РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР, РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ
И НАПРАВЛЕНИЙ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Характерной особенностью прессов объемной штамповки являются наличие усилия на ползуне и запаса упругой деформации пресса при прохождении ползуна через крайнее нижнее положение. Из рассмотренных в первом разделе методик энергетического расчета рабочего хода пресса на операциях с максимумом усилия в крайнем нижнем положении ползуна следует, что упругая энергия пресса, накопленная при прямом ходе ползуна относится к затраченной и включается в баланс энергий рабочего хода наряду с энергией пластической деформации и сопутствующим потерям энергии на трение. Что происходит с энергией упругой деформации пресса при упругой разгрузке, из литературных источников установить, однозначно, не представляется возможным. Горячая объемная штамповка, как правило, происходит в несколько переходов. В известных методиках в основу энергетических расчетов рабочего хода кривошипного пресса, положена двухпереходная штамповка с заменой действительных зависимостей усилия от величины абсолютной деформации двухучастковым графиком. Двухучастковый график получен, наложением графика технологических усилий первого перехода на график усилий второго перехода, выраженных в функции перемещений штампа.
Такая замена снижает трудоемкость графоаналитического расчета, но при этом вносит определенную погрешность, т.к. смещаются углы начала рабочего хода и не рассмотренной части упругой деформации пресса и сопутствующие ей потери энергии на трение.
При расчете энергетических параметров горячештамповочных автоматов, известны случаи, когда графики усилий деформации трех переходов штамповки объединяли в один нагрузочный график.
Разработка аналитического метода расчета энергетических параметров позволит использовать в расчете персональные компьютеры, выполнять расчеты энергетических параметров каждого перехода отдельно с достаточной степенью достоверности результатов расчета.
2.1. Влияние упругой деформации пресса на затраты энергии
рабочего хода пресса
Коэффициент жесткости кривошипного пресса определяется отношением силы на ползуне пресса к увеличению закрытой высоты пресса (расстояние между ползуном и столом пресса при нахождении ползуна в крайнем нижнем положении).
. (2.1)
Величину, обратную коэффициенту жесткости, называют коэффициентом податливости.
В учебнике [51] табл.7.2. А.Н. Банкетов и Е.Н. Ланской приводят значение коэффициентов жесткости для основных типов кривошипных прессов, ножниц и автоматов. Минимальное значение коэффициента жесткости равное 200МН/м имеют однокривошипные открытые прессы простого действия, максимальное 12000 МН/м - кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП). Л.И. Живов [37] стр.150 приводит значения величин упругой податливости, которые соответствуют коэффициентам жесткости прессов в пределах 1000...10000 МН/м.
В работах [37, 51] предлагается затраты энергии на упругую деформацию пресса вводить в баланс затрат энергии на прямой рабочий ход. Отличие состоит только в том, что Л.И. Живов [37] предлагает рассчитывать баланс энергетических затрат на прямой ход ползуна на основе нагрузочного графика пресса, в результате получают сумму затрат энергий пластической деформации пресса и сопутствующих потерь на трение. А.Н. Банкетов и Е.Н. Ланской [51] предлагают перечисленные затраты энергии рассчитывать раздельно.
После перехода ползуна через крайнее нижнее (переднее) положение начинается упругая разгрузка пресса, накопленная потенциальная энергия упругой деформации пресса должна превратиться в другие виды энергии. Здесь возможны два варианта. Энергия упругой деформации превращается в работу по преодолению сил трения в кинематических парах, а если угол упругой деформации больше угла "мертвого трения", на оставшемся угле равном разнице угла упругой деформации и угла трения - в кинетическую энергию маховых масс привода. Так в работе [22] (рис.3.3) приведена осциллограмма нагружения КГШП усилием 5МН при штамповке турбинных лопаток. Максимальный крутящий момент в нагрузочной фазе рабочего хода составил 21,4 кН·м, т.е. реверсивный крутящий момент на главном валу составил 68% от максимального момента во время прямого хода ползуна.
В.И. Власов и Ю.Т. Гурьев [22] § 5.1. предлагают энергию упругого деформирования считать возвращаемой в привод за вычетом потерь на трение в главном исполнительном механизме в пределах угла "мертвого трения". Однако, следует заметить, что потери на трение существуют и за пределами угла "мертвого трения", до тех пор, пока существует усилие на ползуне, т.е. в пределах угла упругой разгрузки пресса. Углом "мертвого трения" называют такой угол поворота главного вала, рассчитанный от крайнего нижнего положения ползуна, при котором усилием приложенным к ползуну, невозможно привести в движение кривошипно-шатунный механизм, т.е. при условии, что
, (2.2)
где - приведенное плечо сил трения;
- идеальное приведенное плечо.
После подстановки значения для центрального кривошипно-шатунного механизма получим
. (2.3)
Ввиду малого значения угла "мертвого трения" приняв,
, ,
угол "мертвого трения" равен
, (2.4)
где - радиус кривошипа;
- коэффициент кратности шатуна.
Угол поворота главного вала, соответствующий упругой разгрузке пресса, достаточно точно определяется по зависимости
, (2.5)
где - упругая деформация пресса по закрытой высоте, рассчитанная по (2.1).
Соотношения между углами и определяют пути расхода энергии упругой деформации пресса на этапе разгрузки. Если угол "мертвого трения" больше угла разгрузки пресса , вся энергия упр