Требования к качеству поковок и изделий, штампуемых на оборудовании с чпу

Разработка систем компьютерного программного и программно-адаптивного управления и диагностики требует глубоких знаний теории и технологии пластических деформаций, теории и конструирования современных кузнечно-штамповочных машин и систем приводов. На основе этих знаний инженер-разработчик предлагает стратегию управления, раз­рабатывает алгоритмы и программы управления, конструкции исполнительных механизмов системы управления. Ключевой проблемой является выбор стратегии, однако этой проблеме не всегда уделяет­ся должное внимание.

С переходом промышленности к автоматизиро­ванным гибким процессам возрастают требования к обеспечению стабильного качества продукции ОМД.

Основные требования следующие:

в листовой штамповке:

- размерная точность (пригодность для сборки без операций подгонки);

- соответствующая топография поверхности (гладкая, не требующая обработки);

- отсутствие заусенцев (или минимальная их ве­личина);

- минимальная или допустимая разнотолщинность; в холодной объемной штамповке (ХОШ):

- точность формы и размеров (не требующие об­работки или требующие минимальной обработки);

- отсутствие угловых смещений и смещений в плане половин штампа;

- отсутствие облоя;

- соответствующая топография поверхности (гладкая, не требующая обработки);

- соответствующая макроструктура (следование волокон контуру поверхности, отсутствие зажимов и перерезывания волокон);

- высокие механические характеристики (твер­дость, предел прочности, относительное удлинение, ударная вязкость);

в горячей объемной штамповке:

- минимальный облой;

- отсутствие заштамповки окалины;

- соответст вис микроструктуры температурному интервалу кокки;

- требования, приведенные для ХОШ;

в заготовительных разделительных процессах листовой штамповки:

- точность контура;

- размерная точность;

- отсутствие заусенцев;

- равномерное (или требуемое) распределение смазочных материалов;

в заготовительных разделительных процессах объемной штамповки:

- размерная точность;

- точность объема (коррекция по длине);

- перпендикулярность торцов;

- точность температуры нагрева (для полугорячей и горячей штамповки).

С помощью регрессионных моделей, разработан­ных для конкретных процессов, можно установить характеристики, в наибольшей степени влияющие на качество поковок и изделий.

Система обработки давлением

Дискретная система обработки давлением (рис.11.1) является устойчивой, замкнутой и управляемой по принципу прямых, обратных и комбинированных связей между входными и выходными параметрами [19]. На входе системы - параметры заготовки (мате­риал, сопротивление деформированию, предельная пластичность, геометрические форма и размеры, объем, температура), на выходе - изделие (поковка), удовлетворяющее требованиям к качеству.

Рис. 11.1. Структура системы обработки материалом давлением

При разработке систем управления прежде всего возникают проблемы:

1) стратегии управления, т.е. необходимо выбрать, чем управлять: заготовкой (формой, объемом, температурой, условиями смазывания), инструментом (штампом, бойком, оправкой, прижимом и т.п.), процессом (удельной силой, сте­пенью, скоростью деформации, дополнительными воздействиями), машиной (деформирующей силой, энергией, перемещением, скоростью) или их сочетанием;

2) организации системы обратных связей и т.п. Выбор стратегии ЧПУ па ранних стадиях про­ектирования приобретает решающее значение в ус­ловиях возрастающей конкуренции, однако он час­то основан только на применении имеющегося опы­та и доступных технических средств.

Между тем, стабильность качества поковок и из­делий, а также экономическая эффективность про­изводства зависят от обоснованного выбора страте­гии, программного и аппаратного обеспечения ЧПУ. В соответствии с тенденциями повышения гибкос­ти производства, перспективные системы ЧПУ в недалеком будущем, по-видимому, будут состоять из автономных иптеллектных программных модулей (ИПМ), управляющих всеми компонентами системы ОМД, информационно связанных, диагностирую­щих и принимающих решения в условиях неопре­деленности, обладающих знаниями в узком диапа­зоне специализации [20].

Надежность и экономическая эффективность ЧПУ_; алгоритм и программа управления, а также управляющие и контролируемые параметры зависят от выбора стратегии управления. Этот выбор прежде всего опирается на результаты анализа управля­емости процессов и машин ОМД.

Управляемость процессов и машин

Под управляемостью процессов будем понимать возможность изменять условия пластического те­чения материала в необходимом направлении под воздействием переменных параметров процесса, изменяемых с помощью внешних полей и сред, инструмента, машины.

