CC BY
42
УДК 621.762.4:621.983.044
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ «ОБОРУДОВАНИЕ-ИНСТРУМЕНТ-ЗАГОТОВКА» В ОПЕРАЦИЯХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ШТАМПОВКИ ТРУБЧАТЫХ ЗАГОТОВОК
Н.Е. Проскуряков, Лай Данг Занг
Получена регрессионная математическая модель системы «установка-индуктор-заготовка» для операции обжима трубчатых заготовок и проведен анализ влияния параметров системы на энергоемкость операции.
Ключевые слова: математическая модель, регрессия, электромагнитная штамповка, система «установка-индуктор-заготовка».
Большинство процессов ЭМШ, как показано в [ 2 ], можно условно свести к двум операциям - обжиму и раздаче. Поэтому исследование этих операций и получение их математических моделей представляют несомненный интерес и являются актуальной задачей.
Известно, что на процесс электромагнитной штамповки (ЭМШ) оказывает влияние значительное количество факторов, поэтому получение вторичной регрессионной математической модели системы «установка-индуктор-заготовка» для операции обжима трубчатых заготовок с участием всех факторов не представляется возможным и практически всегда нецелесообразно. Для этого часть факторов, влияющих на процесс ЭМШ, принималась как условия и в ходе проведения машинных экспериментов поддерживалась на одном уровне.
Проведенные машинные эксперименты по обжиму и раздаче трубчатых заготовок из различных материалов позволяют получить регрессионные зависимости энергоемкости процесса штамповки трубчатых заготовок от параметров системы «МИУ-индуктор-заготовка» и проанализировать влияние различных параметров на энергоемкость [2, 3].
Построение математических моделей процессов ЭМШ проведем на примере технологической операции обжима трубчатой заготовки из алюминиевого сплава АМг2М. Радиальная степень деформации заготовки на операции была принята постоянной, е = 12 %.
В качестве выходной переменной была выбрана энергоемкость установки, необходимая для обеспечения заданной деформации заготовки.
Варьируемыми параметрами (факторами) процесса ЭМШ были выбраны:
1миу - частота МИУ;
Р ИНД - удельное электроспротивление материала индуктора;
NИнд - число витков индуктора.
79
Факторы, их кодированное обозначение и интервалы изменения в натуральных значениях приведены в таблице, где связь натуральных и кодированных значений факторов осуществляется по следующим формулам:
Xi 0 _ (X i max + Xi min ) / DXi = (Xi max — Xi min ) /
X, = (X, + X,0)/Д X,; X = ж,-ДХ, + X,
І 0 5
где Хі0 - значение фактора на основном уровне в натуральном масштабе; хі, Хі - значение факторов в кодированном и натуральном масштабах; АХі -интервал варьирования фактора в натуральном масштабе.
Факторы и их интервалы варьирования
Фактор X,, ед. изм. Кодированное значение ж, Интервал варьирования X X ^min••• ^таж
fМИУ,кГц ж1 2 . 8 о
NИНД ж2 5 10 5.
p ИНД , ОмХм жз (7...27)x10-8
Для реализации машинного эксперимента был использован ^-оптимальный план Бокса и Дрейпера, обладающий наилучшими характеристиками при минимальном числе опытов [ 1 ].
В результате расчетов по математической модели процесса [ 3 ] получены следующие регрессионные зависимости энергоемкости операций обжима Ж, кДж:
Ж = 6.2559 + х1 • 0.11709 - х2 • 3.7748 + х3 • 0.58735 --х1 • х3 • 0.05298 —х2 • х3 • 0.1024- х2 • 0.10801 + х2 • 2.2478-х| • 0.11841. (1)
На основе полученной математической модели операции ЭМШ уравнения (1) построены графики зависимости энергоемкости операции от собственной частоты МИУ, удельного электросопротивления материала индуктора и числа витков индуктора, которые представлены на рис. 1 - 4.
На рис. 1 показаны зависимости энергоемкости операции от числа витков индуктора NИНд и собственной частоты установки /МИУ.
Анализ графиков, представленных на рис. 1, показывает, что минимум энергоемкости операции достигается при определенных оптимальных значениях числа витков индуктора, собственной частоты установки и удельного электросопротивления материала индуктора NИНд = 10...14, /МИУ »
40 кГц, рИНд = 7 • 10-8 Ом • м.
