Підвищення ефективності виготовлення стержневих виробів із головкою на базі технологічних роторних машин - Автореферат

Стержневі вироби з головкою (заклепки, цвяхи, шурупи зі сталі або кольорових металів) мають масовий характер споживання і виробництва. Зараз для виготовлення стержневих виробів із головкою застосовується традиційне обладнання - автомати для холодного висадження, тобто машини дискретної дії, які за один подвійний хід повзуна забезпечують вихід одного виробу. Для підвищення продуктивності виготовлення невеликих деталей типу тіл обертання з малим часом обробки, до яких належать стержневі вироби з головкою, доцільно виготовляти їх на технологічних роторних машинах, у яких транспортування та обробка здійснюються одночасно. Це дозволить підвищити ефективність їх виготовлення: виключити холості ходи машини, збільшити продуктивність, істотно підвищити ефективність використання часу циклу, знизивши при цьому швидкості й прискорення частин, що рухаються, на порядок і більше, зменшити технологічні зусилля за рахунок того, що під час обробки інструмент не затрачає додаткову роботу для подолання інерції часток матеріалу, що обробляється, забезпечити більш рівномірне споживання потужності протягом часу циклу, що буде сприяти підвищенню довговічності обладнання. Вперше створено математичну модель функціонування технологічного ротора для висадження головок стержневих виробів, яка повязує технологічні показники (продуктивність, середнє число заготовок, що одночасно обробляються, число позицій), конструктивні параметри (радіус початкової окружності ротора, число позицій, кут нутації, як кут відносного перекосу початкових окружностей інструментальної планшайби та планшайби із заготовками) та динамічні характеристики (амплітуди крутильних коливань ротора).З метою дослідження можливих шляхів збільшення продуктивності і підвищення ефективності використання часу циклу під час висадження головки був проведений аналіз питання автоматизації виготовлення стержневих виробів із головкою. Динамічні процеси в роторі будуть також залежити від того, з яким допуском на довжину відрізано заготовку. Було отримано універсальну логічну модель можливих варіантів руху інструмента і заготовки, яка дозволяє створювати різні варіанти руху інструмента і заготовки, серед яких можуть бути і потенційно нові кінематичні схеми обробки. На основі отриманих символьних моделей був запропонований аналітичний опис траєкторій руху інструмента і заготовки в роторі в параметричній формі. Через те що робочий кут становить 4...5?, то в роторі одночасно висаджується не більше однієї головки, а ротор періодично і більшу частину часу циклу працює на холостому ході.Створено математичну модель функціонування технологічного ротора для висадження головок стержневих виробів, що звязує технологічні показники (продуктивність, середнє число заготовок, що одночасно обробляються), конструктивні параметри (радіус ротора, число позицій, кут нутації) і динамічні характеристики (амплітуди крутильних коливань). Отримано критерії вибору раціональних конструктивних параметрів ротора з точки зору зведення амплітуд крутильних коливань до мінімуму. Амплітуди крутильних коливань ротора обернено пропорційні квадрату продуктивностіу у разі заданих конструктивних параметрів і відношенні частот. Показано, що нелінійні властивості мають екстремуми, коли коефіцієнт перекриття кратний 1/2, а параметричні властивості у разі ліворуч помітно зменшуються, після чого змінюються слабко в межах вузької області, що свідчить про вплив на амплітуди крутильних коливань ротора як нелінійності, так і “параметричності”. Зі збільшенням допуск на виліт і довжину заготовки необхідно зменшувати, щоб потрапити в область припустимих значень (від цілого числа) за критерієм мінімуму амплітуд крутильних коливань ротора.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-практичної задачі, що полягає у підвищенні ефективності виготовлення стержневих виробів із головкою через застосування технологічних роторних машин. Результатом роботи є наукові та методичні положення щодо проектування роторних машин для висадження.

Висновки та результати роботи сформульовані в наступних положеннях: 1. Запропоновано нову схему обробки з кінематикою відносної регулярної прецесії, що скасувала спеціальний механізм робочого ходу й спростила конструкцію роторної машини. Розроблено універсальну кінематичну модель ТВ, що дозволяє генерувати різні варіанти кінематики, серед яких можуть бути й потенційні схеми обробки.

2. Експериментально встановлено, що найбільш раціональним є конструктивний варіант із самоустановленням пуансона під час обробки, а параметри точності слабко залежать від кута нутації і визначаються в основному вильотом заготовки. Середні значення параметрів точності мінімум у 2 рази менше ніж максимально припустимі, що передбачені стандартом.

3. Експериментально показано, що допуск на довжину й виліт заготовки (технологічний розмір) може бути не менше 4/9 її діаметра при забезпеченні точності обробки.

4. Створено математичну модель функціонування технологічного ротора для висадження головок стержневих виробів, що звязує технологічні показники (продуктивність, середнє число заготовок, що одночасно обробляються), конструктивні параметри (радіус ротора, число позицій, кут нутації) і динамічні характеристики (амплітуди крутильних коливань).