В соответствии с возможностью изменения переменных параметров процесса деформирования (табл. 11.3), управляемость процессов различна.

Таблица 11.3. Управляемость процессов ОМД

Процесс ОМД	σij	εij		T	μ	Управляемость
Листовая штамповка: Разделительные операции Формообразующие операции	+ +	- +	+ -	- +	- +	2/5 (низкая) 4/5 (пысокая)
Холодная объемная штамповка: В закрытых штампах Выдавливание Сфероднижная штамповка Ротационное выдавливание	+ - + +	- - + +	+ + + +	- + - -	+ + + +	3/5 (средняя) 3/5 (сред}]яя) 4/5 (высокая) 4/5 (высокая)
Горячая объемная штамповка: В открытых штампах В закрытых штампах Ковка	- + +	- - +	+ + +	- - -	- - -	1/5 (низкая) 2/5 (низкая) 3/5 (средняя)
Примечание: σij εij локальные напряжения, деформации и скорости деформа­ций соответственно; Т- температура; μ- коэффициент трения.

В процессах свободного и дискретного деформи­рования (ковка, ротационное выдавливание, сферод-вижная штамповка) геометрическая форма и разме­ры поковки зависят от управления перемещением инструмента. Управляемость таких процессов -высокая.

В процессах горячей объемной штамповки (ГОШ) геометрическая форма поковки отражает форму штампа, а размер по высоте зависит от ко­нечной позиции половин штампа. Управляемость таких процессов низкая и может быть увеличена за счет управления геометрической формой, объемом и температурой заготовки, дополнительными поля ми и воздействиями (вибрациями, пульсациями, теп­ловыми воздействиями и т.п.)¹.

Процессы холодной и полугорячей объемной штамповки (ХОШ, ПГШ) обладают большой управ­ляемостью за счет возможности воздействия на эле­менты штампа: контрпуансоны, оправки, компенси­рующие полости [21, 22].

Формообразующие процессы листовой штамиои-ки обладают высокой управляемостью, а раздели­тельные процессы - низкой.

Под управляемостью кузнечно-штамповочной машины будем понимать возможность изменять кинематические, энергетические, силовые парамет­ры, продолжительность и частоту циклов рабоче­го звена исполнительного механизма, синхронизацию движения механизмов машины в соответствии с требованиями процессов ОМД.

Управляемость кузнечно-штамповочных машин (КШМ) зависит от принципиальных особенностей конструкции. Так, машины с "жесткими" кинемати­ческими связями (кривошипные, эксцентриковые, кривошипно-коленные прессы) обладают очень низ­кой управляемостью (табл. 11.4), а машины со «свобод­ной» кинематикой (гидравлические, гидроколенные и винтовые прессы, молоты) обладают средней или высокой управляемостью [19].

Таблица 11.4. Управляемость кузнечно-штамповочных машин

Типы КШМ	Управляющие параметры							Управляемос-сть
	Sд	Νд	Fд	Tэ	t д	tм	t
Прессы и машины с жесткой кинематикой": Кривошипные	-	-	_	_	_	-	+	1/7 (низкая)
Кривошипно-коленные	-	-	-	-	-	-	+	1/7 (низкая)
Эксцентриковые	-	-	-	-	-	-	+	1/7 (низкая)
Ротационные	-	-	-	-	-	-	-	Неуправляемые
Машины с нежесткой кинематикой**; Молоты	-	+	_	+	-	__	+	3/7 (средняя)
Винтовые прессы (фрикционные и электровинтовые)	-	+	-	+	-	+	+	4/7 (средняя)
Гидровинтовые прессы	-	+	-	+	-	+	+	4/7 (средняя)
Винтовые муфтовые прессы	-	-	+	+	-	+	+	4/7 (средняя)
Гидропрессы с НАП'**	+	-	-	+	-	+	+	4/7 (средняя)
Гидропрессы с НП	+	+	+	-	+	+	+	6/7 (высокая)
Гидроколенные прессы с НП	+	+	+	+	+	+	+	7/7 (высокая)
Примечание: Sд - перемещение; νд и Fд- скорость и сила деформирования; Тэ - эффективная энергия машины; tд tм t - время деформирования, машинного цикла и технологического цикла соответственно;* машины с ограниченным ходом;** машины с ограниченной эффективной энергией;*** машины с ограниченной деформирующей силой.