Кафедра обработки металлов давлением,
специализация 'Кузнечно-штамповочное производство', ГВУЗ 'Приазовский государственный технический университет'

История кривошипных прессов

Глава из книги Е.Н. Свистунова "Кузнечно-штамповочное оборудование. Кривошипные прессы"



История кузнечно-прессовых машин должна быть объектом самостоятельного научного направления и соответствующей учебной дисциплиной, повышающей кругозор обучающихся и уменьшающей вероятность принятия ошибочных решений. Пока это направление не сложилось, автор считает целесообразным лать локальную справку об истории создания и использования кривошипных машин, начиная с 1935 года, основываясь при этом на личном опыте их эксплуатации, исследования и разра­ботки. а также преподавания курса КИК в высшей школе.

Указанная дата не случайна. Значимость кузнечного произ­водства осознавалась с древности Смит (кузнец) - распростра­ненная фамилия в англоязычных странах: Шмидт - в германоя­зычных. Кузнецов. Ковалев. Кузетченко, Ковальчук. Коваль н тл. - в России, Белоруссии и Украине. Индустриальное произ­водство КИМ возникло в нашей стране фактически только после Великой Отечественной войны. До войны страна успела создать металлургическую и энергетическую базу, оборонные отрасли, несколько автомобильных и тракторных заводов, ряд заводов по производству универсальных металлорежущих станков и два ги­ганта сверхтяжелого машиностроения. Основные отечественные потребители КИМ. созданные в это время: автомобильные, трак­торные и подшипниковые заводы. - были укомплектованы им­портными прессами и молотами, преимущественно американ­скими. США. используя уникальные морские, географические, геополитические и природные ресурсы, в первой трети XX века становятся во главе индустриального мира. Задолго до Второй мировой войны Форд отмечает выпуск 25-миллионного обще­доступного автомобиля, который он создал, опираясь на техни­ческие разработки своего коллектива и опыт поточного произ­водства чикагских боен. Массовый выпуск автомобилей стал возможен при соответствующем развитии кузнечно-прессового машиностроения. В штате Огайо, идеальном месте для метал­лургической и металлообрабатывающей промышленности, прессоостроительные фирмы Толедо. Блис. Национал, Аякс и др. создаются, распадаются, объединяются, разъединяются, но на­ращивают производство. Чувствуя конъюнктуру, наша страна в 1931 году создает Центральное бюро тяжелого машиностроения (ЦБТМ), в котором наряду с металлургическим начали проекти­ровать кузнечно-штамповочное оборудование. В научно-исследовательском институте машиностроения (НИИмаше) под руководством Л И. Зимина возникает кузнечная лаборатория. В этой обстановке в 1935 году в периодическом издании «Вестник металлопромышленности» № 10, 11 появляется фундаменталь­ная работа М.В. Сторожева. «Основы расчет кривошипных прессов», выполненная при участии В.Н. Копылова. Она поло­жила начало научному изучению кривошипных машин в нашей стране и оказала влияние на соответствующие направления и рубежом. Дата ее появления выбрана началом отрезка времени, отображенною настоящей справкой.

Основные положения указанной работы таковы. Во-первых, формулируется главная цель расчета: построение в функции обобщенной координаты ИМ графика усилий на его рабочем звене, допустимых по прочности и (или) долговечности наибо­лее слабых мест пресса в процессе технологического нагруже­ния. Во-вторых, постулируется и обосновывается утверждение о том. что при построении указанного графика на количественный результат практически не влияют величины инерционных сил подвижных частей пресса, но существенно влияет диссипация энергии в трущихся поверхностях ИМ. В-третьих, исходными параметрами, определяющими диссипативные процессы во вра­щательном относительном перемещении звеньев, приняты ра­диусы трения шарниров. В-четвертых, радиусы трения шарни­ров ИМ приняты равными произведению величин их геометри­ческих ради>сов на коэффициенты трения. Это соотношение ла­ет возможность применить для достижения главной цели расчета уравнение элементарных работ в наиболее доступной форме для последующей аналитической интерпретации. В-пятых, показано, что кривую допустимых усилий на рабочем звене наиболее ра­ционально строить не в прямой, а обратной системе отсчета, то есть от КРП вспять перемещению входного и рабочего звеньев ИМ, что облегчает связь расчета с теорией ОМД и технологиче­ской практикой, оперирующих независимыми от вида машины- орудия графиками технологического нагружения Указанной ра­ботой М.В. Сторожева и И. Н. Копылова заканчивается первый этап, охватываемый настоящей справкой. Его суть: начальная научно-техническая и организационная подготовка к созданию отечественной подотрасли производства КПМ вообще и криво­шипных машин, в частности.

Дальнейшее развитие отечественной теории и практики соз­дания кривошипных машин было прервано войной, способство­вавшей развитию других направлений ОМД, например, созда­нию роторных и роторно-конвейерных машин, ротационно- обжимных машин и т.д. Эти темы интересны, но выходят за рамки настоящей справки.