5. Встановлено, що узагальненим конструктивним параметром ротора, що визначає динаміку машини, є коефіцієнт перекриття. Вплив кожного конструктивного параметра на амплітуди крутильних коливань виявляється опосереднено, через коефіцієнт перекриття. Крім того, коефіцієнт перекриття є циклічною змінною (тому що амплітуди мають періодичну залежність від нього) і чисельно дорівнює коефіцієнту продуктивності. Амплітуди крутильних коливань ротора мають локальні мінімуми, коли .

6. Отримано критерії вибору раціональних конструктивних параметрів ротора з точки зору зведення амплітуд крутильних коливань до мінімуму. Номінальний коефіцієнт перекриття повинен бути в межах від цілого числа, а радіус ротора повинен бути якомога меншим.

7. Амплітуди крутильних коливань ротора обернено пропорційні квадрату продуктивностіу у разі заданих конструктивних параметрів і відношенні частот. Параметри ротора слабко впливають на потужність у разі постійної продуктивності.

8. Запропоновано кількісні показники нелінійності і параметричних властивостей ротора як нелінійної динамічної системи і визначено їхній звязок із коефіцієнтом перекриття. Показано, що нелінійні властивості мають екстремуми, коли коефіцієнт перекриття кратний 1/2, а параметричні властивості у разі ліворуч помітно зменшуються, після чого змінюються слабко в межах вузької області, що свідчить про вплив на амплітуди крутильних коливань ротора як нелінійності, так і “параметричності”. Встановлено також, що в роторних машинах можливий параметричний резонанс.

9. Зі збільшенням допуск на виліт і довжину заготовки необхідно зменшувати, щоб потрапити в область припустимих значень ( від цілого числа) за критерієм мінімуму амплітуд крутильних коливань ротора.

10. Розроблено загальний алгоритм синтезу і рекомендації до проектування роторних машин для виготовлення стержневих виробів із головкою, що прийняті до впровадження в Донецькому проектно-конструкторському технологічному інституті, на ЗАТ “Артемівський машинобудівний завод “ВІСТЕК” і Сніжнянському машинобудівному заводі ВАТ “Мотор Січ”. Встановлено, що використання технологічних роторних машин для висадження головки й редуціювання стержня дозволить підвищити продуктивність виготовлення деталей типу вісь у 1,5...2 рази порівняно з обробкою на пресах. Очікуваний річний економічний ефект, за даними Снежнянського заводу, складає 100 тис. грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ТА ОСОБИСТИЙ ВНЕСОК АВТОРА

1. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. К вопросу синтеза высокоэффективной технологии формообразования проволочных изделий на роторных машинах // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнар. зб. наук. праць. - Донецьк: ДОННТУ, РВА ДОННТУ. - 2005. - Вип. 29. - С. 212 - 219. (Дисертантом досліджено можливість висадження головки в роторних машинах без механізма робочого ходу.)

2. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. Общий подход и методика проектирования технологических систем непрерывного действия для производства проволочных метизов // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнар. зб. наук. праць. - Донецьк: ДОННТУ, РВА ДОННТУ. - 2006. - Вип. 31. - С. 311 - 319. (Дисертантом розроблено загальний підхід і методологія проектування технологічних систем безперервної дії.)

3. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н., Дворников В.И. К вопросу создания роторных машин для изготовления проволочных метизов // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнар. зб. наук. праць. - Донецьк: ДОННТУ, РВА ДОННТУ. - 2006. - Вип. 32. - С. 240 - 249. (Дисертантом виконано силовий аналіз технологічного ротора.)

4. Михайлов О.М., Чернишев Є.О. Синтез і аналіз принципово-структурних моделей ротора для висадження // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. пр. - Донецьк: ДОНДУЕТ, 2006. - Вип. 14. - С.58 - 64. (Дисертантом запропоновано варіанти ротора для висадження головки і виконано їх порівняльний аналіз.)

5. Михайлов А.Н., Чернышев Е.А. Структурный синтез технологических систем непрерывного действия для производства проволочных метизов // Високі технології в машинобудуванні: Зб. наук. праць НТУ “ХПІ”. - Харків, 2006. - Вип.1 (12). - С. 305 - 316. (Дисертантом виконано структурний синтез автоматичної лінії.)

6. Чернышев Е.А. Определение рациональных параметров технологического ротора на основе анализа динамических процессов // Прогресивні технології і системи машинобудування: Міжнар. зб. наук. праць. - Донецьк: ДОННТУ, РВА ДОННТУ. - 2007. - Вип. 34. - С. 328 - 337. (Дисертантом розроблено математичну модель динаміки ротора й виконано розрахунки з визначення раціональних параметрів.)

7. Патент України 55987А, 7 В21К1/58. Пристрій для виготовлення заклепок. О.М. Михайлов, Є.О. Буленков, Т.С. Кєкіна, Є.О. Чернишев. - Заявлений 09.08.2002. - Опубл. 15.04.2003, Бюл. № 4. (Дисертантом досліджено процес висадження головки заклепки.)

8. Патент України 25027U, В21К1/00. Інструментальний блок роторної машини для висадження головок дротових виробів. Є.О. Чернишев, О.М. Михайлов, Л.М. Фенік, М.С. Мишов. - Заявлений. 05.03.2007. - Опубл. 25.07.2007, Бюл. №11. (Дисертантом запропоновано ідею і розроблено конструкцію інструментального блока.)

