Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

Специальность 05.02.09–Технологии и машины обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Разработка методики проектирования механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП по параметрам штамповки с целью повышения точности высотного размера поковок

Анцифиров Алексей Анатольевич

Москва–2010

Научный руководитель: академик РАЕН, доктор технических наук, профессор Бочаров Юрий Александрович

Научный консультант: кандидат технических наук Гладков Юрий Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Крук Александр Тимофеевич;

кандидат технических наук, доцент Ларионов Николай Михайлович

Ведущее предприятие – Акционерное московское общество «Завод им. И.А. Лихачева»

Ученый секретарь диссертационного совета: кандидат технических наук, доцент Семенов В.И.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

В настоящее время одной из наиболее актуальных задач в машиностроении является повышение конкурентоспособности и эффективности отечественного оборудования, в частности КГШП. Целесообразно проводить модернизацию, сохраняя уже имеющееся оборудование, совершенствовать его за счет установки новых элементов механизации и автоматизации, соответствующих современным стандартам.

Актуальной задачей в обработке металлов давлением (ОМД) является задача повышения точности и стабилизации высотного размера поковок. В крупносерийном и массовом кузнечно–штамповочном производстве при изготовлении поковок в основном используются кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Снижение точности высотного размера поковок происходит за счет нестабильности деформирующей силы, упругих деформаций пресса, штамповой оснастки, термических деформаций штамповых вставок и других факторов технологического процесса. Регулировку закрытой высоты в настоящее время проводят механизмами с ручным управлением (например, конструкции ОАО ТМП) периодически прерывая технологический процесс для измерений и подрегулировки.

Решение поставленной в работе задачи позволит устранить перерывы в работе автоматизированных линий штамповки, повысить точность автоматических измерений и регулировок, повысить эффективность и конкурентоспособность отечественных КГШП, снизить трудоемкость механической обработки штампованных заготовок.

Наиболее актуально решать такие задачи путем разработки и внедрения систем адаптивного управления параметрами технологического процесса и механизмами кривошипных горячештамповочных прессов. Для этого в ОМД целесообразно использовать современные средства информационных технологий, автоматизации и механизации, соответствующих современным стандартам.

Такой подход создает возможность стабилизации технологических процессов и решения актуальной задачи модернизации отечественных конструкций КГШП. Адаптивная система управления механизмом регулировки закрытой высоты КГШП позволит стабилизировать процесс горячей объемной штамповки (ГОШ), снизить отклонения высотного размера поковки и припуски на механическую обработку.

Целью работы является разработка методики проектирования механизма с адаптивной регулировкой закрытой высоты КГШП на основе новой имитационной модели. Эта модель должна суммарно учитывать отклонения параметров процесса ГОШ, измерением величины несмыкания штампов L₂ на предварительном переходе штамповки и прогнозированием отклонения величины закрытой высоты пресса L₁ от расчетной на окончательном переходе. За счет стабилизации закрытой высоты КГШП система будет обеспечивать стабилизацию и снижение отклонений высотного размера поковок.

Методы исследования

Параметры технологического процесса ГОШ оказывают влияние на протекающие процессы и результат штамповки. Теория пластического деформирования и технология ГОШ являются основой для исследования влияния технологических параметров на протекающие процессы во время технологических операций деформирования на КГШП. Исследование конструктивных особенностей КГШП базируется на теории кузнечно–штамповочных машин.

Теория автоматического управления, принципы имитационного моделирования процессов и оборудования, теория управления процессами, оборудованием в ОМД позволяют исследовать задачи теоретического проектирования адаптивных систем управления КГШП.

Адаптивное управление механизмом регулировки закрытой высоты КГШП осуществляется по алгоритму, в котором управляемый параметр зависит от совокупности параметров технологического процесса. Алгоритм адаптивного управления реализован в виде программы для ЭВМ на основе имитационной модели (ИМ) работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты.

Корректность имитационной модели проверена численным компьютерным экспериментом, а ее работоспособность ‒ тестированием на экспериментальном стенде.

Экспериментально определялась возможность, точность и надежность осуществления управления механизмом закрытой высоты за время технологической паузы, необходимой для работы средств механизации и автоматизации (грейферной подачи, роботов–манипуляторов). Экспериментальная работа проводилась на стенде с использованием электромеханического оборудования. Проведено тестирование работы имитационной модели управления механизмом оперативной регулировки по параметрам технологического процесса ГОШ.