Во время войны в США появляются универсальные криво­шипные горячештамповочные прессы (КГШП). К тому времени массовое и крупносерийное листоштамповочное производство было укомплектовано разнообразными кривошипными прессами и автоматами простого, реже двойного, еще реже тройного дей­ствия. Эти машины отличались от современных листоштампо- вочных кривошипных машин гораздо меньшей производитель- ностью. отсутствием ряда частных вспомогательных устройств и электроники, литыми, а не сварными станинами средних и тяже­лых прессов. Но в целом они были прямыми предшественника­ми современных кривошипных листоштамповочных прессов. То же можно сказать о ХВА и других машинах для холодной объ­емной штамповки. Однако массовое и крупносерийное произ­водство горячих поковок отличалось от современного принци­пиально иным составом оборудования. Его основу составляли падающие паровоздушные молоты, и (обреченные Джоном Не­смитом в Англии в 40-х годах XIX века, и горизонтально-ковочные машины с вертикальным разъемом матриц (ГКМ ВР). появившиеся примерно в то же время. Эти машины не заменяли, а дополняли друг друга. ГКМ ВР специализировались на изде­лиях. получаемых горячей высадкой конца длинного стержня в закрытых штампах с разъемной матрицей без помощи выталки­вателей и средств автоматизации. Всю остальную, то есть наи­более распространенную номенклатуру брали на себя паровоз­душные падающие штамповочные молоты двойного действия, предназначенные для штамповки в открытых штампах как осе­симметричных поковок, так и поковок с вытянутой осью. Но за- тратам на изготовление и ремонт указанные молоты гораздо де­шевле КГШП. Американскую промышленность не удовлетворя­ли два их качества: плохая эргономика и высокая квалификация штамповщиков (операторов-молотобойцев). Плохая эргономика связана с вибрацией самих молотов, зданий и грунта, а также с шумом, превышающим санитарные нормы, то есть с недопусти­мой акустической вибрацией воздушной среды. Кроме непо­средственного вреда здоровью вибрация, ухудшает эргономику 0посредс1венн0, не давая возможности применить выталкива1е- ли и. тем самым, препятствуя автоматизации штамповки на мо­лотах. Продиктованные сильными профсоюзами трудовые со­глашения в США были таковы, что предприниматели, боясь пе­регрузки операторов, вынуждены были искусственно сдержи­вать производительность на молотах, так как доплата оператору за частичный простой оказывалась существенно меньше оплаты временной или постоянной потери его трудоспособности. Еще большей неприятностью для предпринимателей была необходи­мость использовать высоко квалифицированных штамповщиков на молотах, которых не увольняли даже при кризисах и локау­тах. настолько дороги были набор и обучение новых кадров. В те времена, в СССР и за рубежом проводились конкурсы штам­повщиков на молотах по закрытию бабой молота крышек доро­гих карманных часов. Варьирование силой удара бабы нужно было в производстве для осуществления ряда предварительных операций. Теоретически преимущества КГШП. использующих неквалифицированную рабочую силу и штампующих в каждой позиции за I ход ползуна, были очевидны, но на практике освое­ние горячей штамповки на вертикальных закрытых кривошип­ных прессах затянулось на двадцать лет: с 20 до 40-х годов XX века. Причины были в следующем.

