HU192887B

HU192887B - Method for decreasing the forming force at the forming of workpieces particularly plates

Info

Publication number: HU192887B
Application number: HU235184A
Authority: HU
Inventors: Lajos Kiss; Matyas Mende; Gyula Patko; Tamas Biro
Original assignee: Nehezipari Mueszaki Egyetem; Nyiregyhazi Vas Es Femipari Va
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1987-07-28
Also published as: HUT38066A

Abstract

A találmány alakító eró csökkentésére szolgáló eljárás munkadarabok, főleg lemezek alakításakor, melynek foganatosítása olcsó 5 berendezéssel történhet és üzemeltetés során alacsony költségszintet eredményez. A találmány eljárás alakító erő csökkentésére, munkadarabok főleg lemezek alakításakor, melynél az alakítógépszerszám- 10 -munkadarab több szabadságfokú rezgó-rendszer saját frekvenciáit alacsony frekvenciatartományban, célszerűen 10-1000 Hz között meghatározzuk, a saját frekvenciák közül kiválasztjuk azokat, amelyek a szer- 15 számok rezgéseinek az alakítás fómozgására merőleges összetevői ellentétes, vagy közel ellentétes fázisait eredményezik és ezek közül a legkisebb Baját frekvencián vagy annak közelében végezzük az alakítást. 20 A találmány előnyösen alkalmazható az alakító erő függőleges összetevőjének csökkentésére minden olyan eajtolási munkánál, melynél a sajtológép kiegészíthető egy fent említett rezgéskeltővel. Mivel a sajtolóerő 25 főmozgás irányú összetevője több mint 50%-al is csökkenthető, lehetővé válik adott sajtológépen nagyobb méretű lemezek sajtolása, így a gép kiszolgálására fordított mellékidő is jelentősen csökken, illetve Eidott méretű lemezek sajtolására kisebb gép is elegendő. ol Α'Λλ 192887 -1-The method for reducing the shaping force of the invention is when the workpieces, especially plates, are formed, the implementation of which can be accomplished with a cheap device 5 and results in a low cost level during operation. The invention relates to a method of reducing the forming force of workpieces, especially when forming plates, in which the frequencies of the multi-stage vibration system of the machine tool-workpiece 10 are determined in the low frequency range, preferably between 10 and 1000 Hz, from those of the frequencies which are the oscillations of the oscillations result in the opposite or nearly opposite phases of the components perpendicular to the head movement of the formation, and the least of these are formed at or near the lowest Baya frequency. The invention can advantageously be used to reduce the vertical component of the forming force for any cutting operation in which the press can be complemented by a vibration builder as mentioned above. As the compression force of 25 main movement components can be reduced by more than 50%, it is possible to press larger plates on a particular press, so that the extra time spent on servicing the machine is reduced significantly, and a smaller machine is sufficient for stamping Eidott size plates. ol Α'Λλ 192887 -1-

Description

A találmány alakító erő csökkentésére szolgáló eljárás munkadarabok, főleg lemezek alakításakor, melynek foganatosítása olcsó berendezéssel történhet és üzemeltetés során alacsony költségszintet eredményez.The invention relates to a method for reducing the forming force in the forming of workpieces, especially sheets, which can be carried out with cheap equipment and at low cost during operation.

A lemezek alakításához szükséges erő csökkentésére az irodalomból és a gyakorlatból számos megoldás ismeretes.There are many solutions available in the literature and practice to reduce the force required to form discs.

Az első csoportba azok a megoldások sorolhatók, melyeket hengeree testek raélyhúzáeánál alkalmaznak. A megmunkálási művelet során vagy a mélyhúzó szerszám és a ráncfogó forog ellentétes irányban mint ahogy ezt az 501 812 lajstromszámú szovjet szerzői tanúsítvány mutatja, vagy úgy a tüske mint a kitoló csavar menettel csatlakozik a leszorltólemezhez, illetve a matricához ás végez ellentétes irányban forgó mozgást az 556 871 lajstromszámú szovjet szerzői tanúsítvány megoldása szerint.The first group consists of the solutions used for the drawing of cylindrical bodies. During the machining operation, either the deep-drawing tool and the wrinkle gripper rotate in the opposite direction as shown in the Soviet copyright certificate No. 501,812, or both the mandrel and the retracting screw are connected to the clamping plate or die and rotate in the opposite direction 556. 871 according to the solution of the Soviet copyright certificate.

E módszerrel tangenciális irányú alakváltozást hoznak létre a mélyhúzott test hengeres anyagrészeiben az alakitóerő csökkentésére.This method produces a tangential deformation in the cylindrical parts of the deep-drawn body to reduce the deformation force.

