4. Лабораторная работа № 4 «Программное управление ковочным гидравлическим прессом»

4.1. Цели работы

Гидравлические прессы – это кузнечно-штамповочные машины почти статического воздействия на деформируемый материал, которое осуществляется силой давления жидкости на поршень или плунжер одного или нескольких рабочих цилиндров. В основе принципа действия гидравлических прессов лежит закон Паскаля о сообщающихся сосудах. Прессы характеризуются величиной номинальной силы, которую создает пресс при упоре бойков или штампов, и скоростью ползуна на различных этапах цикла, величина которой зависит от типа привода, степени управляемости, простоты наладки и управления. Прессы применяют для ковки, объемной холодной и горячей штамповки, прессования, листовой штамповки-вытяжки, правки, пакетирования и других операций. [2]

На гидравлических ковочных прессах производят различные операции свободной ковки (вытяжку, осадку, проглаживание, прошивку, рубку и так далее), а также объемную штамповку в подкладных штампах. [3]

Цель работы: ознакомиться с перспективами программного управления ковки.

4.2. Основные положения программного управления процессом ковки

Гидравлические пресса можно разделить на две группы. В первую группу следует отнести прессы для изготовления относительно сложных по конфигурации машиностроительных поковок: ступенчатых валов, дисков, бандажных колец, коленчатых валов и так далее. Прессы второй группы используются для изготовления металлургических заготовок и профилей, сечение которых остается постоянными по всей длине поковки. Использование прессов для ковки профилей вызвано тем, что многие особо ответственные детали изготовляются из специальных высоколегированных сталей и применение универсальных прессов оказывается в таких случаях выгоднее прокатки.

На прессах первой группы возможно только частичное программирование операций свободной ковки сравнительно простых поковок, например ступенчатых валов и бандажных колец.

Для второй группы прессов научно-исследовательский центр BISRA (Британская научно-исследовательская ассоциация черной металлургии) разработал систему программирования процесса свободной ковки. Проектированию аппаратуры автоматического управления предшествовали исследования, целью которых было разработать систему программных команд. Исследование показало, что команды для выполнения простейших операций можно разделить на три группы:

1. Определения последовательности операций;

2. Контроля движения рабочих органов пресса;

3. Управления работой манипулятора.

Несмотря на большую номенклатуру крупных поковок, процесс их изготовления сводится к нескольким основным повторяющимся операциям. Требуется девять различных операций в разных сочетаниях для изготовления поковок всех основных форм (табл. 1).

Таблица 1

Операции вытяжки и отделки

№ пп	Форма сечения поковки	Последова-тельность операций	Вращение поковки между проходами	Примечание
1	Квадрат	Продольные переходы с поворотом	На 900 для каждого перехода	‑
2	Восьми-угольник		Начальный поворот на 450, после-дующие на 900	‑
3	Восьми-угольник		Попеременно на 450 и 900	Слиток куется до конца как восьми-угольный, тогда как в пункте 2 слиток вначале обжигается на квадрат, а затем на восьмиугольник
4	16-угольный много-угольник		Начальный поворот на 22,50, после-дующие на 450	‑
5	Отделочные операции 16-сторон-ний много-угольник	8 обжатий по кругу с последую-щей подачей в продольном направлении	Вращение между обжатиями 22,50	Бойки обжимают две диаметрально противоположные грани за один ход, в результате чего поворот поковки на 1800 позволяет обжать поковку всей окружности
6	32-сторон-ний много-угольник	То же, с 16 обжатиями	11,150	‑
7	64-сторон-ний много-угольник	То же, с 32 обжатиями	5,3750	‑
8	Операции пережима	8 обжатий за поворот	450	Пережим осуществ-ляется одним инструментом и требует одного поворота поковки
9		16 обжатий за поворот	22,50	‑

В результате такой рационализации процессов ковки входную информацию, определяющую последовательность операций, можно свести к четырем основным командам:

1. выбор операции обжатия или пережима;

2. выбор продольного или кругового перехода;

3. выбор угла поворота поковки;

4. определение числа продольных переходов для получения заданных размеров поковки.

Исследование закономерностей формоизменения металла в процессе ковки установило, что при кузнечной вытяжке между обжатием, удлинением и уширением поковки существует, в основном, геометрическая связь. Например, при вытяжке прямоугольной поковки между плоскими бойками (рис. 7) связь между ее размерами до и после деформации определяется формулой

,

где s – эмпирическая величина, зависящая почти исключительно от отношения подачи к ширине поковки (b/w₀).

Рис. 7 Основные параметры процесса ковки, используемые для определения величины рабочего хода

Исследования показали, что высокоэффективным для процесса ковки слитка является режим пропорциональных обжатий, при котором отношения и остается постоянным для каждого прохода. Кроме того, процесс пропорциональных обжатий поддается программному управлению, так как большое число различных положений подвижной поперечины в этом случае сводится к одному значению степени обжатия. Текущая высота поковки в начале каждого прохода регистрируется сигналом, поступающим с цифрового датчика положения подвижной поперечины, а степень обжатия задается как часть программной информации. Этих данных достаточно для счетно-управляющего устройства, чтобы определить требуемую величину рабочего хода при каждом проходе.