Автор защищает:

• Способ адаптивного управления процессом ГОШ на КГШП по измеряемому значению величины несмыкания штампов L₂ на предварительном переходе штамповки, и прогноза закрытой высоты пресса L₁ на окончательной позиции штамповки.

• Компьютерную имитационную модель с адаптивным управлением механизма оперативной регулировки закрытой высоты, по параметрам процесса ГОШ на КГШП, на основе разработанной программы "Диана".

• Методику проектирования системы адаптивного управления механизмом закрытой высоты КГШП по параметрам технологического процесса ГОШ.

Научная новизна

На основе теоретических исследований и компьютерного моделирования проведен анализ параметров ГОШ типовых поковок на КГШП. Разработана программа "Диана", включающая новую имитационную модель работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП по параметрам процесса штамповки. На программу получено свидетельство РОСПАТЕНТа.

В программе реализованы:

• имитационная модель работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП 25МН;

• алгоритм расчета коэффициентов имитационной модели работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП с использованием метода наименьших квадратов;

• расчет прогнозируемого высотного размера поковок на окончательном этапе

штамповки, с учетом величины несмыкания штампов L₂ на предварительной операции штамповки;

Практическая ценность и реализация результатов работы заключается в следующем:

• разработана конструкция устройства для программного адаптивного управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты КГШП;

• разработана новая программа для ЭВМ, с помощью которой можно осуществлять адаптивное управление механизмом регулировки закрытой высоты КГШП;

• разработана научно–обоснованная методика проектирования механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП с адаптивной системой управления;

Апробация работы

Основные положения работы доложены и обсуждены на:

• Восьмой международной конференции по технологии пластичности. Верона, Италия, 2005 г.

• Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России». Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008г.

• Всероссийской научно–технической конференции «Машиностроительные

технологии». Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008 г.

• Научно–технических семинарах кафедры «Машины и технологии обработки материалов давлением», МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Свидетельства РОСПАТЕНТА

По теме диссертации получено одно свидетельство РОСПАТЕНТА№ 2009611789 на программу для ЭВМ "Диана".

Публикации

Основное содержание диссертации изложено в 3–х опубликованных работах, включая опубликованные тезисы докладов конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы из 71 наименования. Работа выполнена на 144 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунок и 9 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении раскрыта актуальность работы, ее цель, научная новизна и выявлены основные направления исследований.

Первая глава содержит обзор состояния и задачи исследований по управлению кривошипными горячештамповочными прессами. Предлагаются перспективы модернизации существующего парка КГШП с применением механизмов и современных программно–аппаратных средств, сформулированы цели и задачи работы.

В результате обзора литературных источников (Дибнер Ю.А, Пруцков Р.Н, Балаганский В.И и др.) установлено, что существующие способы регулировки и подрегулировки закрытой высоты КГШП относятся к ручному управлению. Конструкции устройств с адаптивными системами управления закрытой высоты КГШП не разрабатывались. В основном, в МГТУ им. Н.Э. Баумана, на кафедре МТ6, под руководством Ю.А. Бочарова производилось исследование систем программного управления для винтовых прессов и машин ударного действия. Эти системы основываются на программном и программно–адаптивном управлении кинематическими параметрами и характеризуются межоперационным (внутрицикловым) принципом работы. Кривошипно–горячештамповочные прессы отличаются жестко определенной кинематикой исполнительного механизма, поэтому принципы межоперационного программно–адаптивного управления для создания СУ КГШП применять затруднительно. Поэтому перспективным представляется создание систем управления для КГШП, основанных на внецикловом адаптивном упреждающем управлении. Способ внециклового адаптивного упреждающего управления процессом ГОШ по параметрам заготовки разработан в диссертационной работе Ю.А. Гладкова "Разработка методики проектирования горячештамповочных комплексов на базе КГШП с адаптивным управлением для стабилизации силы деформирования". Такие системы позволяют в определенных пределах стабилизировать силу деформирования поковок, штампуемых на КГШП, но не учитывают ряд важных факторов процесса ГОШ.