A második csoportba tartoznak azok a megoldások, ahol a megmunkálás során lengő körmozgást alkalmaznak, azaz a megmunkáló szerszám tengelye és főmozgás iránya szöget zár be. A szerszám ezáltal kúpfelülelet súrol, miközben saját tengelye körül forgómozgást végez és a főmozgás irányába elmozdul.The second group includes solutions that use swinging circular motion during machining, i.e. the angle of the machining tool axis and the direction of main movement. The tool thereby rubs the cone surface while rotating about its own axis and moving in the direction of the main motion.

Ilyen megoldás ismerhető meg az 512837. az 512 838 és az 525 810 lajstromszámú szovjet szerzői tanúsítványokból. Fenti megoldások közős hátránya, hogy csak hengeres testek mélyhúzásánál alkalmazható és a kismérvű erőcsökkenés alapvetően nem változtatja meg a megmunkálási viszonyokat.Such a solution is known from the Soviet copyright certificates 512837, 512 838 and 525 810. A common disadvantage of the above solutions is that it can be used only for deep drawing of cylindrical bodies and the small reduction in force does not fundamentally change the machining conditions.

Az említett tanúsítványok ezerzói a megmunkálást dinamikai és rezgéstani elvek alapján nem analizálják.Thousands of these certificates do not analyze machining on the basis of dynamic and vibrational principles.

A harmadik csoportba tartoznak azon eljárások, melyek a rezgési energia segítségével végzik az alakítást.The third group consists of processes that perform the shaping with the help of vibrational energy.

A munkadarab vagy a szerszám rezgetését a nagy frekvenciatartományban végzik, mely az alakitő erő szükségletet nagyobb mértékben csökkenti le.Vibration of the workpiece or tool is performed over a high frequency range, which reduces the need for forming force to a greater extent.

Az ismert megoldások cső, vagy huzalgyártás során két rezgetéei irányt alkalmaznak.Known solutions employ two oscillation directions in pipe or wire manufacturing.

Az egyik módszer: amikor a rezgetés iránya a megmunkálás irányával azonos.One method is when the direction of vibration is the same as the machining direction.

Az 1 379 234 lajstromszámú angol szabadalmi leírásból vibrációs alakítási módszer ismerhető meg, melynél a rezgésbehozott anyagot (az ismertetés alapján csövet) legalább egy pár szerszámmal órintkeztetve egyidejűleg húzzák ée a szerszámot a húzás! folyamat közben rezgetik. A két rezgés között a fázisszög olyan, hogy amíg az anyagot a _kezerszámok vagy szerszámpórok egyikéhez képest húzzuk, a másik ezerszám vagy szerszámpár az anyaghoz képset a húzás irányába mozog. A rezgések amplitúdója és a házáéi sebesség között matematikai összefüggést állítanak fel a szerzők, és itt az amplitúdó a nevezőben szerepel. Az össs-.efűggéaből adódó értéknek nagyobbnak kell lenni egy adott konstans számnál. Ebből következik, hogy az érték annál nagyobb - azaz az alakítás annál jobb - minél kisebb az amplitúdó, vagyis minél nagyobb a frekvencia.British Patent No. 1,379,234 discloses a vibration forming method in which the vibrated material (tube is described) is pulled and pulled at the same time by at least one pair of tools! they vibrate during the process. The phase angle between the two vibrations is such that while the material is being pulled relative to one of _the thousands of tools or pairs of tools, the other thousand or tool pair is moving in the direction of pulling relative to the material. The authors establish a mathematical relationship between the amplitude of the vibrations and the speed of the house, and here the amplitude is in the denominator. The value resulting from the ossss-.dependency must be greater than a given constant number. It follows that the higher the value, i.e. the better the shaping, the smaller the amplitude, i.e. the higher the frequency.

Az 1 418 650 lajstromszámú angol szabadalmi leírás eljárást és berendezést ismertet rezgési energia segítségével végzett csőhúzáshoz.British Patent Specification No. 1,418,650 describes a method and apparatus for drawing a tube using vibration energy.

Az eljárás szerint a csövei húzzák és egyidejűleg lengelyirányban rezegtetik, a rezgés sebességamplitu dójának és a csóhúzás sebességeinek arányát előre meghatározott értéken tartják 1,6 és 11,0 közötti tartományban. A rezgést nagyfrekvenciás rezgéskeltővel hozzák létre. Minél nagyobb frekvenciával rezegtetnek, annál nagyobb lehet a húzási sebesség.According to the method, the tubes are pulled and simultaneously vibrated in the direction of oscillation, the ratio of the vibration velocity amplitude to the pulling velocity is kept at a predetermined value in the range of 1.6 to 11.0. Vibration is created by a high-frequency vibration generator. The higher the frequency they vibrate, the higher the pull speed.