Во-первых, из-за фиксированного КРП ползуна кривошип­ный пресс, в отличие от молота, не способен перераспределять металл вдоль оси заготовок поковок с вытянутой осью в соот­ветствии с эпюрой сечений, за исключением простейших случа­ев, когда локальный пережим заготовки можно получить за I ход ползуна. Пришлось создать специальные машины - ковоч­ные вальцы, превратившиеся в дальнейшем из вспомогательного в самостоятельное оборудование, способное изготавливать без прессов поковки определенной номенклатуры. Во-вторых, пла­менный напрев заготовок пришлось заменить индукционным Пламенный нагрев дешевле индукционного, но хуже автомати­зируется и. главное, образует обильную окалину. Молоты, обла­дая начальной скоростью соударения с поковкой около 7 м/с сбивают окалину, а КГШП из-за скорости соударения около 0,4 м/с заштамповывают ее, что резко удорожает, а в большин­стве случаев исключает механическую обработку поковок, по­лученных на КГШП при пламенном нагреве. В-третьих, при­шлось изменить подход к проектированию систем включения, перенеся муфту и тормоз на главный вал. До этого муфты и тор­мозы систем включения кривошипных листоштамповочных прессов и ГКМ ВР выпускались преимущественно жестко сбло­кированными. с цилиндро-поршневой группой на ведомых мас­сах и располагались на приемном (быстроходном) валу. Это рез­ко уменьшало их габариты, упрощало управление ими до одного распределителя и при этом обеспечивало приемлемую долговеч­ность фрикционных элементов и конструкции в целом, так как прессы были гораздо тихоходнее существующих. В таких пара­метрах система включения универсальных КГШП работать не могла. Один из самых скоростных универсальных листоштампо­вочных прессов того времени Толедо №7 усилием 0.8 МН имел частоту вращения кривошипа 40 или 60 оборотов в минуту, в за­висимости от исполнения. Универсальный КГШП Р=25 МН имеет частоту вращения кривошипа не менее 60 оборотов в ми­нуту. При меньшей частоте он не обеспечивает приемлемую стойкость штампов. Если бы пресс по конструктивной схеме То­ледо №7 был увеличен до Рт= 25 МН. он по теории подобия должен был бы иметь скорость вращения кривошипа 8 или 10 оборотов в минуту, то есть в 5 или 6 раз меньше, чем КГШП то­го же усилия. При этом Толедо №7 даже в те времена работал преимущественно в режиме непрерывных ходов, не изнашивая ни муфту, ни тормоз. а универсальный КГШП. даже будучи полностью автоматизированным, работает только в режиме еди­ничных ходов. Поэтому перенесение муфты и тормоза на глав­ный вал вопреки машиностроительной и прессостроительной традиции того времени было единственным средством избежать катастрофического теплового старения фрикционных элементов. В-четвертых, по сравнению с вертикальными закрытыми однокривошипными универсальными листоштамповочными прессами, была существенно изменена конструкция машины в целом для того, чтобы она могла выдержать при штамповке гораздо более высокие удельные нагрузки на едини­цу плошали штамповой поверхности стола и ползуна, противо­стоять собственным колебаниям при упругой разгрузке после штамповки, обеспечить требуемую точность осесимметричных поковок по высоте и поковок с вытянутой осью по разнотолщинности, обеспечить возможность вывода пресса из распора. Решение этих задач достигалось применением главного вала эксцентрикового типа, опирающегося коренными шейками на верхнюю часть станины, а не на подвесные опоры, с монтажом его сбоку пресса через расклиненные в станине про­межуточные буксы: заменой винтовой регулировки в ИМ корот­кой клиновой регулировкой в столе: резким увеличением высо­ты ползуна, превысившей его длину и ширину более чем в 3,5 раза за счет применения так называемого хобота. В решении этих задач был частично использован опыт усовершенствования фирмой National применявшейся до того повсеместно конструк­ции ГКМ ВР. Эти усовершенствования оказались настолько удачными, что разработанная фирмой конструкция ГКМ ВР до настоящего времени применяется во всем мире как типовая, без принципиальных изменений.

Промышленный выпуск универсальных КГШП начался в голы Второй мировой войны и принес успех двум фирмам: National и Ajax, шедшей вслед, но зато исправлявшей ряд недора­боток предшественника. Подъем промышленности из-за воен­ных заказов способствовал успеху этих фирм благодаря неква­лифицированному труду операторов при использовании КГШП.

После войны начался индустриальный выпуск КПМ в Со­ветском Союзе, и уже в 70-е годы были достигнуты рекордные показатели не только для отечественной истории, но и для миро­вой практики: ежегодное производство до 68 тыс. единиц, экс­плуатировавшийся парк свыше 1 млн. единиц. В основном это были различные кривошипные машины. Такой подъем стал воз­можем благодаря продуманной и плановой государственной по­литике с комплексным созданием необходимой инфраструкту­ры. В рамках Минстанкопрома была организована автономно управляемая подотрасль с серией специализированных заводов, размещенных по всей территории страны и с отраслевыми ин­ститутами: ЦКБМ (Центральное бюро кузнечно-прессового ма­шиностроения). ЭНИКМаш ('Экспериментальный и научно- исследовательский институт кузнечно-прессового машинострое­ния) и другими, с информационным центром (НИИмаш), выпус­кавшим всю необходимую информационную литературу от ка­талогов и проспектов до аналитических обзоров состояния ми­ровой и отечественной техники по конкретным направлениям. Одновременно в ряде машиностроительных вузов были созданы кафедры ОМД параллельно с родственными кафедрами вузов металлургического цикла. Кроме того, в прочих машинострои­тельных отраслях организуются научно-исследовательские, конструкторские, технологические и проектные институты: НИИТавтопром. Гипроавтопром. НИИтракторсельхозмаш и дру­гие, в которых крупные подразделения специализируются на проектировании процессов, машин и предприятий ОМД. Кроме предприятий Минстанкопрома, КПМ производили ряд оборон­ных предприятий и предприятий других отраслей промышлен­ности. Сразу же за США, например, универсальные КГШП ста­ли производиться на одном из двух отечественных гигантов тя­желого машиностроения - в Ново-Краматорске (НКМЗ им И.В. Сталина), причем эти прессы по качеству были не хуже прессов Аjах. Характерно, что документация была в полном объ­еме и безвозмездно передана заводу им. Болеслава Шмераля в Чехословакии в г. Брно, где их выпуск осуществлялся под рус­скоязычной аббревиатурой МКП (механо-ковочные прессы) без каких-либо изменений в документации, и также вполне прием­лемого качества. В конце 50-х годов была построена для нужд московского завода легковых автомобилей (АЗЛК) первая куз­ница в Европе без молотов на производство 15 тыс. тонн горячих поковок в год. Впоследствии в Запорожье была создана анало­гичная по номенклатуре и средней массе поковок кузница на 60 тыс. тонн горячих поковок в год при том же количестве рабо­тающих. Эффект был достигнут благодаря грамотным проектным решениям специалистов Гипроавтопрома во главе с Л.М. Мансуровым.

