РОЗДІЛ 2
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРИСТРОЇВ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ГІДРАВЛІЧНИМИ ПРИВОДАМИ
2.1. Загальна характеристика процесу вільного кування
Основним способом виготовлення кованих великогабаритних деталей в одиночному та малосерійному виробництві є кування на гідравлічних пресах. Гідравлічний привід це енергетичний ланцюг, який складається з механізмів для перетворення механічної енергії електричного двигуна і гідравлічного насоса в енергію робочої рідини. Енергія цієї рідини за допомогою гідравлічного циліндра передається на пуансон преса, що виконує механічну роботу згідно з призначенням машини і технологічним циклом роботи [11, 53, 65].
У пресах з гідравлічним приводом робочий рух, який спричиняє формування кованої деталі, реалізується завдяки енергії стиснення робочої рідини, яка перетворюється у роботу пластичної зміни форми оброблюваної деталі відповідно до наступного виразу
(2.1)
де Fr - площа поперечного перерізу поршня, робочого циліндра пресу;
р1 - тиск рідини у робочому циліндрі;
h - приріст положення рухомої поперечки пресу;
h0 - зміна розміру оброблюваної деталі (робочий приріст);
А - робота пластичної деформації;
Р0 - сила тиску пластичної деформації.
Робочому руху у гідравлічних пресах передує неробочий рух, під час якого наступає переміщення поперечки аж до контакту робочої частини преса з поверхнею оброблюваної деталі. Це переміщення відбувається завдяки силі тяжіння, діючої на рухомі частини преса або дії низького тиску рідини, яка подається до циліндра преса з наливної ємкості чи насоса низького тиску. Під час неробочого ходу не відбувається відбір рідини з контуру високого тиску.
Перехід із неробочого ходу до робочого не відбувається миттєво, тому що для цього необхідний час на відкривання (закривання) вентилів чи засувок, після чого наступає зростання тиску у робочому циліндрі преса.
Робочий рух (пластична деформація оброблюваної деталі) починається в момент зіткнення робочої частини преса з оброблюваною деталлю, при швидкості руху преса близькою до нуля. Робочий рух відбувається завдяки дії рідини високого тиску. Швидкість цього руху від точки 0 до точки b змінюється згідно кривої наведеної на рис.2.1, характер якої залежить від типу приводу (насосний, насосно-акумуляторний і т.п.), а також від типу виконуваної технологічної операції (вільне кування, матричне кування і т.д.).
Переміщення рухомої поперечки пресу вверх (зворотний рух) відбувається за рахунок дії рідини, величина тиску якої залежить від сили ваги рухомих частин преса та руху опору згідно з залежністю
(2.2)
де Fp - площа поперечного перерізу зворотних циліндрів преса;
р2 - тиск рідини у цих циліндрах;
hp - зворотній рух поперечки преса;
G - сила ваги рухомих частин преса.
Рис.2.1. Зміна швидкості рухомих частин преса при робочому русі
Роботу пресів для вільного кування показано на рис.2.2. Час машинного циклу описується залежністю
(2.3)
де tj - час неробочого ходу;
t0 - час руху деформації;
tp - час зворотного руху;
?ts - сума часів на перемикання пристроїв керування.
Час технологічного циклу становить
(2.4)
де tt - час технологічної перерви, під час якої рухома поперечка знаходиться у вихідному положенні в стані спокою.
Час перерви залежить від технологічних вимог (вкладання і забирання оброблюваної деталі, забирання загороджень тощо) і є показником досконалості технологічного процесу та рівня механізації.
Рис.2.2. Циклограма роботи пресу для вільного кування
Рисунок 2.2 демонструє положення поперечки пресу в процесі вільного кування. Заготовка лежить на нижній робочій поверхні, визначаючи рівень її опори. За цим рівнем та верхнім положенням поперечки пресу визначається відносний рівень Р. Заготовка з початковою висотою Hp піддається 2-х етапній обробці в процесі вільного кування:
- процес вступного кування (видовжування) ,
- процес заключного кування (вигладжування) .
З врахуванням техніко-технологічних умов процесу визначається значення(величина) кроку деформації поковки ho (ці умови визначаються в наступній частині цього розділу). Після того, як визначено значення(величину) деформації, починається рух поперечки від верхнього її положення до моменту дотику до поверхні поковки. Це фаза холостого ходу, час тривання якої дорівнює tj. Після перерегулювання керуючих механізмів починається зворотній рух поперечки пресу до моменту досягнення заданого рівня висоти поковки H1 за час to. При досягненні рівня H1 відбувається перерегулювання керуючих механізмів та виконання зворотного руху поперечки пресу (разом з верхньою робочою поверхнею) до заданого рівня H2. Цей рівень визначається рівнем опори поковки на нижній робочій поверхні , що в свою чергу задає початкову висоту поковки, таким чином, щоб була свобода маневрування поковкою між робочими поверхнями пресу, тобто можливість її повороту або горизонтального переміщення. При визначенні цього рівня враховується холостий хід від рівня H2, до початкової висоти поковки Hp, маючи на увазі мінімалізацію часу виконання циклу роботи. Після досягнення потрібного розміру поковки на визначеній довжині, наступає завершальна фаза процесу кування - вигладжування. У цій фазі не враховується холостий хід під час процесу опускання поперечки пресу. Процес опускання відбувається в умовах робочого руху до моменту досягнення нового рівня висоти поковки H1. Рух між заданими рівнями H1, H2 дозволяє зменшити час вигладжування поверхні поковки та отримання в результаті відповідної її поверхні. Після визначення нових параметрів процесу кування цикл роботи пресу повторюється. Досягнення позитивних результатів у виробництві поковок вимагає старанного та продуманого процесу виконання напівфабрикатів на всіх фазах виготовлення, починаючи від виплавки сталі, тому якість вихідних матеріалів в процесі кування є надзвичайно важливою. Велика увага приділяється описові та необхідним обчисленням конкретних операцій процесу вільного кування, які в сумі і склад