A másik módszer: amikor a rezgetés iránya a főmozgás irányára merőleges.Alternatively, when the direction of vibration is perpendicular to the direction of the main motion.

Az 537 725 lajstromszámú szovjet szerzői tanúsítványból közvetett módon fémgyártmányok húzási módszere ismerhető meg a szil radiális irányú ultrahangos rezgetésével. A találmányi leírás ugyan húzógyűrű kúpszögének megválasztását ismerteti, de egyértelmű, hogy ultrahangos rezgetőt alkalmaz.Indirectly, from the Soviet copyright certificate No. 537,725, the method of drawing metal products by the ultrasonic vibration of the radial direction is known. Although the invention discloses the choice of the taper angle of a tensile ring, it is clear that ultrasonic vibration is used.

Az 1 434 533 lajstromszámú angol szabadalmi leírás olyan hengeres munkadarab megmunkálására szolgáló eljárást ismertet, ahol a munkadarab és a gyűrű alkotta rendszerben vibrációt alkalmaznak úgy, hogy a rezorans rugalmas alakváltozás feltétele létrejöjjön. A gyűrű és a munkadarab közöe felületén sugárirányú rezgés jön létre, mely a közös felületen olyan sugárirányú feszültségeket kelt, melyek csökkentik az alakítási munkát és tehermentesítik a hajtóművet.British Patent No. 1,434,533 discloses a method for machining a cylindrical workpiece in which vibration is applied to the workpiece and ring system so as to create a resorant elastic deformation condition. Radial vibration is created on the surface of the ring and the gap between the workpiece, generating radial stresses on the common surface which reduce the work of forming and relieve the gear unit.

A rendszer rezgési periódusának egy részében a munkadarab mozgása a gyűrű mozgEisával ellentétes irányú.During part of the system vibration period, the movement of the workpiece is opposite to the movement of the ring.

Adott berendezésnél meghatározható, adott képlet alapján egy minimális rezgési sebesség, mely minimális keresztmetszet csökkenést eredményez. Ez alatt a feltétel nem teljesül. Mivel a frekvencia szorzóként szerepel, egyértelmű, hogy a nagy frekvencia jobb alakítási paramétereket eredményez.For a given device, a minimum vibration velocity can be determined based on a given formula, resulting in a minimal cross-sectional reduction. Below this condition is not met. Since frequency is a multiplier, it is clear that high frequency results in better shaping parameters.

A 3 910 085 lajetromszámú USA szabadalmi leírásból olyan vibrátor kialakítások ismerhetők meg, melyek anyagok vibrációs alakítására szolgálnak. A leírás diagramokban adja meg a különböző kialakítású vibrátorok rezgéstani viselkedését. A külső és belső perem közti rezgésátvitel annál jobb, minél kisebb amplitudóértéken jön létre a rezonancia, azaz minél nagyobb frekvenciát alkalmaznak.U.S. Patent No. 3,910,085 discloses vibrator designs for vibrating materials. Describe in diagrams the vibration behavior of vibrators of different designs. The better the resonance is, the smaller the amplitude is generated, i.e. the higher the frequency used, the better the vibration transmission between the outer and inner edges.

Az eddig ismeri eljárások mindegyikénél nagy frekvenciát elsősorban ultrahang frekvenciát alkalmaznak.In all prior art methods, high frequency frequencies are primarily ultrasound.

Ennek hátrányai az alábbiakban foglalhatók össze. Minél nagyobb frekvenciát állítanak elő, annál drágább rezonátort kell alkalmazni. A beruházási költség tehát drágább. A frekvencia növekedésével a rezonancia frekvenciákhoz tartozó amplitúdók csökkennek. A berendezés vesztesége annál nagyobb minél nagyobb a frekvencia. Ez egyben az üzemeltetési költségek növekedését is jelenti.The disadvantages of this are summarized below. The higher the frequency produced, the more expensive the resonator should be. The investment cost is therefore more expensive. As the frequency increases, the amplitudes associated with the resonance frequencies decrease. The higher the frequency, the greater the loss of equipment. This also means an increase in operating costs.

A találmány célkitűzése olyan eljárás létrehozása, mely egyszerű berendezésekkel kis költségráfordítással megvalósítható, az eljárás foganatosítása során az üzemeltetési költségek csökkennek.It is an object of the present invention to provide a process that can be implemented with simple equipment at a low cost, and the operating costs are reduced during the process.