Параллельно развивалось исследование кривошипных ма­шин. В 1945 г. Центральным бюро кузнечно-прессового маши­ностроения был выпущен разработанный Л.Ф Нистратовым «Расчет коленчатых валов кузнечно-прессовых машин», впо­следствии доведенный до признанной повсеместно единой ме­тодики расчета всех типов главных валов, применяемых в кри­вошипных машинах. Методика Л.Ф. Нистратова по целенаправ­ленности явилась прямым продолжением вышеуказанной рабо­ты М.В.Сторожсва и В.П. Копылова. Основные положения ра­боты Л.Ф Нистратова таковы: в процессе технологического на­гружения кривошипных машин наиболее слабыми оказываются переходные сечения шеек главных валов со стороны главного привода. Их усталостная прочность и предопределяет чаще все­го вид итоговых кривых допустимых усилий на ползуне. Ос­тальные сечения главных валов, в том числе те. в которых дей­ствуют наибольшие крутящие и изгибающие моменты сил. не опасны. При заданной обобщенной координате ИМ факторами первой категории важности, предопределяющими величину Р% для рассматриваемого сечения, являются: диаметр шейки, пока­затель концентрации напряжений, упругость сопряжения вал- основание. показатель асимметрии цикла (характер упругой раз­грузки). химический состав вала, вид термообработки, глубина прокаливаемости (масштабный фактор), функциональное распо­ложение сечения, определяющее соотношение крутящего и из­гибающего моментов сил. Упругость системы в описываемой методике учитывается на основе теории балки на упругом осно­вании. разработанной математиком, механиком и инженером в области кораблестроения, артиллерии, магнитных и гироскопи­ческих компасов академиком Алексеем Николаевичем Крыло­вым (1863-1945). Исходное дифференциальное уравнение этой теории опирается на допущение о пропорциональности текущих величин реакций основания на балку и ее упругой осадки (гипо­теза Винклера). Соотношение крутящего и изгибающего момен­тов сил в методике Л.Ф. Нистратова принимается по одной из теорий прочности, а остальные факторы учитываются статисти­ческими. то есть экспериментальными кривыми. Подход А.Ф. Нистратова настолько повысил точность расчетов, что коэффициент запаса прочности в них в среднем не превыша­ет значения 1,3, а в некоторых случаях не существенно отлича­ется от единицы, что беспрецедентно для машиностроительной практики того периода, особенно с учетом сложности нагруже- ния и ответственности рассчитываемых объектов.

В 1949 г. во втором номере периодического издания «Вест­ник машиностроения» выходит работа И.С. Победина «К расче­ту фрикционных муфт в тяжелом машиностроении», в которой предлагается оценивать износостойкость фрикционных узлов СВ кривошипных прессов интенсивностью теплового потока, приходящегося на единицу трущейся поверхности. Предложена имеющая весьма четкую физическую интерпретацию аналитическая связь приведенного момента инерции ведо­мых масс, скорости вращения вала приведения, частоты включе­ний. площади трущихся поверхностей и допустимой по условию тепловой устойчивости (отсутствия теплового старения) интен­сивностью теплового потока, равной для современных фрикци­онных материалов 10-20 кВт/м , в зависимости от интенсивно­сти охлаждения. При соотношении перечисленных параметров системы, гарантирующих наличие тепловой устойчивости, срок службы фрикционного узла многократно превышает продолжи­тельность межремонтного планового периода пресса. Выдвину­тый И С. Побединым критерий теоретически обеспечивал пути повышения частоты ходов кривошипных машин при работе в режиме единичного хода, что исключительно важно для всех тяжелых и ряда легких машин.

