Система управления процессом объемной штамповки
Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для обработки металлов давлением, и может быть использовано в системах управления горячей объемной штамповкой. Цель изобретения - повышение производительности и качества штамповки за счет выбора оптимальной скорости деформирования. Система содержит датчик перемещения рабочего органа, блок определения значения площади контактной зоны, устройство определения скорости перемещения рабочего органа, устройство определения усилия деформирования, блок определения показателя стадии процесса, а также блок определения температуры заготовки, блок определения температуры приконтактной зоны инструмента, блок сравнения и коррекции с устройством ввода технологических параметров, блок рассогласования и регулятор скорости. Система обеспечивает надежное поддержание температуры заготовки и инструмента в заданном интервале за счет учета теплового взаимодействия между заготовкой и инструментом вследствие изменения площади контактной поверхности, распознования стадии процесса, на котором можно увеличивать скорость перемещения рабочего органа, и учета возможности перегрева или охлаждения приконтактной зоны инструмента. 5 ил.
СОЮЗ COBF 1СКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБПИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 ! 0с V ч К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4739271/27 (22) 20.09.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Уральский электромеханический институт инженеров железнодорожного транспорта им. Я,М.Свердлова (72) Б. М. Готлиб, И, Г. Кержнер, С. А. Румянцев и К. С. Кувалкин (53) 621.979(088.8) (56) Патент США N 3670542, кл. В 21 В 37/12, В 21 С 23/00, 1969. (54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для обработки металлов дэвлением, и может быть использовано в системах управления горячей объемной штамповкой. Цель изобретения — повышение производительности и качества штамповки за счет выбора оптимальной скорости деформирования. Система содержит датчик перемещения рабочего Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для о работки металлов давлением, и может быть использовано в системах управления процессом горячей объемной штамповкой. Цель изобретения — повышение производительности и качества штамповки путем выбора оптимальной скорости деформирования в режиме реального времени. На фиг, 1 приведена функциональная схема системы управления процессом 06bемной штамповки: на фиг. 2 — блок определения показателя стадии процесса; на фиг. Б.0 1673471 А1 органа, блок определения значения площади контактной зоны, устройство определения скорости перемещения рабочего органа, устройство определения усилия деформирования, блок определения стадии процесса, а также блок определения температуры заготовки, блок определения температуры приконтактной эоны инструмента, блок сравнения и коррекции с устройством ьвода технологических параметров. блок рассогласования и регулятор скорости. Система обеспечивает надежное поддержание температуры заготовки и инструмента в заданном интервале эа счет учета теплового взаимодействия между заготовкой и инструментом вследствие изменения площади контактной поверхности, распознавания стадии процесса, на котором можно увеличивать скорость перемещения рабочего органа, и учета воэможности перегрева или охлаждения приконтактной эоны инструмента. 5 ил. 3 — блок определения температуры приконтактной зоны инструмента; на фиг. 4 — блок определения температуры заготовки; на фиг. 5 — блок сравнения и коррекции. Система содержит датчик 1 перемещения рабочего органа, устройство 2 определения скорости переме цения рабочего органа, устройство 3 определения мощности пластического деформирования, устройство 4 определения усилия деформирования, блок 5 определения значений площади контактной зоны, устройство 6 ввода технологических параметоов, 1673471 35 50 55 блок 7 определения показателя стадии процесса, блок 8 определения температуры приконтактной зоны инструмента, блок 9 определения температуры заготовки, блок 10 рассогласования, блок 11 сравнения и коррекции, регулятор 12 