ISBN 966-7851-19-2 Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. №14 2003.

УДК.621.7.04.

Маковецкий А.В. , Чередниченко В.И. Маковецкий В.В.

ДГМА, Краматорск, Украина

ПРИЕМЫ РОТАЦИОННОЙ ФОРМОВКИ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБОРУДОВАНИЯ

In the article the idealized approach basing on a mathematical model of search of extreme value of a functional describing a path length in space of parameters of the equipment is offered. The known equipment for processing by methods of running-in is parsed.

Введение

В технике существуют проблемы получения изделий оболочечного типа в условиях мелкосерийного и серийного производства. Эти изделия типа переходов различного рода патрубков реакторов, емкостей для хранения жидкостей и газов могут иметь разную форму, в ряде случаев достаточно сложную. Сложная форма может заключаться в существовании разных полостей, в том числе и внутренних, в изделии. Представление о получаемых формах заготовок дает рис.1.

Рисунок 1 – Разнообразные формы изделий, получаемые методами ротационного деформирования

Проблема заключается в том, что сложные изделия в промышленности стало возможным изготавливать цельными, благодаря развитию новых методов и приемов получения заготовок. В частности это относится к получению сложных, преимущественно осесимметричных оболочек, в том числе с небольшой относительной толщиной стенки. В этом направлении известно достаточно много работ, в том числе [1,2,3]. Эти заготовки можно характеризовать рядом технологических показателей, таких как: КИМ заготовки и детали. Предварительно полученные оценочные коэффициенты расходования металла в случае использования процессов получения заготовок, из листа и труб методами ротационной вытяжки, обкатки и формовки, а также листовой вытяжки, приводим в таблице 1.

90

ISBN 966-7851-19-2 Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. №14 2003.

Таблица 1 - Средние коэффициенты расходования металла

Сравнительные данные, табл.1, получены по результатам работы в лаборатории кафедры технологии и управления производство ДГМА. Они свидетельствуют об эффективности использования процессов ротационной обкатки и формовки для производства, как готовых изделий, так и деталей после последующей ее механообработки заготовок.

Другой стороной проблемы является наличие необходимого специализированного оборудования для выполнения операций ротационной формовки. Для того, чтобы его выбрать или спроектировать новое необходимо определить оптимальный с точки зрения технических и эксплуатационных показателей вариант. Ранее такая задача для давильного оборудования не ставилась и не решалась.

Следовательно целью данной работы является разработка математической модели, которая бы послужила основной для выбора оборудования для производства изделий с помощью ротационных технологий из листа и труб.

Математическая модель оборудования для ротационной формовки и анализ существующего

Как известно используемое оборудование характеризуется рядом показателей, технических и эксплуатационных. К техническим показателям, безусловно, относится мощность, развиваемое усилие, масса, кинематические характеристики рабочих органов, размеры рабочего пространства и другие; к эксплуатационным, величина межремонтных циклов, срок службы и т.д. Они связаны друг с другом, однако вызывает интерес решение проблемы оптимального соотношения между этими показателями кузнеч- но-прессового оборудования, в частности предназначенного для обкатных работ. Тогда можно считать, что первая группа в пространстве показате-

лей, характеризуется следующими переменными x1, x2 ,.....x j , j = k , где k = число технических показателей. В свою очередь эксплуатационные пока-

затели можно характеризовать переменными x j+1....x j+2 ....xn , где n - число эксплуатационных показателей соответствующим выделенным переменным. Будем считать, что в пространстве показателей они будут вещественными переменными, изменяются, являясь функцией параметра t . Таким

91

ISBN 966-7851-19-2 Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. №14 2003.

известны.

Можно предположить, что оптимальное соотношение показателей и будет соответствовать экстремуму функционала [4]

Необходимо отметить, что в связи производные не вошли. Т.е. мы рассмотрим случай голономных связей. Тогда наиболее благоприятное соотношение может быть достигнуто при минимуме длины пути в пространстве показателей на временном условном интервале, когда выражение (1) примет форму

t2

s = ∫ gαβ x&α x&β dt (α, β = 1,...,n) . (3)

t1

где gαβ = gβα известная функция переменных x .

Экстремали функционала будут геодезическими в римановом пространстве Rn . Для получения выражений Gx& и Gx могут быть использова-

Используя эти известные выражения после ряда преобразований с левыми частями уравнения, исходя из выражения (2) можно получить, что уравнение Эйлера будет иметь вид

92

ISBN 966-7851-19-2 Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. №14 2003.

gαj &x&α +[αβ, j]x&α x&β − gαj x&α d 2 s / dt2 + ds / dt

+ {ϕ j ( x) λx& j (t) − λx j (t) + λ(t) ϕ x& j ( x) −ϕ x j ( x)

Оно и будет являться искомым уравнением геодезических линий. Что позволит получить кривые в координат эксплуатационных и

технологических параметров длина экстремальная длина длины которых и позволит указать на наиболее эффективный вариант оборудования.

Относительно используемого оборудования необходимо отметь следующее.. Необходимо отметить, что оборудование для ротационной вытяжки в США выпускают более 15 фирм, а в Германии такие как Lieifeld , Bonner und Kelle, Metallform выпускают десятки моделей оборудования

[5].

Известен специальный раскатной автомат Конус-2., обрабатывающий изделия диаметром до 200 мм, максимальной длиной детали 350 мм Он имеет два деформирующих ролика максимальным диаметром до 100 мм.

Известны станки и установки для давильных работ, выпускаемые Рязанским станкостроительным объединением и НИТИ "Прогресс". Оборудование фирмы "Прогресс" представляет собой два типа станков двух и трехроликовые, для холодной раскатки листа с толщиной стенки от 0,5 до 7 мм. Материал высокопрочные стали и титан. Станки комплектуются ЧПУ. Технологические установки типа РТ 305, РТ 305.01 выпускает Рязанский завод, они служат для раскатки деталей цилиндрической, сферической конической и других форм. Установки оснащены ЧПУ, имеют мощность 200кВт и массу до 80 т.

Оригинальная конструкция станка для ротационной обкатки, как валов, так и полых изделий, имеющего два суппорта, разработана авторами работы [6].

Станок имеет оригинальное устройства для закрепления и приведение во вращение заготовки и, кроме того, он снабжен двумя независимыми суппортами несущими давильные инструменты. Принципиальная схема станка представлена на рис.2.

Предложенная компоновка, рис.2, обеспечивает ротационную обкатку , а также раскатку круглых прутков и трубных заготовок 2, относительной большой длины. Для обеспечения нагрева используется нагревательное устройство 5.

93

ISBN 966-7851-19-2 Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. №14 2003.

1- упор; 2-заготовка; 3 - суппорт; 4- инструмент; 5- устройство нагрева; 6- привод вращения; 7- привод перемещения

Рисунок 2 – Общая компоновка двухсуппортного станка для ротационной обкатки

Производительность установки достаточно велика, что обеспечивается установкойнанемиработойдвухсуппортов3, сдавильнымиинструментами4.

Оригинальное оборудование также выпускается Краматорским заводом тяжелогостанкостроения, этотокарно-давильныйстанокКЖ9901-М, рис.3.

1- станина; 2- электродвигатель; 3- задняя бабка; 4- станина; 5- горизонтальный суппорт; 6- патрон; 7- вертикальный суппорт

Рисунок 3 – Общий вид токарно-давильного станка КЖ 9901 М

94