В настоящее время задачи снижения отклонений высотного размера поковок решаются путем увеличения металлоемкости КГШП, таким образом, повышая жесткость прессов. Актуальной задачей является разработка и использование упреждающего внециклового адаптивного управления механизмом регулировки закрытой высоты КГШП, как параметра отражающего суммарное влияние всех факторов процесса ГОШ. Решение этой задачи позволит добиться стабилизации процессов ГОШ и повысить точность штампуемых поковок, как следствие сократить затраты на их механическую обработку, понизить металлоемкость прессов. Стабилизация технологического процесса ГОШ и точность высотного размера поковок зависят от множества непостоянных факторов, например температуры нагрева и объема (массы) заготовок, условий смазывания штампов, упругой и термической деформации системы пресс–штамп. Среди этих факторов отмечаются такие, как изменение химического состава заготовок, учет которых затруднителен или не представляется возможным. Проектирование устройств регулировки закрытой высоты КГШП происходит без учета непостоянства этих факторов. Применение адаптивного управления позволит реализовать учет влияния этих факторов косвенным образом, через величину несмыкания L₂ на предварительном этапе штамповки.

В работе рассматриваются различные варианты автоматизированных процессов штамповки на КГШП. Существуют модели расчета силы деформирования F_L по аналитическим выражениям предложенным Сторожевым М.В., Поповым Е.А., Тарновским И.Я., Малевым И.И. и др. В этих моделях параметром точности высотного размера поковок является высота облоя на мостике заусенечной канавки h_З Однако расчетные по этим зависимостям значения сил деформирования могут отличаться до 40% от значений полученных экспериментально. То есть известные модели расчета сил носят оценочный характер и не могут применяться для разработки точных систем адаптивного управления механизмом закрытой высоты. Поэтому необходимо разработать новую модель работы механизма регулировки закрытой высоты КГШП.

В данной работе для суммарного учета большинства факторов технологического процесса штамповки на КГШП предлагается измерять величину несмыкания штампов L₂ на предварительном переходе штамповки и расчетом по специальной программе ЭВМ определять прогнозируемую величину закрытой высоты КГШП L₁ на окончательной позиции штамповки, где и формируется высотный размер поковки. Также для обеспечения работы адаптивного алгоритма и мониторинга, измерение должно проводиться и на окончательной позиции штамповки. Для измерения положения ползуна предлагается использовать современные бесконтактные датчики положения фирмы Balluff. Приводным элементом механизма регулировки должен быть сервопривод, состоящий из частотного преобразователя и синхронного двигателя. Использование такого оборудования позволяет решать задачи точного управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты КГШП. Применение систем мониторинга позволит избежать внештатных или аварийных ситуаций и осуществить мгновенный аварийный останов сервопривода и не допустить заклинивания пресса.

В соответствии с поставленной целью на основании проведенного анализа сформулированы основные задачи исследования:

1. Проанализировать технологические параметры процессов открытой горячей объемной штамповки поковок на кривошипных горячештамповочных прессах и определить способ управления закрытой высотой КГШП с целью повышения точности и стабилизации высотного размера поковок.

2. Определить наиболее эффективный алгоритм адаптивного управления технологическим процессом горячей объемной штамповки на КГШП поковок типа шестерня или фланец.

3. Разработать теоретическое обоснование и компьютерную имитационную модель адаптивной системы управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты КГШП по параметрам процесса ГОШ.

4. Разработать для ЭВМ программу управления механизмом оперативной регулировки закрытой высоты для повышения точности высотного размера.

5. Провести тестирование программы имитационной модели работы механизма регулировки закрытой высотой.

6. Провести экспериментальные исследования возможности работы механизма оперативной регулировки закрытой высоты КГШП и разработать методику проектирования этого механизма с системой программно–адаптивного управления.

Вторая глава описывает технологическое обоснование способов управления КГШП. В качестве типового, выбран технологический процесса открытой ГОШ шестерни второй передачи вторичного вала коробки передач из стали 25ХГМ. На основе этого технологического процесса разрабатывалась компьютерная адаптивная имитационная модель и устройство управления закрытой высотой КГШП. Процесс штамповки состоит из 3–х переходов: осадка, предварительная и окончательная штамповка. Моделирование переходов штамповки производилось в программе Qform 2D. Операция окончательного перехода и график силы деформирования от хода ползуна представлены на рис. 1.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги