WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Коркин Николай Павлович ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЧНОСТНЫМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРЕССОВ Специальность 05.03.05 «Технологии и машины обработки давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2009 год

Работа выполнена в ОАО АХК «Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика А.И. Целикова» (ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ») и в ОАО «Корпорация «Верхнесалдинское металлургическое производственное объединениеАВИСМА титано-магниевый комбинат» (ОАО «Корпорация ВСМПОАВИСМА»).

Научный консультант: Лауреат Государственной премии СССР и лауреат премии Совета Министров СССР, доктор технических наук Сурков Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Покровский А.М.

кандидат технических наук Белоусов И.Я.

Ведущая организация: ООО «Уралмаш – Инжиниринг»

Защита диссертации состоится 1 декабря 2009 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д520.016.01 при ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ» по адресу: 109428, г. Москва, Рязанский проспект, 8а.

Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью, просьба высылать по указанному выше адресу.

Справки по тел.: 730-45-39.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ».

Автореферат разослан 21 октября 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Дрозд В.Г.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность Мощные гидравлические прессы, осуществляющие процессы обработки давлением, входят в состав производств, составляющих основу оборонного и промышленного потенциала России. Продукция, выпускаемая на этих прессах, используется во всех отраслях промышленности.

Сила, являющаяся главной технологической характеристикой пресса, создается и воспринимается базовыми деталями, составляющими станину пресса.

Процесс обработки давлением происходит, как правило, с эксцентриситетом силы пресса. Превышение допустимых величин эксцентриситета вызывает значительное увеличение напряжений в базовых деталях и приводит к их разрушению, что вызывает длительные простои прессов, значительные расходы на ремонт и запасные части. Эксцентриситет силы пресса влияет и на качество штамповок, вызывая перекос подвижной поперечины и клиновидность штампуемого изделия.

Для предупреждения разрушения базовых деталей и повышения эффективности производства следует осуществлять контроль эксцентриситета силы пресса.

Необходимость оснащения мощных гидравлических прессов системами контроля эксцентриситета неоднократно отмечалась в литературе по прессостроению, и были разработаны образцы таких систем. Однако, сложность и громоздкость аппаратуры восприятия, передачи, преобразования и представления информации не позволили запустить эти системы в промышленную эксплуатацию. К 2000 г. ни один из гидравлических прессов России не был оснащен системой контроля эксцентриситета и ограничения силы пресса. Поэтому обеспечение прочностной надежности мощных гидравлических прессов на дальнейший длительный период эксплуатации и повышение качества изделий ответственного назначения определяют актуальность работы, направленной на создание системы контроля и ограничения эксцентриситета силы пресса.

Цель Создание работоспособной постоянно действующей системы контроля и ограничения эксцентриситета силы мощного гидравлического пресса.

Задачи Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи 1. Выбрать и обосновать методику исследования напряженнодеформированного состояния базовых деталей при центральной и эксцентричной силах мощного гидравлического пресса.

2. Выполнить исследование условий эксплуатации базовых деталей при центральной и эксцентричной силах пресса с установлением зависимости максимальных напряжений от величины эксцентриситета.

3. По результатам исследования разработать критерии и основные технические решения системы контроля эксцентриситета и ограничения силы пресса.

4. Разработать программно-аппаратное обеспечение системы контроля эксцентриситета и ограничения силы пресса.

На защиту выносится:

- создание и внедрение в промышленную эксплуатацию постоянно действующей системы контроля и ограничения эксцентриситета силы мощного гидравлического пресса со станиной колонного типа;

- зависимости, связывающие напряженное состояние базовых деталей с эксцентриситетом силы пресса;

- зависимости для определения осевых напряжений, напряжений изгиба, а также углового положения и величины максимального напряжения в сечении колонны по алгоритму линейного распределения напряжений;

- разработка программы автоматической работы контрольно измерительного комплекса, фиксирующей нагрузки по колоннам и сигнализирующая о недопустимых перегрузках.

Практическая ценность Впервые в мировой практике создана и внедрена в промышленную эксплуатацию система управления прочностными и технологическими параметрами гидравлических прессов.

Использование системы позволяет:

- предотвратить перегрузки пресса, вызываемые эксцентриситетами приложения технологической нагрузки;

- выполнить корректировку положения штамповой оснастки и свести к минимуму эксцентриситет технологической нагрузки;

- установить зависимость клиновидности штамповок и перегрузок колонн от формоизменения недоступных для наблюдения поверхностей контакта элементов штампового набора.

Внедрение Система контроля и ограничения эксцентриситета силы пресса установлена в 2003 г. на гидравлическом прессе силой 300 МН, работающем в ОАО «Корпорация «ВСМПО-АВИСМА». Претензий к работе системы нет.

Апробация Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 1-ой Российской конференции по кузнечно-штамповочному производству «Кузнецы Урала - 2005».

Публикации Основное содержание диссертации отражено в 5 статьях и в патенте РФ «Устройство системы диагностики гидравлического штамповочного пресса колонной конструкции», дата публикации 20.08.2009. БИ. 2009 №23.

Структура и объем Диссертация состоит из введения и пяти глав. Основное содержание и выводы изложены на 128 страницах. В работе 48 рисунков, 4 таблицы, список литературы содержит 53 наименования.

Основное содержание работы

Глава 1. Объект исследования, обзор литературы и постановка задачи Приведены статистические данные об отказах мощных гидравлических прессов, связанных с разрушением главных цилиндров, колонн, поперечин. В заводских актах о расследовании аварий отмечается только, что разрушения базовых деталей связаны с длительными сроками эксплуатации. В работах М.В.

Сторожева, Х.А. Винокурского, В.А.Михеева, Б.В. Розанова, Э. Мюллера, В.И.

Койреса, М.И. Будмана показана необходимость и предложены методы расчета базовых деталей при центральном и эксцентричном нагружениях гидравлического пресса. Расчетные оценки величин эксцентриситетов даются с необходимой точностью только для заготовок простой формы. При деформации заготовок сложной геометрии при реальных технологических режимах значения эксцентриситетов могут существенно отличаться от расчетных, а величины напряжений в базовых деталях значительно превышать допустимый уровень.

Для получения достоверных зависимостей, связывающих напряженное состояние базовых деталей с эксцентриситетом силы пресса, проведены экспериментальные исследования натурных конструкций методом тензометрирования. В работах, выполненных под руководством Б.В. Розанова, показано, что для прессов силой 100 МН, 150 МН, 300 МН при эксцентриситете 100 мм суммарные напряжения в колоннах в 1,5 раза выше теоретических напряжения растяжения. Для реальных технологических процессов эксцентриситет силы пресса может быть существенно выше 100 мм, что приводит к возникновению максимальных напряжений в колоннах, значительно превышающих допускаемые величины. Поэтому обеспечение надежной работы базовых деталей требует контроля и ограничения эксцентриситета силы и пресса.

В работах Р.М. Лиснянского, В.П. Линца, М.Д. Медвинского, Е.Х. Риппа рассмотрены методика и аппаратура контроля эксцентриситета силы пресса с помощью мерительных устройств, устанавливаемых на колоннах. Предложенная аппаратура содержала ряд конструктивных недостатков (сильное усреднение показаний измерителей деформации, большие размеры элементов в направлении оси колонны, слишком большое число механических элементов), затрудняющих использование этой аппаратуры на реальных объектах.

К 2000 г. в России ни один из мощных гидравлических прессов не был оснащен системой контроля и ограничения эксцентриситета силы пресса.

Поэтому цель настоящей работы заключается в создании работоспособной постоянно действующей системы контроля и ограничения эксцентриситета силы мощного гидравлического пресса.

Глава 2. Программный комплекс и математические модели прессов со станиной колонного типа для исследования условий эксплуатации базовых деталей Большая часть гидравлических прессов силой до 300 МН имеют станину колонного типа с верхним расположением рабочих цилиндров. Эти прессы различаются по силе, назначению, конструктивному оформлению базовых деталей, числу цилиндров и колонн. Для разработки методики контроля эксцентриситета силы пресса необходимо установить закономерности, связывающие эксцентриситет силы с напряженным состоянием базовых деталей.

Исследование этих закономерностей проведено на математических моделях базовых деталей ковочного пресса силой 60 МН и штамповочного пресса силой 300 МН. Оба пресса спроектированы и построены УЗТМ.