скорости. Выходы датчика 1 соединены: первый с входом устройства 2, второй — с входом блока 5, третий — с вторым входом блока 7, Выходы устройства 2 соединены; первый — с первым входом устройства 3, второй — с пятым входом блока 11, а третий — с вторым входом блока 10. Выходы устройства 4 соединены: первый — с вторым входом устройства 3, второй — с первым входом блока 7. Выходы устройства 6 соединены: первый — с первым входом блока 9, второй — с третьим входом блока 8, третий — с первым входом блока 11. Выход блока 7 соединен с вторым входом блока 11. Выход устройства 3 соединен с вторым входом блока 8. Выход блока 5 соединен с первым входом блока 8. Четвертый вход блока 8 соединен с первым выходом блока 9. а выходы блока 8 подсоединены: первый — к второму входу блока 9, второй— к четвертому входу блока 11, Третий вход блока 11 соединен с вторым выходом блока 9, а выход — с первым входом блока 10, Выход блока 10 соединен с входом регулятора 12. Выход регулятора 12 подключен к исполнительному механизму 13. Блок 7 определения показателя стадии процесса (фиг. 2) состоит из фильтров 14 и 15 высоких частот. дифференциаторов 16 и 17 и арифметического устройства 18, Вход Р, соединенный с внешней для блока 7 стороны с выходом устройства 4, подключен к входу фильтра 14. Выход h, соединенный с внешней для блока 7 стороны с выходом датчика 1, подключен к входу фильтра 15. Выход фильтра 14 соединен с входом дифференциатора 16, выход которого соединен с первым входом устройства 18. Выход фильтра 15 соединен с входом дифференциатора 17, выход которого соединен с вторым входом устройства 18. Выход К устройства 18 соединен с вторым входом блока 11. Блок 8 определения температуры приконтактной зоны инструмента (фиг; 3) состоит из последовательно соединенных дифференциатора 19 и арифметического блока 20. Вход Тз, соединенный с внешней для блока 8 стороны с выходом блока 9, подключен к первому входу дифференциатора 19 и второму входу блока 20. Входы Оз, з, Сз, а см, соединенные с внешней для блока 8 стороны с выходами устройства 6, подключены соответственно к входам с третьего по шестой устройства 20. Вход P Ч, соединенный с внешней.дпя блока 8 стороны с выходом блока 3, подключен к восьмому входу блока 20. Первый выход Тгр блока 20 соединен с вторым входом блока 9, а второй выход Тгр — с четвертым входом блока 11. Вход Тзо, соединенный с внешней для блока 8 стороны с выходом устройства 6, подключен к второму входу дифференциатора 19. Блок 9 определения температуры заготовки (фиг. 4) состоит из последовательно соединенных дифференциатора 21 и арифметического устройства 22. Вход Тгр, соединенный с внешней для блока 9 стороны с выходом блока 8, подключен к первому входу дифференциатора 21 и второму входу устройства 22. Вход Тгро, соединенный с внешней для блока 9 стороны с выходом устройства 6, подключен к второму входу дифференциатора 21. Выход дифференциатора 21 соединен с первым входом устройства 22. Входы ро, С д аш Тщ подключенные с внешней для блока 9 стороны с устройством 6, соединены соответственно с третьего по седьмой входы устройства 22. Первый выход Тз устройства 22 соединен с четвертым входом блока 8, а второй выход Тз — с третьим входом блока 11. Блок 11 сравнения и коррекции (фиг, 5) состоит из последовательно соединенных коммутатора 23 аналогичных сигналов, аналого-цифрового преобразователя 24, устройства 25 ввода, вычислительного устройства 26, устройства 27 вывода и устройства 28 формирования аналоговых сигналов, Вычислительное устройство 26 представляет собой совокупность дискретных вычислительного 29 и запоминающего устройства 30. Входы .1Ч4 Т31, Тгр1, Т32, Тгрг, КО, Kv. подключенные с внешней для блока 11 стороны к выходам устройства 6, соединены соответственно с входами с первого по седьмой коммутатора 23. Входы V, Тгр, Тз, К. подключенные с внешней для блока 11 стороны соответственно с выходами устройства 2. блока 8, блока 9 и блока 7, подключены соответственно к входам с восьмого по одиннадцатый коммутатора 23. Выход V4 устройства 28 соединен с первым входом блока 10. Система управления работает следующим образом. Перед включением в