Рис. 1. Зависимости энергоемкости операции обжима
от Nинд и Їмиу
На рис. 2 - 4 представлены зависимости энергоемкости операции обжима от удельного электросопротивления материала индуктора, рИНд и собственной частоты установки, /МИУ при числе витков индуктора N инд = 5 10 и 14.
Рис. 2. Зависимости энергоемкости обжима
от Р инд и 1МИУ
при Nинд = 5
Рис. 3. Зависимости энергоемкости обжима
от р инд и Їмиу при Nинд =10
Алюминий АМг2М - Обжим, Число витков, Иинд = 14 Алюминий АМг2М - Обжим, Число витков, Минд - 14
Р„нЯ*10*°м’м 'миу-^ч ГМИУКГЧ
Рис. 4. Зависимости энергоемкости обжима
от Р инд и /миу при Nинд =14
Анализ зависимостей, показанных на на рис. 3 и 4, позволяет сделать выводы, что если для операции обжима заготовок из алюминия АМг2М:
- выбрать в качестве материала индуктора, например бронзу БрБ2
_о
(рИ = 7 -10 Ом ■ м) то, увеличив число витков индуктора, NиНд с 5 до 10
(в 2 раза), можно практически во столько же снизить энергоемкость операций при обжиме;
- при одном и том же числе витков индуктора N иНд = 5 заменить
материал индуктора, например, Бронзу БрБ2 (риНд = 7 ■ 10_8 Ом ■ м) на
_8
сталь 60С2 (рИ = 27 10 Ом ■ м), т.е увеличить удельное электросопротивление индуктора почти в 4 раза, то энергоемкость операции увеличится только на 16 %, в то время как суммарные затраты на производство одного рабочего цикла снизятся в 10 раз [ 4 ].
Список литературы
1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Машиностроение, 1976. 280 с.
2. Магнитно-импульсная штамповка полых цилиндрических заготовок / А.К. Талалаев [и др.]; под ред. А.К. Талалаева, С.П. Яковлева. Тула: Репроникс Лтд, 1998. 238 с.
3. Лай Д.З. Моделирование операций электромагнитной штамповки трубчатых заготовок с использованием пакета МАТЬАВ/БтиНпк // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. С. 5056.
4. Талалаев А.К. Индукторы и установки для магнитно-импульсной обработки металлов. М.: НТЦ «ИНФОРМТЕХНИКА», 1992. 144 с.
Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лай Данг Занг, аспирант, tppzi@,tsu. tula.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет
OPTIMIZA TION OF THE PARAMETERS OF THE «EQUIPMENT-TOOL-BLANK»IN THE OPERATIONS OF THE ELECTROMAGNETIC FORMING TUBULAR BLANKS
N.E. Proskuryakov, D.Z. Lai
The regression mathematical model of the «equipment-inductor-blank» for the wringing out operation tubular blanks and analyzed the dependence of system parameters on energy operations is obtained.
Key words: mathematical model, regression, electromagnetic forming, the system «equipment-inductor-blank».
Proskurjakov Nikolaj Evgenevich, doctor of technical sciences, professor, tppzi@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lai Dang Zang, postgraduate, tppzi@,tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula state University
УДК 621.983; 539.974
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕДУЦИРОВАНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ С ПОМОЩЬЮ ПРОФИЛЬНОГО ПУАНСОНА ЧЕРЕЗ КОНИЧЕСКУЮ МАТРИЦУ
О.Н. Митин
Приведена математическая модель процесса нанесения рифтов на внутреннюю поверхность заготовки с использованием рифленого пуансона методом редуцирования, а также процесс съема заготовки с профильного пуансона с использованием программного комплекса QForm 2D/3D.
Ключевые слова: математическое моделирование, сила, формирование винтовых рифтов, пуансон, матрица, рифление, редуцирование, съем, напряжение, деформация.
Анализ существующих методов получения рифлей на внутренней поверхности цилиндрической заготовки, таких, как обработка металла ре-заньем, радиальный обжим, прокатка и редуцирование цилиндрической заготовки с помощью профильного пуансона через коническую матрицу, показал, что последний метод является наиболее эффективным и технологичным [1].
Для теоретического анализа данной операции наиболее целесообразно использовать программный комплекс, основанный на методе конечных элементов.