9. Патент України 25028U, В21К1/00. Роторна машина для виготовлення заклепок. Є.О. Чернишев, О.М. Михайлов, Л.М. Фенік, М.С. Мишов. - Заявлений. 05.03.2007. - Опубл. 25.07.2007, Бюл. №11. (Дисертантом запропоновано ідею і розроблено конструкцію інструментальної планшайби.)

10. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. Влияние плоскопараллельного движения пуансона на процесс пластической высадки в роторе // Машиностроение и техносфера XXI века. Сб. трудов междунар. научно-техн. конференции в г. Севастополе. - Донецк: ДОННТУ, 2004. Вып. 27. - С. 222 - 223. (Дисертантом досліджено процес пластичної деформації головки виробу.)

11. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. К вопросу технологии формообразования проволочных изделий // Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы: Материалы шестого научно-практического семинара, г. Донецк, 27-29 апреля 2005 г. - Донецк, ДОННТУ, 2005. - С. 624 - 628. (Дисертантом виконано аналіз технології висадження головки в автоматах дискретної дії з точки зору динамічних процесів.)

12. Chernyshev E.A., Mikhaylov A.N. Continuous technological systems as an alternative way of nail production // Машиностроение и техносфера XXI века: Сб. трудов межд. науч.-тех. конф. в г. Севастополе 12 - 17 сентября 2005 г. В 5-ти т.- Донецк: ДОННТУ, 2005. Т.4. - С. 261 - 262. (Дисертантом проведено аналіз можливості цвяхівного виробництва на базі роторних машин.)

13. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. Особенности динамики работы механизма высадки гвоздильных автоматов // Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы: Материалы Седьмого научно-практического семинара. - В 3-х кн. - Таганрог, Изд-во ТРТУ. - Кн. 3., 2006. - №6. - С. 210 - 218. (Дисертантом виконано динамічний аналіз роботи механізма висадження цвяхівних автоматів.)

14. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. Структурный синтез блоков технологического воздействия роторных машин для обработки давлением // Донбасс-2020: наук и техника - производству: Материалы III научно-практической конференции, г. Донецк, 30-31 мая 2006 г. - Донецк, ДОННТУ, 2006. - С. 352 - 357. (Дисертантом запропоновані структурні схеми.)

15. E.A. Chernyshev, A.N. Mikhaylov. Power analysis of rotor for heading wire products // Buletinul Institutului Politehnic Din Iasi: International Scientific Conference Modern Technologies, Quality, Restructuring, T.M.C.R. 2006. - Iasi: Universitatea Tehnica “Gh. Asachi”, 2006. - Tomul LII, Fascicula 5B. - P. 641 - 645. (Дисертантом розроблено інженерний підхід до розрахунку крутного момента на валу ротора.)

16. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н. Кинематический синтез схем технологического воздействия для обработки высадкой на роторных машинах // Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы: Материалы восьмого научно-практического семинара, г. Донецк, 17-20 апреля 2007 г. - Донецк, ДОННТУ, 2007. - С. 317 - 326. (Дисертантом виконано порівняльний аналіз кінематичних схем.)

17. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н., Феник Л.Н. Предварительные экспериментальные исследования качества обработки высадкой на технологическом роторе // Tehnologii Moderne, Calitate. Restructurate: Lucr. St. publ. au fost communicate ia Conf. St. Int. TMCR 2007. - Chisinau, 31 - 2 iunie 2007: Univ. Teh. a Moldovei, Univ. Teh. “Gh. Asachi” Iasi, 2007. - Vol. 1. - P.290 - 293. (Дисертантом проведено експерименти у разі різних конструктивних рішень блока технологічного впливу.)

18. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н., Дворников В.И. Влияние производительности на амплитуды крутильных колебаний роторных машин // Машиностроение и техносфера XXI века: Сб. трудов межд. науч.-тех. конф. в г. Севастополе 17 - 22 сентября 2007 г. В 5-ти т.- Донецк: ДОННТУ, 2007. Т.4. - С. 156 - 159. (Дисертантом виконано теоретичне дослідження впливу продуктивності на амплітуди.)

19. Чернышев Е.А., Михайлов А.Н., Феник Л.Н. Экспериментальные исследования геометрических параметров качества обработки высадкой на роторной машине с объединением транспортного и технологического движений инструмента // Сучасні технології у машинобудуванні: Збірник наукових статей / За заг. ред. А.І. Грабченко. - Харків: НТУ “ХПІ”, 2007. - С. 403 - 416. (Дисертантом проведено експериментальні дослідження, виконано регресійний аналіз.)

20. Chernyshev E.A., Mikhaylov A.N. The ways of analysis and selection of heading process kinematics in rotor machines // The 32nd International Scientific Conference "Modern Technologies in the XXI century", Bucharest, 1-2 November 2007. - Bucharest: Military Technical Academy, 2007. - P. 620 - 622. (Дисертантом запропоновано загальний підхід до аналізу кінематики.)