работу с устройства 6 вводится следующая информация: Чз— объем заготовки; рз — плотность материала заготовки; Сз — теплоемкость материала заготовки; ас — коэффициент теппопровод1673471 55 ности смазки; рш — плотность материала штампа; C — теплоемкость материала штампа; д — толщина приграничного слоя штампа; Тщ — установившаяСя температура внутренних точек штампа; Ко — величина максимально допустимого значения показателя стадии процесса; T2p1 — минимально допустимое значение температуры граничного слоя штампа; Т2р2 — максимально допустимое значение температуры граничного слоя штампа: Тз1 — минимально допустимое значение температуры заготовки; Тз2 — максимально допустимое значение температуры заготовки; а - коэффициент теплопроводности материала штампа; Л Ч4 — величина подъема скорости; Тзо — величина температуры заготовки в начальный момент вРемени; T2pO — величина темпеРатУРы приграничной зоны инструмента в начальный момент времени; Кч — коэффициент снижения скорости. Вводимая информация поступает на входы следующих блоков: рщ, С, д аш Тш, Т2ро — на входы блока 9; Тзо, U3, Pj, Сз, а,„1 — на входы блока 8; Л v4, Т31, т2р1 тз2, Т2р2, Ко. Кч — на входы блока 11, Система включается в работу в начале процесса деформирования. При включении системы сигнал h от датчика 1 поступает на устройство 2 и блок 5. Устройство 2 вырабатывает сигнал скорости перемещения рабочего органа V, который поступает на вход устройства 3. Одновременно на вход устройства 3 поступает сигнал P значения усилия деформирования с выхода устройства 4, Устройство 3 формирует сигнал P . V, который поступает на вход блока 8, Блок 5 вырабатывает в соответствии с заранее определен ной функциональной зависимостью сигнал S значения величины площади контактной зоны, величина кот0рого зависит от величины h. Сигнал $ и P Ч поступают одновременно на входы блока 8, На вход блока 8 поступает также сигнал Тз значения температуры заготовки с выхода блока 9. Блок 8 осуществляет моделирование сигнала Т2р значения температуры приконтактной зоны инструмента по формуле Т2р S (0зРз Сз — P V) + Тз,(1) где z- текущее время процесса деформирования. Блок 9 осуществляет моделирование сигнала Тз значения температуры заготовки по формуле 50 тз =. — — - („с„д- --" s- а„, (Tyt, Tiki)) + т,, () Выражения (1) и (2) получены из рассмотрений условия теплового взаимодействия между заготовкой и эонои инструмента толщиной д вблизи очага деформации, а также теплового взаимодействия между приграничной зоной инструмента и остальным штампом. Кроме того, принимались следующие допущения: вся работа деформации обращается в теплоту; тепловыделение от трения на контактной поверхности направлено внутрь заготовки; теплоемкость материала заготовки не изменяется е процессе деформироеания. Обеспечение связи между первым выходом блока 9 и четвертым входом блока 8, а также между вторым входом блока 9 и первым выходом блока 8 позволяет в процессе функционирования системы управления получать значения Т2р и Тз в режиме реального времени, как результат решения системы двух дифференциальных уравнений первого порядка с двумя неизвестными. Сигнал P с выхода устройства 4 поступает на вход блока 7. В качестве показателя К, характеризующего стадию процесса штамповки, принимается оценка K=dP/dh. do dp dh Так как — = — г — устойчивая оценка поСй бт б1 казателя К формируется в блоке 7, как частное от деления производных 0Q времени, предва(ительно отфильтрованных сигналов РиЬ. На входы блока 11 поступают сигналы: Тз — с выхода блока 9, T2p — с выхода блока 8, К вЂ” с выхода блока 7. Блок 11 осуществляет сравнение величин Тз, Т2р и К с соответствующими граничными значениями и по результатам сравнения вырабатывает сигнал коррекции скорости перемещения рабочего органа Ч4, который подается на вход блока 10. Если одновременно Тз1 + T3 < T32 и Т2р1 Т2р T2ð2, то коррекция величины уставки не производится, так как значения температур заготовки и приграничного слоя штампа находятся в заданных пределах. Если Т3 >Тзг или Т2р >Й2р2, то осУЩествлЯетсЯ уменьшение текущей скорости, т.е. задается новая уставка: Ч4=Ч4/Kv. Если Тз <Т31 или Т2р <Т2р 1 т.