Кривошипные машины чрезвычайно разнообразны, сущест­венно отличаясь друг от друга по технологическому назначе­нию. конструкции, величине параметров технической характе- ристики. Начав индустриальное производство кривошипных машин практически с 50-х годов XX века. Советский Союз уже к 70-м годам не только превзошел другие страны по количеству их выпуска, но и стал одной из немногих, а может быть единствен­ной страной, производящей практически всю номенклатуру кри­вошипных машин. Этому успеху способствовало системное обобщение мирового опыта, осуществлявшееся как в порядке плановой работы коллективов, так и в порядке личной инициа­тивы научно-технических работников. Представителями науки, промышленности, высшей школы А.Н. Банкетовым. Э Ф Богда­новым, В.И. Власовым. Л.Б. Гейлером. В.С. Елетиным, Л.И. Жи­вовым, С.Л. Злотниковым, Л.Л. Игнатовым, П.Н. Ланским, В.П. Механиком. В.Л. Мельником, Г.Л. Навроцким. С.С. Несвитом. О.И.Нюнько. А.Г.Овчинниковым. В.Г.Плюгачевым. Г.Н. Ровинским, В.И. Силановым, В.К. Стоколовым. И.Д. Трофимо­вым. В.Н. Тыняновым. И.В. Харизоменовым и многими другими был выпущен ряд монографий, аналитических обзоров, учебни­ков. отразивший достигнутый уровень теории и практики конст­руирования кривошипных машин. В ЦКБМ и ЭНИКмаше были разработаны нормали, руководящие материалы, отраслевые ин­струкции по расчету, проектированию, испытанию, приемке и введению в типаж новых машин. Таким образом, к концу 60-х го­дов XX века оканчивается второй этап охватываемого настоя­щей справкой периода. Его суть: создание отечественной подот­расли по выпуску КПМ. производственной, информационной, научно-исследовательской, проектной инфраструктуры, системы подготовки инженерных и научных кадров, баз данных, научно- обоснованных методик проектирования и, как результат, выход на лидирующие позиции в мире по количеству производимых и эксплуатируемых машин. К концу этого периода отечественная промышленность могла производить любую номенклатуру КПМ в целом соизмеримого с мировым уровнем качества Ряд КПМ по качеству превосходил мировой уровень. Но кривошипные машины качественно не превосходили лучшие за­рубежные образцы, а в ряде случаев еще существенно отставали от мирового уровня.

Третий этап (конец 60-х-80-х годов) отличается тем, что ес­ли ранее отечественные кривошипные машины созывались прямым копированием или комбинаторикой лучших зарубеж­ных решений, то теперь появляются опережающие мировой уро­вень конструкции, несмотря на ускоренный рост этого уровня.

К 70-80-м годам XX века мировой парк кривошипных ма­шин существенно изменился по сравнению с довоенным парком, в результате чего он приобрел характер, сохраняющийся до сих пор. Эти изменения шли в различных направлениях. В листовой штамповке резко (в ряде случаев многократно) увеличилась час­тота непрерывных ходов подавляющего большинства прессов, рассчитанных на массовое и крупносерийное производство. Воз­росла специализация листоштамповочных прессов. В частности, появились прессы для чистовой вырубки по методу Ларсена, вы­тяжные прессы с замедленным ходом ползуна ГИМ на рабочем участке хода и ускоренным холостым ходом, высокоскоростные вырубные автоматы с верхним приводом и дру­гие. Возросли требования как к основным, так и к вспомогатель­ным устройствам. В системах включения муфты и тормозы пе­реместились с быстроходного вала на главный, как в КГШП. а при шестерне-эксцентриковом главном вале - на предшествую­щий ему промежуточный. В легких высокоскоростных прессах, штампующих в ленте, появились подачи, обеспечивающие точ­ность позиционирования ±0,05 мм вне зависимости от типораз­мера (для того, чтобы не изнашивались ловители). В тяжелых и  сверх тяжелых прессах появилась автоматизация процесса штам­повки и установки штампов. Многозвенными стали не только ДИМ прессов двойного действия, но и ГИМ прессов как двойно­го действия, так и простою действия, что объясняется желанием повысить производительность, в том числе и в тех случаях, ко­гда процесс штамповки должен идти медленно в силу инерцион­ности средств противодавления или по другим причинам. Благо­даря развитию металлургического цикла и появлению сравни­тельно дешевых горячекатаных листов практически любой пло­щади и толщины, а также развитию процессов горячей резки и сварки стали, литые станины средних и тяжелых прессов были вытеснены сварными, что кардинально изменило внешний вил прессов Появились многосекционные прессы, средние и тяже­лые прессы с нижним приводом. Прессы стали оснащаться на­дежными устройствами защиты конструкции и персонала, кон­трольными и информационными устройствами нарастающих количествах начала внедряться электроника. Началась широкая поставка потребителю автоматических линий и комплексов как в универсальном исполнении, так и под конкретные изделия или группы изделий. Там. где это целесообразно, стало применяться числовое программное управление. Специализация привела, во-первых, к тому, что резко возросли в абсолютном исчислении начальные затраты, которые стали окупаться только при интен­сивной эксплуатации машин и большом объеме выпуска про­дукции. во-вторых, к тому, что в ряде случаев прессы стали экс­плуатироваться только со специальным инструментом и специ­альной технологией штамповки. Характерный пример - прессы для чистовой вырубки по методу Ларсена, рассчитанные как из специальный инструмент, так и на специальный по химическому составу и структуре лист. Вместе с тем сохранился выпуск ряда пользующихся поименным спросом кривошипных машин для мелкосерийного производства: комбинированных ножниц, виб- роножниц. универсальных листогибочных прессов

В холодной объемной штамповке двух- и трехударные авто­маты стали вытесняться многопозиционными. В крупносерий­ном и массовом производстве горячих поковок молоты практи­чески вытеснились КГШП, а ГКМ ВР начали вытесняться горя- чештамповочными автоматами. Кроме универсальных, появи­лись специализированные КГШП: многопозиционные, двойного действия, для прямого выдавливания Потолок усилия КГШП вырос с 63 до 100 МН с соответствующим увеличением поковок.

