІВПМ.

Запропоновані конструктивні розробки, матриця-визначник і методика розрахунку можуть знайти застосування під час проектування вібраційного і віброударного обладнання, що використовується в будівництві і під час випробувань деталей і вузлів машин. *

Здобувач висловлює подяку і вдячність к. т. н., доц. Оберпоху Р. Р. за наукові консультації під час роботи над дисертацією.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

1. Експериментально встановлено, що максимальні щільність і рівнощільність при задовільній якості поверхні в процесі пресування способом БКВН заготовок складнофасошшх виробів із порошкових матеріалів з непластичними частками основи досягаються за рахунок дії на прес- форму періодичних імпульсів зовнішніх сил. Наприклад, при формоутворенні заготовок виробів типу "опорний ізолятор" з порошкового матеріалу С2 імпульсами зовнішних сил, що створюються двома виконавчими ланками на модернізованому вібропресі ІВПМ досягнуто збільшення у порівнянні із звичайним способом віброударного пресування середньої щільності заготовок на 7 ... 11%, рівнощільності - на 10 ... 14% при задовільній якості їх поверхні.

2. Методи розрахунку параметрів режимів БКВН при періодичній імпульсної зовнішньої дії визначаються фізико- механічними і геометрічними параметрами заготовок па основі положень резонансно- структурної теорії процесів віброударного пресування, розробленої проф. Ісковичем- Лотоцьким Р. Д.

3. Для реалізації багатокомпонентного імпульсного навантаження найперспсктивнішим типом приводу с гідроімпульсний привод, число виконавчих ланок якого дорівнює визначеному числу джерел імпульсів зовиішних сил. На основі вибраної схеми способу БКВН розроблена конструктивна схема гідроімпульсного привода вібропрсса для БКВН с тремя джерелами імпульсної дії на базі промислового зразка ІВПМ.

4. Розроблені динамічна і математична моделі вібропреса для БКВН. Теоретично і експериментально доведено імпульсний характер зусиль, що створюються на виконавчих ланках вібропреса, що дозволило представити його математичну модель дифершційішми рівняннями руху, кількість яких визначається кількістю робочих ланок. Запропоновані аналітичні залежності для визначення початкових параметрів руху робочих ланок і основних параметрів БКВН - амплитудних значень осьового тиску в заготовці та прискорень штоків додаткових гідроциліндрів в момент їх взаємодії з прес- формою. Досліджено вплив на роботу гідроімпульсного привода хвильових явищ в приєднаному об'ємі гідросистеми під час роботи віброзбуджувача.

5. При зіставленні експериментальних і розрахованих графіків залежностей амплітудних значень осьового тиску в матеріалі заготовки від конструктивних параметрів

і технічної характеристики вібропреса, а також осцилограм робочих тисків в порожнинах гідроциліндрів гідроімпульсного привода і переміщень виконавчих ланок, отриманих при експериментальних дослідженнях вібропреса з трьома паралельно під'єднаними гідроциліндрами і результатів розрахунку на ЕОМ його математичної моделі розбіжності склали 8 ... 13%, на основі чого можна стверджувати, що запропоновані теоретичні залежності задовольняють умовам проектних розрахунків, прийняті припущення -коректні, а математична модель адекватна реальним зразкам.

6. Розроблена науково-обгрунтована методика синтезу схем і проектного розрахунку спеціального вібропресового обладнання для БКВН на основі базової моделі ІВПМ. Надані рекомендації з модернізації промислових зразків ІВПМ і створенню на іх основі вібропресів для БКВН.

7. Розроблена і передана Броварському державному заводу порошкової металургії робоча документація на вібропрес для БКВН на базі промислового зразка ІВПМ і методику ного проектного розрахунку.

Основні положення дисертації викладені в роботах:

1. Искович-Лотоцкий Р. Д., Севостьянов И. В. О динамике срабатывания запорного элемента вибровозбудитеяя гидроимпульсного привода //Вибрации в технике и технологиях,- 1998,- №1 (5).- С. 22 - 25.

2. Искович-Лотоцкий Р. Д., Севостьянов И. В. Экспериментальные исследования гидронмпульсного привода многокоординатного вибростенда //Вибрации в технике и технологиях,- 1998,-№1 (5).-С. 19-21.

3. Севост'янов 1. В. Синтез схем вібропресів для багатокомпонентного пресування іагоговок //Вісник Вінницького політехнічного інституту,- 1998,-№1 (18).- С. 93 - 96.

4. Патент на винахід 12381 А, Україна МПК6 В2и 9/06. Гідроімпульсний вібропрес-полот / Р. Р. Обертюх, Р. Д. Іскович- Лотоцький, І. В. Севостьянов, Д. М. Климчук (иА). -N<>94097041; Заявлено 23.09.94; Опубл. 02.12.96, Бюл. № 1.

5. Патент на винахід 12377 А, Україна МПК6 П5В 21/12. Генератор імпульсів тиску ’ Р. Д. Іскович- Лотоцький, Р. Р. Обертюх, І. В. Севостьянов, Д. М. Климчук (иА). -\s94097057; Заявлено 26.09.94; Опубл. 02.12.96, Бюл. №1.

6. Искович- Лотоцкий Р. Д., Севостьянов И. В. Разработка динамической модели идроимпульсного привода //Тез. докл. учредительного конгресса по теоретической и ірикладнон механике ’’Механика - 95”. - Минск: Белорусская государственная юлитехническая академия. - 1995. - С. 110 - 111,316-317.

