ПОВЫШЕНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ КРИВОШИПНЫХ ПРЕССОВ

В УСЛОВИЯХ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

 

Гончаров С.Н., Гончаров М.Н., Удалов А.И.

 (КамПИ, г. Набережные Челны, РФ)

 

One of possible solutions of a problem of wear crank presses in case of unaxial applying of a load for case of stamping of long-sized items is considered in the article.

 

Одной из главных проблем существующих на производстве является проблема уменьшения износа оборудования, возникающего от целого ряда причин, среди которых можно отметить такие как несвоевременная смазка оборудования, погрешности конструкторских расчетов при проектировании оснастки (нельзя достичь абсолютных значений параметров процесса), превышение допустимых нагрузок, недостаточный уровень подготовки персонала по обслуживанию оборудования и ряд других. Особенно остро данная проблема проявляется в условиях массового производства, когда происходит непрерывная эксплуатация оборудования. Для решения этой проблемы требуется проведение мероприятий, способствующих исключению многих вредных факторов. Этому может способствовать, например, внедрение на предприятиях идей CALS-технологий и использующих их АСУТП. Переход на компьютерную диагностику оборудования (например, при использовании SCADA-систем [2]) с выдачей соответствующих сигнальных сообщений о возможном выходе из строя является наиболее целесообразным в случае массового и крупносерийного производства получения штампованных деталей.

В условиях листовой штамповки наиболее распространенным типом оборудования являются кривошипные прессы, а в качестве инструмента применяются штампы. Для правильной уравновешенной работы штампа необходимо вырезаемый кон­тур расположить на матрице таким образом, чтобы центр давления совпадал с осью хвостовика [1], которая в свою очередь должна совпадать с осью пресса. В противном случае в штампе возникают перекосы, несимметричность зазора, износ направляющих, быстрое притупление режущих кромок, а затем и по­ломка штампа, приводящие соответственно к износу, или даже, поломке узлов оборудования. Это соответственно может приводить к недопустимым простоям оборудования во время ремонта. Нахождение центра давления имеет значение главным образом для сложных вырубных, многопуансонных пробивных и последовательных комбиниро­ванных штампов. На практике конструкторы наиболее часто применяют два способа определения центра давления штампа: графический и аналитический. Использование первого из них может приводить к заметным погрешностям в расчетах и, как следствие, вызывать преждевременный износ оборудования. Поэтому наиболее приемлем аналитический способ. Данный способ основан на определении координат точки центра давления на основе решения уравнения равновесия моментов, например такого вида [1]

                                                               (1)

относительно оси Y и

                                                             (2)

относительно оси X. Здесь - искомое расстояние от оси OY до центра тяжести; - искомое расстояние от оси OY до центра тяжести; - расстояние от центра тяжести фигуры отдельного вырезаемого контура до оси OY; - то же до оси OY; - усилия вырубки. При расчете вместо усилий вырубки следует поставлять длину соответствующего контура, т.к. усилие при вырубке в наиболее простом случае можно определить как

,                                                             (3)

где - периметр вырубаемого контура,  - толщина материала, - сопротивление срезу материала. При подстановке (3) в (1) и (2) произойдет очевидное сокращение постоянных параметров  и .

Однако в некоторых случаях описанная выше методика не может быть реализована столь простыми способами. Так, например, в ОАО “Камский прессово-рамный завод” (г. Набережные Челны) при производстве детали типа “Лонжерон рамы” для автомобиля “КАМАЗ” сталкиваются со следующей проблемой. На прессе фирмы “Kamatsu” (Япония) усилием 6000 т при производстве указанной детали производят пробивку около 400 отверстий разнообразной формы. При этом габариты детали  - 90004008 мм. Несложно подсчитать, что одновременная пробивка такого количества отверстий требует большого усилия, поэтому применяется вырубка тремя рядами пуансонов, рабочие поверхности которых соприкасаются с металлом поочередно. Также очевидно, что при ошибках в расчетах по определению центра давления штампа можно получить значительные погрешности из-за больших габаритов детали, приводящие к существенному износу дорогостоящего оборудования. Параллельно осуществляется одновременная вырубка по контуру самой детали, наклонными ножами. Усилие от вырубки существенно меньше, чем усилие от пробивки отверстий, поэтому далее рассмотрим операции пробивки.

Пусть имеется  отверстий () с разной формой контура и  рядов пуансонов (). Предположим, что конструктором определено положение центра давления (там пусть будет расположено начало системы координат) и требуется осуществить проверку точности расчета, задать положение каждого пуансона в соответствующем ряду таким образом, чтобы пробивка каждым рядом осуществлялась так, чтобы равнодействующая всех сил  лежала на оси пресса. Также потребуем, чтобы усилие пробивки каждым рядом пуансона стремилось к величине , где  - равнодействующая для пробивки всех  отверстий. Иначе говоря, имеется некоторая целевая функция вида (уравнения равновесия относительно заданного или вычисленного автоматически центра давления)

                                                      (4)

где - радиус-вектор,  - периметр -го отверстия. Для учета веса вносимого каждым рядом пуансонов можно ввести некоторый параметр  - коэффициент, зависящий от параметра . Тогда (4) можно преобразовать

                                                         (5)

Также имеется ограничение вида

                                              (6)

где - число пуансонов в -ом ряду, - некоторый задаваемый конструктором параметр, характеризующий погрешность отклонения усилия от желаемой величины.

Таким образом, требуется подобрать коэффициенты  для каждого ряда пуансонов так, чтобы наилучшим образом выполнялось (5) и соответственно (4), а также (6). Помимо прочего можно выдать решение о внесении конструктивных изменений в деталь, так, чтобы (5) обращалось в нуль, что было бы точным решением для каждого ряда пуансонов.

Задачи такого типа могут быть решены с помощью аппарата комбинаторики, т.к. коэффициенты представляют собой целые числа. В частности, могут быть применены эволюционные методы, например, генетические алгоритмы [3,4]. В этом случае требуется минимизировать (4). Длина хромосомы будет равна  генам, значение аллелей будет принадлежать множеству . Используя известные генетические операторы, такие как выбор родителей, кроссовер, мутации, селекцию на основе генетического алгоритма [3], можно решить данную задачу.

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Справочник по холодной штамповке. Романовский В. П. Л., «Машиностроение». 1971 г.

2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2002. – 336 с.: ил.

3. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 320 с: ил.

4. Куликов Г.Г., Брейкин Т.В., Арьков В.Ю. Интеллектуальные информационные системы: Учеб. пособие / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т. -Уфа, 1999. -129 с.