На этом фоне протекает третий этап развития отечественных кривошипных машин. В этот период Воронежский завод тяже­лых механических прессов разрабатывает наиболее удачное (из известных к настоящему времени) устройство вывода прессов из состояния распора - гидрогайки и переходит на эксцентриковую регулировку закрытой высоты, расположенную в ИМ. Практически одновременно он заканчивает работы по переводу станин КГШП на сварные вместо литых (первые попытки были неудачны из-за ошибок проектирования, связанных с отсутствием опыта). Затем он одним из первых выпускает КГШП двойного действия с равными но­минальными усилиями ГИМ и ДИМ 5/5 МН. Накопленный опыт в процессе освоения перечисляемой техники позволил ему затем освоить выпуск сверхтяжелых КГШП усилием 125 МН.

Инициатором мирового освоения производства сверхтяже­лых КГШП и автоматических линий на их базе явился отечест­венный Минавтопрома в связи со строительством КамАЗа, соз­дававшегося собственными силами от проекта автомобиля до проекта и сдачи в эксплуатацию всей производственной и соци­альной инфраструктуры. По структурно-технологической форме КамАЗ создавался как комбинат, состоящий из ряда автомо- бильных заводов Завод по производству горячих поковок объе­мом 300 тыс. тонн в год по исходному проекту был ориентиро­ван на использование кривошипных машин для штамповки всей номенклатуры, кроме коленчатых валов и балок передней под­вески. которые предполагалось штамповать на паровоздушных молотах, как и во всем мире в то время, из-за отсутствия КГШП соответствующего усилия.  Параллельно с реализацией исходно­го проекта, предусматривавшего паросиловую станцию и пролет тяжелых молотов, была создана дирекция завода, укомплекто­ванная бывшими работниками наиболее современного на то вре­мя предприятия рассматриваемого профиля - ЦЕНТРОКУЗа в Токмаке. Дирекция отказалась от приемки исходного проекта поскольку, по ее мнению, в конце XX века затруднительно най­ти штамповщиков массового ручного производства на тяжелых молотах. Несмотря на то. что предшествующие неудачи созда­ния и эксплуатации ряда фирм КГШП Р = 80 МН породили у многих специалистов убеждение в невозможности освоения КГШП усилием более 63 МН. Минавтопром поддержал позицию дирекции завода горячих поковок КамАЗа, опираясь на мнение специалистов-производственников, знакомых с реальной демо­графической конъюнктурой. Фактически был объявлен тендер на создание двух автоматических линий на базе КГШП Ра =125 МН, хотя формально он не обновлялся, и заказ был от­дан первой фирме, гарантировавшей его выполнение в наиболее сжатые сроки. Таковой оказалась ЕUМUСО (ФРГ), которая до этого создала ГКМ ГР по оригинальной схеме и имела большой опыт производства оборудования для горячей объемной штам­повки. Заказ инициировал разработку рядом ведущих фирм сверхтяжелых КГШП, причем большинство предложений бази­ровалось на нетрадиционных конструкционных решениях с компактными или пятизвенными ИМ. что позволило решить ряд проблем. ВЗТМП остался верен традиционной конструкции National-Ajax, но с вышеуказанными принципиаль­ными улучшениями.

Теоретические работы рассматриваемого этапа, с одной сто­роны, являются углублением и обобщением достижений преды­дущих этапов, с другой - оканчиваются созданием конкретных конструкций, опережающих существовавшие на то время миро­вые аналоги.

Создастся общая теория исполнительных механизмов кри­вошипных машин. охватывающая все структуры и конструкции от ИМ предельного состояния, включая компакт­ные ИМ, до многозвенных ИМ с любым количеством приведен­ных звеньев. Теория компактных ИМ прошла промышлен­ную апробацию в процессе создания нами совместно с ВНКПО им. М.И. Калинина (руководитель и ответственный исполнитель рабочего проекта В.В. Каржан и Н.Н. Вялов) гаммы прессов К27 с «круговым» шатуном, а позднее - в процессе создания совме­стно с ЗИЛом (руководитель рабочего проекта Л.Л. Боков и В.И. Кроль) двух гибких производственных модулей листовой штам­повки в ленте усилием I МН (ГПМ ЛШ I МН) с наклонным ша­туном нулевой кривизны. Одновременно проходили промыш­ленную апробацию результаты других НИОКР. Так, в процессе создания гаммы К27 была апробирована теория проектирования гамм кривошипных машин по типоразмеру-представителю на основе соотношений полного подобия, огра­ниченных условиями стандарта промышленной частоты тока, эргономики и гравитационного уравновешивания подвижных элементов ИМ при соблюдении критериальных параметров (констант качества). В ГКМ ЛШ I МН был применен следую­щий комплекс нововведений: I) упомяну тый компактный ИМ, 2) дистанционно управляемое устройство регулировки закрытой высоты в форме охватываю­щей шатун клиновой рамы: 3) прецизионная клещевая подача с зубчато-рычажным механизмом движения ползушки. обеспечи­вающим ее точный выстой в крайнем рабочем положении на заданном цикловом угле поворота кривошипа независимо от нали­чия механических ограничителей в форме концевых упоров или ловителей ленты, а также дистанционную регулировку шага по­дачи без остановки работы пресса: 4) устройство полною дина­мического уравновешивания инерционных сил: 5) система управления модулем, позволяющая вдвое снизить установочную мощность главного электродвигателя благодаря производитель­ности, позволяющей штамповать партию за время, меньшее по­стоянной нагрева: 6) практически безынерционное устройство упруго-пластического предохранения, соединенное с устройством статистического предохранения и дистанционно управляемыми гидрогайками. До промышленного кризиса, прервавшего третий этап, удалось предварительно апробировать на штамповке первые че­тыре из перечисленных нововведений. Предлагаемая (расчетная) производительность одного модуля применительно к условиям производства грузовых автомобилей в объеме 200 тыс. в год эквивалентно совокупной производительности от 100 до 200 ав- томатизированных универсальных прессов с валковой или кле­щевой подачей.