Ковочные гидравлические прессы УЗТМ силой 60 МН (в дальнейшем пресс 60 МН) получили наибольшее распространение среди прессов со станиной колонного типа в России и странах СНГ (рис. 1). Силу пресса создают три рабочих цилиндра 1, расположенных в архитраве 3. В цилиндрах под действием давления рабочей жидкости перемещаются плунжеры 2, передающие нагрузку на подвижную поперечину 4. Через плиты верхнего штампового набора 5, деформируемое тело (на рис. 1 не показано) и плиты нижнего штампового набора 6 нагрузка передается на основание 7. Колонны 8 передают нагрузку от нижней поперечины к архитраву. Каждая колонна имеет две внутренних 9 и две внешних 10 нарезанных части, на которых устанавливаются разрезные гайки.

Базовые детали уникальных прессов УЗТМ силой 300 МН имеют весьма высокие уровни напряжений, поэтому для них существенным является оценка и, в случае необходимости, ограничение эксцентриситета силы пресса. Пресс имеет колонн и 8 рабочих цилиндров. Необходимость обеспечения допустимых уровней номинальных напряжений при значительном увеличении силы пресса (по сравнению с прессом 60 МН) определила более сложную конструкцию архитрава, подвижной поперечины и основания.

Рис. 1. Гидравлический пресс конструкции УЗТМ силой 60 МН 1 – гидроцилиндр; 2 – плунжер; 3 – поперечина верхняя; 4 - подвижная поперечина; 5 - плиты верхнего штампового набора; 6 – плиты нижнего штампового набора; 7 – основание; 8 –колонна; 9 – гайка внутренняя; 10 – гайка внешняя Установление причин и предупреждение разрушений базовых деталей требуют уточненного анализа условий взаимодействия и напряженного состояния деталей пресса. Базовые детали станины имеют сложную геометрическую форму, работают в силовом контакте, поэтому метод решения должен позволять находить как условия взаимодействия деталей, так и величины максимальных напряжений в зонах концентрации. Поставленным требованиям отвечает математическое моделирование методом конечных элементов, реализованным в программном комплексе ANSYS.

Оценка точности математического моделирования проведена на задачах контактного взаимодействия двух цилиндров, посаженых с натягом, и растяжения полосы конечного размера с центральным отверстием, имеющих точное аналитическое решение. Расхождение результатов аналитического и численного методов решения не превысило 4%. Узел колонна-гайка относится к многоэлементным контактным соединениям с конструктивными концентраторами напряжений. Оценка точности математического моделирования таких соединений, проведенная сопоставлением с экспериментом методом фотоупругости, показала, что их результаты отличаются не более, чем на 5%.

Таким образом, точность математического моделирования с использованием программного комплекса ANSYS вполне достаточна для инженерных расчетов.

Полное моделирование силовых конструкций прессов силой 60 МН и МН является весьма сложным и трудоемким. Кроме того, оценка влияния эксцентриситета на базовые детали прессов не требует полного воспроизведения геометрии силовых конструкций. Это позволяет провести исследование напряженного состояния базовых деталей при различных режимах нагружения на локальных математических моделях, что существенно упрощает конструкцию моделей и сокращает объем вычислений.

Глава 3. Исследование напряженного состояние базовых деталей и критерий эксцентриситета силы пресса Эксцентриситет силы пресса увеличивает напряжения в базовых деталях и вызывает перекос подвижной поперечины, что приводит к клиновидности штамповок. Исполнительными органами устройств выравнивания подвижной поперечины служат синхронизирующие и рабочие цилиндры. Индикатором перекоса в этих устройствах является геометрическое положение подвижной поперечины. В связи с этим целесообразно оценить возможность использовать для оценки величины и направления эксцентриситета силы пресса напряженное состояние подвижной поперечины.

Влияние эксцентриситета силы на напряженное состояние подвижной поперечины пресса силой 60 МН исследовано при эксцентриситете 220 мм в направлении продольной оси поперечины. Эта величина на 20 мм превышает допустимую величину эксцентриситета, принятую Заводом-изготовителем.

Расчеты проведены для двух крайних схем нагружения:

– момент эксцентричного нагружения воспринимается круговыми поверхностями центрального плунжерного стакана, что происходит в результате износов поверхностей контакта направляющих в колонных стаканах и сферических пят боковых плунжеров (рис. 3, а);

– в результате износа поверхностей контакта подвижной поперечины с центральным плунжером момент эксцентричного нагружения воспринимается направляющими колонных стаканов подвижной поперечины (рис. 3, б).

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»