Разработка принципа действия двухуровневого эластомерного компенсатора внецентренной нагрузки в системе "пресс-штамп" и моделирование его работы с помощью МКЭ

Abstract

Обзор отечественных и зарубежных литературных источников показывает, что на текущий момент подробно разработаны методики расчета эластомерных компенсаторов для устранения погрешностей системы "пресс-штамп", появляющихся в результате раскрытия С-образных станин прессового оборудования при приложении технологической нагрузки. В результате ранее проведенного патентного поиска была разработана классификация конструкций эластомерных компенсаторов. По принципу действия существующие конструкции таких компенсаторов были разделены на две основные группы: компенсаторы перекоса при раскрытии С-образных станин прессового оборудования и компенсаторы, выравнивающие давление в объеме прессуемого материала – адаптеры (для одноместных штампов) и эквалайзеры (для многоместных штампов). Выявлены упоминания о ряде неудачных попыток разработки механических и гидравлических компенсаторов внецентренной нагрузки. На основании вышесказанного можно утверждать, что на сегодня конструкции устройств, компенсирующих смещение центра давления штампа относительно оси ползуна, и, соответственно, методики их расчета отсутствуют. Целью работы является разработка принципа действия и эффективной конструкции эластомерного компенсатора внецентренной нагрузки системы "пресс-штамп". Для решения поставленной задачи проанализировано напряженно-деформированное состояние С-образной станины кривошипного пресса, определен характер деформаций при смещении центра давления штампа относительно вектора технологической силы. Проанализирован характер изменения напряженно-деформированного состояния эластомерного элемента, ограниченного двумя абсолютно жесткими плитами, при приложении сжимающей силы перпендикулярно к этим плитам напротив характерных точек сечения эластомера. Разработан принцип параллельного переноса вектора технологической силы в центр давления штампа методом двойного преломления вектора этой силы. Разработана конструкция двухуровневого компенсатора смещения центра давления штампа (внецентренной нагрузки в системе "пресс-штамп"). Изготовлены и испытаны натурные модели поперечного сечения двухуровневого компенсатора внецентренной нагрузки, подтвердившие возможность параллельного переноса вектора технологической силы в центр давления штампа. С помощью программного комплекса SolidWorks разработана компьютерная твердотельно-деформируемая модель, демонстрирующая возможность параллельного переноса вектора технологической силы в центр давления штампа с помощью двухуровневого эластомерного компенсатора внецентренной нагрузки в системе "пресс-штамп".

A review of domestic and foreign literary sources shows that at present, methods for calculating elastomeric compensators have been developed in detail to eliminate the errors of the "press-die" system, which appear as a result of opening the C-type frame of pressing equipment when technological load is applied. As a result of a previously conducted patent search, a classification of the structures of elastomeric compensators was developed. According to the principle of operation, the existing structures of such compensators were divided into two main groups: skew compensators when opening C-type frame of pressing equipment and compensators equalizing the pressure in the volume of the pressed material – adapters (for single die) and equalizers (for multi-seat die). Revealed mention of a number of unsuccessful attempts to develop mechanical and hydraulic compensators for off-center load. Based on the above, it can be argued that at present the design of devices that compensate for the displacement of the center of pressure of the die relative to the axis of the slide, and, accordingly, there are no methods for calculating them. The purpose of research work is to develop the principle of operation and the effective design of an elastomeric compensator for off-center load of the "press-die" system. To solve the problem, the stress-strain state of the C-type frame of a crank press was analyzed, the nature of the deformations when the center of the punch pressure shifted relative to the technological force vector was determined. The nature of the change in the stress-strain state of an elastomeric element bounded by two absolutely rigid plates is analyzed when a compressive force is applied perpendicular to these plates opposite the characteristic points of the elastomer cross section. The principle of parallel transfer of the technological force vector to the center of the pressure of the punch was developed by the method of double refraction of the vector of this force. The design of a two-level compensator for the displacement of the center of the pressure of the die (eccentric load in the system "press-die") has been developed. Full-scale models of cross-section of a two-level compensator of off-center load, which confirmed the possibility of parallel transfer of the technological force vector to the center of the die pressure, were manufactured and tested. Using the SolidWorks software package, a computer-developed solid-state-deformable model has been developed that demonstrates the possibility of parallel transfer of the technological force vector to the center of the punch pressure using a two-level elastomeric compensator of off-center load in the "press-die" system.