Работа Л Я. Борзыкина и В.И. Власова «Расчет и проектиро­вание главных валов» впервые ставит задачи учета динамики перегрузок в процессах штамповки, распора и упругой разгрузки и также вероятной оценки уровня усталостной прочности главных валов, работаю­щих в условиях неизбежности указанных перегрузок. В ней же делается попытка применения для оценки упругости системы вал-отверстие понятий и значений приведенных модулей упругости.

Применительно к СВ на рассматриваемом этапе упор делает­ся на устройстве пневмоуправления и пневмораспределения. В.Г. Плюгачев (МАМИ) разработал конструкцию малоинерционного пневмоуправляемого трехлинейного двухпозиционного распре­делителя для особо больших сечений трубопроводов тяжелых быстроходных машин, работающих в режиме единичных вклю­чении. Успех был достигнут благодаря сочетанию клапанного, а не золотниковою соединения линий, блокирования перепуска путем исключения возможностей соединения всех трех линий в переходных процессах смены позиций распределителя и его параметрической оптимизации. Коллектив авторов ВПО КПО им. М.И. Калинина: М.Ф. Морозов. В.В. Каржан, Л.М. Сахаров - разработал и организовал централизованный выпуск на москов­ском заволе «Пневмоаппарат» безопасных распределителей У7122А, У71234Л и У7126Л с условным проходом 16. 25 и 40 мм, соответственно, пригодных для подавляющего большин­ства кривошипных машин и запатентованных в США. Франции. Англии. ФРГ. Мотивацией раз­работки стало законодательное запрещение рядом стран приме­нять распределители, не отвечающие требованию гарантированного исключения наполнения управляемого цилиндра при любом отказе распределителя или элементов питания с запоминанием отказа, т.е. с нахождением в отключенном состоянии при самоли­квидации отказа. Постепенно становилось ясно, что наиболее перспективное направление поиска решения данной задачи дос­тигается применением нормально отключенного двухпозицион- ного распределителя, состоящего из двух соединенных перекре­стными каналами параллельно работающих одинаковых секций, каждая из которых управляется одинарным нормально отклю­ченным трехлинейным двухпозициониым сервораспределителем. управляемым электромагнитной катушкой постоянною тока низ­кого напряжения. Такие распределители были созданы, и на Западе начался их выпуск. В частности, они по­ставлялись для строящегося в Тольятти Волжского автомобиль­ного завода, но оказались практически неработоспособными из-за того, что случайное рассогласование рабочих секций при смене позиций (происходящее по ряду естественных причин, не связан­ных с отказами, например, при несколько не одинаковом трении подвижных элементов параллельных секций, несовпадающих ин­дукционных сопротивлениях катушек и т.п.), воспринималось как отказ. Все пытались решить проблему «в лоб» прямым уменьше­нием разброса параметров, все более увеличивая чувствитель­ность распределителей к случайным рассогласованиям. И только указанные авторы, глубже других поняв дилемму переходных процессов, пошли по прямо противоположному пути управляе­мого увеличения инерционности реакции на рассогласование ра­боты параллельных секций Это было достигнуто введением в сервоуправление каждой секции комбинации из ресиверной полости и жиклера. Управление указанной инер­ционностью осуществляется подбором для каждого типоразмера распределителя оптимального сочетания объема ресиверной по­лости, диаметра условного прохода жиклера и рабочего давления, устанавливаемого редукционным клапаном. Целевая функция при этом - обеспечение устойчивого распознавания допустимого (нормального) и недопустимого (аварийного) рассогласований рабочих параллельных секций при минимальном (гарантирован­ном) времени накопления или опорожнения мерного объема, имитирующего максимальный объем управляемого цилиндра.