7. Искович- Лотоцкий Р. Д., Обертюх Р. Р., Севостьянов И. В, Создание

■пдроимпульсных приводов с несколькими рабочими органами //Тез. докл. конференции ‘Гидромеханика в инженерной практике”. - Киев: Национальный технический

'ниверситет Украины. - 1996. - С. 16 - 17.

8. Искозич- Лотоцкий Р. Д., Севостьянов И. В. Современные вибротехнологии на -азе оборудования с гидроимпульсным приводом //Тез. докл. международной научно-ехнической конференции “Современные проблемы машиностроения и технический фогресс”. - Севастополь: Севастопольский строительный техникум. - 1996. - С. 96 - 97.

Особистий вклад дисертанта в роботи, що опубліковані в співавторстві:

В роботі [1] розроблена динамічна модель, в роботі [2] проведені експериментальні дослідження і запропоновані аналітичні залежності, робота [3] без співавторів, в роботах

4, 5] виконаний опис схем і робочих циклів, в роботі [6] розроблене програмне абезпечення, в роботах [7, 8] - конструктивні схеми окремих вузлів установки.

Анотація

Севост'янов І. В. Вібропрсс з гідроімпульсним приводом для багатокомпонентного іавантажешія порошкових заготовок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 5.03.05 - "Процеси і машини обробки тиском". Вінницький державний технічний нікерентег, м. Вінниця, 1998.

Дисертацію присвячено розробленню конструкції і науково-обгрунгованс методики проектного розрахунку конструктивних гіараметріз вібропрсса гідроімпульсним приводом для формоутворення способом багатокомпонентної віброударного навантаження заготовок складнофасонних і великогабаритних виробів і порошкових матеріалів з непластичними частками основи, на базі промислового зразк вібропреса ІВПМ. Для досягнення максимальних щільності! і рівнощільности заготовн при задовільній якості повфхні до прес- форми прикладаються періодичні імпульс зовнішиих сил, параметри яких, число джерел, напрямок, і місце приложена визначаються фізико- механічними і геомеггрічними параметрами заготовок. Пр формоутворенні заготовок виробів типу "опорний ізолятор" з порошкового матеріалу С імпульсами зовнішиих сил, створюємих двома виконавчими ланками на модернізовано: вібропресі ІВПМ досягнуто збільшення у порівнянні із звичайним способом віброударноп пресування середньої щільності заготовок на 7 ... 11%, рівнощільпості - на 10 ... 14% гірі задовільної якості їх поверхні.

Ключові слова: багатокомпонентне віброударне навантаження, інерційнії!

вібропрес- молот, гідроімпульсний привод, віброзбуджувач.

Аннотация

Севостьянов И. В. Вибропресс с гидроимггульсным приводом дл многокомпонентного нагружения порошковых заготовок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук т специальности 05. 03. 05 - “Процессы и машины обработки давлением”, Винницки] государственный технический университет, г. Винница, 1998.

Диссертация посвящена разработке конструкции и научно- обоснованной методик! проектного расчета конструктивных параметров вибропресса с гидроимпульсньп приводом для формообразования способом многокомпонентного виброударног нагружения заготовок сложнофасонных и крупногабаритных изделий из порошковы материалов с непластичными частицами основы, на базе промышленного образц вибропресса ИВПМ. Для достижения максимальных плотности и равноплогноен заготовок при удовлетворительном качестве поверхности к пресс- форме прикладываютс периодические импульсы внешних сил, параметры которых, число источниког направление и место приложения определяются физико- механическими і геометрическими параметрами заготовок. При формообразовании заготовок изделий тип. “опорный изолятор” из порошкового материала С2 импульсами внешних «и создаваемыми двумя исполнительными звеньями, на модернизированном вибронресс ИВПМ достигнуто увеличение по сравнению с обычным способом виброударпог ї

прессования средней плотности заготовок на 7 ... 11%, равноплотности - на 10 ... 14% при удовлетворительном качестве их поверхности.

Ключевые слова:

многокомпонентное виброударное нагружение, инерционный вибропресс- молот, гидронмпульсный привод, вибровозбудитель.

The summary

Sevostyanov I. V. Vibropress with a hydropulsing drive for multicomponent loading of powdery preparations.- Manuscript.

Dissertation to receive of a scientific degree of the candidate of technical sciences on a speciality 05.03.05 - "Processes and machines of processing by pressure". Vinnitsa state technical university, Vinnitsa, 1998.

The dissertation is devoted to development of a design and is scientific of a reasonable technique of design parameters of vibropress with a hydropulsing drive for moulding by a way multicomponent vibro-blowing loading of preparations complicated- form and large-sized products from powdery materials with unplastic particles of a basis, on the basis of an industrial sample vibropress IVPM. For achievement of maximum density and equidensity of preparations at satisfactory quality of a surface to the press- form added periodic pulses of external forces, parameters of which, number of sources are put, direction and place of the application are defined physical, mechanical and geometrical parameters of preparations. At moulding of preparations of products as " basic isolator" from powdery of a material C2 the pulses of external forces, created by two executive links, on modernized vibropress IVPM achieve increase in comparison with a usual way vibro- blowing pressing of average density of preparations on 7 ...

11%, equidensity - on 10 ... 14% at satisfactory quality of their surface.

Key words: multicomponent vibro-blowing loading, inertial vibropress-hammer, hydropulsing drive, vibroexciter.