е. пРоисходит остывание заготовки или инструмента, то осуществляется сравнение К и Кл. Если К< Ко, то происходит увеличение текущей уставки на регламентированную величину ЛЧ4. Если К>Ко, то процесс находится на стадии доштампоеки и коррекция скорости не производится. 1673471 20 Величина уставки V4 в блоке 10 сравнивается с фактической величиной перемещения рабочего органа Ч. Если Ч > V4, то значение уставки Ч увеличивается на величину V— - Ч4 и новая уставка подается на вход регулятора 12. Если V < Ч, то значение уставки V4 уменьшается на величину Ч-V4 и новая уставка подается на вход регулятора 12. Система управления процессом объемной штамповки обеспечивает повышение производительности и качества штамповки за счет выбора оптимальной скорости деформирования, что достигается посредством введения в систему управления блока определения значений площади контактной зоны в зависимости от величины перемещения рабочего органа, блока определения показателя стадии процесса, блока определения температуры заготовки, блока определения температуры приконтактной зоны инструмента, а также блока сравнения и коррекции, осуществляющего автоматическое определение оптимального значения уставки по скорости с учетом изменения условий теплового контакта заготовки и инструмента, а также стадии процесса штамповки. Формула изобретения Система управления процессом объемной штамповки, содержащая датчик перемещения рабочего органа, первый выход которого соединен с первым входом устройства определения скорости перемещения рабочего органа, устройство определения мощности пластического деформирования, первый вход которого соединен с первым выходом устройства определения скорости перемещения рабочего органа, а второй вход — с первым выходом устройства определения усилия деформирования, и регулятор скорости, связанный с исполнительным механизмом, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и качества штамповки путем выбора оптимальной скорости деформирования в режи30 45 ме реального времени, она дополнительно снабжена блоком определения значений площади контактной зоны. устройством ввода технологических параметров, блоком определения показателя стадии процесса, блоком определения температуры приконтактной зоны инструмента, блоком определения температуры заготовки, блоком сравнения и коррекции, блоком рассогласования, при этом вход блока определения значений площади контактной зоны соединен с вторым выходом датчика перемещения рабочего органа, а выход — с первым входом блока определения температуры приконтактной эоны инструмента, второй вход которого подключен к выходу устройства определения мощности пластического деформирования, устройство ввода технологических параметров первым выходом подключено к первому входу блока определения температуры заготовки, вторым выходом — к третьему входу блока определения температуры приконтактной эоны инструмента, а третьим выходом — к первому входу блока сравнения и коррекции, второй вход которого соединен с выходом блока определения показателя стадии процесса, первым входом связанного со вторым выходом устройства определения усилия деформирования, а вторым входом — с третьим выходом датчика перемещения рабочего органа, первый выход и четвертый вход блока определения температуры приконтактной зоны инструмента соединены соответственно с вторым входом и первым выходом блока определения температуры заготовки, второй выход которого подключен к третьему входу блока сравнения и коррекции, выход последнего соединен с первым входом блока рассогласования, четвертый вход — с вторым выходом блока определения температуры приконтактной эоны инструмента, а пятый вход — с вторым выходом устройства определения скорости перемещения рабочего органа, третий выход которого связан с вторым входом блока рассогласования, выходом подключенного к входу регулятора скорости. 1673471 1673471 1673471 dVl Опус Тзт стус та стус 7эг 0myc туг стус Еи Япу v Оту 0m@ Тгр, gmd Тз 0m К от Фиг.5 Составитель В. Родимов Редактор М.Бандура. Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид Заказ 2890 Тираж 403 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101