Создание безопасного распределителя решило проблему для машин с жестко сблокированными муфтами и тормозами. При связи муфт и тормозов через систему управления прямое приме­нение указанных распределителей недопустимо. На рассматриваемом этапе для машин со связью главных муфт и тормозов через систему управления главная проблема заключалась в обеспечении их надежного бло­кирования. поскольку задача создания надежных и долговечных конструкций самих фрикционных узлов была уже решена. Иде­альным решением проблемы блокирования раздельных муфт и тормозов явилось создание бесконтактной саморегулируемой системы, базирующейся на двух односекционных распределите­лях, прошедшей многолетнюю промышленную апробацию путем перевода на нее всех без исключения криво­шипных машин АЗЛК, задействованных на средней и крупной плановой штамповке (научный руководитель В.Е.Свистунов, ответственный исполнитель Е.В.Фрол). Таким обра­зом, на сегодняшний день есть два способа решения проблемы пневмораспределения муфт и тормозов с раздельным включени­ем. Их не отменяют, но дополняют другие способы обеспечения надежности и безопасности.

Третий этап был прерван развалом СССР в конце 80-х - в начале 90-х годов, повлекшим практически ликвидацию стан­костроительной отрасли с ее промышленной, научной, инфор­мационной и опытно-конструкторской инфраструктурой. Менее других пострадала Высшая школа. в которой продолжалось не­которое развитие направлений, связанных с компьютеризацией, расширяющей возможности теоретических исследований и вирту­альных экспериментов с использованием ранее накопленных баз данных. В настоящее время рано давать какую-либо оценку чет­вертого этана, но можно отметить перспективные направления.

Наибольший интерес вызывает направление математическо­го моделирования КПМ на основе универсальных программных комплексов (ПК), разрабатываемые в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Идеи, лежащие в основе направления, таковы.

Технические, в частности машиностроительные объекты (КИМ, металлорежущие станки, транспортные средства, отдель­ные детали типа валов, станин и т.д.) мот быть представлены в виде структур, состоящих из конечного количества сравнитель­но простых, условно считаемых изученными и удовлетвори­тельно описанных математически элементов: двигателей посто­янного или переменного тока: фрикционных, клиноременных. зубчатых или иных передач; подшипников, муфт, тормозов; де­формируемых плоских или пространственных элементов; шар­ниров; источников внешнего, например, технологического на­гружения. распределителей, аккумуляторов, гидравлических машин; конечных выключателей, реле давления, триггеров, ло­гических элементов типа «или» и пр. Цель такого или иного ПК: на основе предъявленной пользователем топологии, под которой понимается составленная по определенным правилам структурно-функциональная схема объекта, отражающая входящие в не­го элементы и их связи, а также заложенных в математическое обеспечение ПК математических моделей элементов (ММЭ) вы­дать пользователю готовую как можно более полную и доста­точно адекватную действительности математическую модель объекта (ММ), освободив пользователя от трудоемкой и не все­гда посильной ему процедуры математического описания слож­ных объемов. Поставленные и решаемые задачи в различных ПК могут быть различны. В программном комплексе ИЛ9 ана­лиза технических систем. например, система ММ объектов сводится к получению системы обыкновенных дифференциаль­ных уравнений, решаемой затем одним из методов численного интегрирования с предоставлением результатов в форме графи­ков или таблиц. При этом для синтеза используется метод узло­вых потенциалов, когда на каждом этапе интегрирования со­стояние каждого узла топологии, под которым понимается эле­мент с его связями, определяется так называемой фазовой пере­менной типа потенциала, для которой справедлив второй закон Кирхгофа или его аналог в других средах: напряжением (для то­ка). линейной скоростью (для поступательно движущихся тел), угловой скоростью (вращающихся тел), давлением (для жидко­стей и газов), температурой. При этом для каждого узла тополо­гии сумма так называемых фазовых переменных типа потока должна быть равна нулю. Примеры фазовых переменных типа потока: ток (сила тока), сила (для поступательно движущихся тел), момент силы (для вращающихся тел), объемный расход или производительность (для жидкостей и газов), тепловой поток. Равенство нулю фазовых переменных типа потока означает для электрических систем соблюдение первого закона Кирхгофа, для механических - Даламберова равновесия, для гидравлических и пневматических - условия неразрывности и т.д.

Вторым достаточно перспективным направлением для тео­рии КПМ вообще и кривошипных машин, в частности, является освоение программ для 3D моделирования технологий объемной и листовой штамповки, прессования и ковки металла типа 01:огт31). разрабатываемых за рубежом и в России с целью ком­пьютерного моделирования холодных и горячих процессов де­формирования изделии из объемных и листовых заготовок. г)то направление открывает возможность глубокого виртуального анализа системы машина изделие с предсказанием статистиче­ского вероятностного разброса параметров изделий и долговеч­ности машин. 

 

Свистунов В.Е. Кузнечно-штамповочное оборудование. Кривошипные прессы.- М.: МГИУ, 2008.- 698 с.



Обновлен 13 фев 2017. Создан 19 апр 2015



  Комментарии       
Имя или Email


При указании email на него будут отправляться ответы
Как имя будет использована первая часть email до @
Сам email нигде не отображается!
Зарегистрируйтесь, чтобы писать под своим ником