A találmány eljárás alakító erő csökkentésére, munkadarabok főleg lemezek alakításakor, melynél az alakitógép-szerszám-munkadarab több szabadságfokú rezgő rendszer Baját frekvenciáit alacsony frekvenciatartományban, célszerűen 10-1000 Hz között meghatározzuk, a saját frekvenciák közül kiválasztjuk azokat, amelyek a szerszámok rezgéseinek az alakítás főmozgására merőleges összetevői ellentétes, vagy közel ellentétes fázisait eredményezik és ezek közül a legkisebb saját frekvencián vagy annak közelében végezzük az alakítást.The present invention relates to a method for reducing forming force in the forming of workpieces, in particular plates, wherein the Baja frequency frequencies of the forming machine tool workpiece are defined in a low frequency range, preferably between 10 and 1000 Hz. its perpendicular components result in opposite or near opposite phases and are formed at or near the smallest of its own frequencies.

A találmány azon felismerésen alapszik, hogy rezgetéskor a frekvencia növelése során az alakító erő nem csökken arányosan a növekvő frekvenciával.The invention is based on the discovery that, during vibration, as the frequency increases, the shaping force does not decrease proportionally with the increasing frequency.

Az 1. ábrán látható diagramot vizsgálva látható, hogy a frekvencia és a rezonancia frekvencián mért amplitúdó burkológörbéje olyan görbe, melynél a frekvencia növelése az amplitúdók csökkenését vonja maga után. A diagram burkoló görbéje hiperbolaszerűen csökken.Examining the diagram in Fig. 1, it can be seen that the envelope of frequency versus resonance frequency amplitude is a curve at which increasing frequency causes a reduction in amplitude. The envelope curve of the graph decreases hyperbolically.

Az alakítási eröszükséglet attól függ, hogy egy-egy rezonancia tartományban a rezgés rezonancia frekvenciákon mért amplitúdója a görbe, amely részén helyezkedik el, mivel a mellékmozgással kapcsolatos amplitúdó a frekvenciák növekedésével csökken.The shaping power requirement depends on the amplitude of the vibration at each resonance range at which it resides, as the amplitude associated with the offset motion decreases with increasing frequencies.

Egy rezonanciahelyet véve alapul könynyen belátható, hogy ha az amplitúdó maximális érték, akkor az alakító erőszükBéglet kevesebb, mint ha ez az érték a görbe más szakaszán van. Nyilvánvaló maximális az erőezükséglet az amplitúdó minimális értékénél.Based on a resonance site, it is readily apparent that if the amplitude is a maximum value, the shaping force is less than that value elsewhere on the curve. Obviously, the maximum power requirement is at the minimum amplitude value.

Az alakítóerő szükséglet tehát attól függ, hogyan válsztjuk meg az amplitúdó értékét. Nagy frekvencia esetében ez az érték szinte automatikusan adódik, mely a diagramból is kitűnik.The need for a shaping force thus depends on how we choose the amplitude value. At high frequencies, this value is obtained almost automatically, as can be seen from the diagram.

Ez esetben azonban a munkavégzésre fordított teljesítmény kicsi a burkoló görbe csökkenő jellege miatt. A többlet teljesítmény a berendezésekben veszteséggé alakul. Az 1. ábra diagramjából és a fentiekben leírtakból adódik, hogy az alacsony frekvencia tartományban, mivel a rezgetés energiaszükséglete kisebb, a hasznosító teljesítmény akár a nagyfrekvenciás teljesítmény többszöröse is lehel, amennyiben a frekvenciatartományon belül a frekvencia értéket megfelelően választjuk ki.In this case, however, the amount of work done is low due to the decreasing nature of the paving curve. The excess power in the equipment becomes a loss. It can be seen from the diagram of Figure 1 and above that, in the low frequency range, since the vibration energy requirement is lower, the utilization power may be up to a multiple of the high frequency power if the frequency value is properly selected.

Az említett alacsony frekvenciájú rezgés gerjesztése történhet a közismert módon mechanikus, hidraulikus, vagy elektrodinamikus rezgéskeltővel. A frekvencia helyes megválasztáséhoz több az alábbiakban részletezett szempont figyelembevételére van szükség.The excitation of said low frequency vibration may be effected by means known in the art of mechanical, hydraulic or electrodynamic vibration generators. To properly choose the frequency, there are several aspects to consider below.

A rezgés frekvenciáit célszerűen 10-1000 Hz között választjuk, ezáltal azt érjük el, hogy a sebességgel arányos csillapításokból származó veszteség kicsi legyen. A hatékony alakítás céljából a rezgés periódusidejét az alakítás periódusidejénél legalább egy nagyságrenddel kisebbre célszerű választani.The oscillation frequencies are conveniently selected between 10 and 1000 Hz, so that the loss from velocity damping is small. For efficient shaping, the vibration period should be chosen at least one order of magnitude less than the shaping period.

Abból a célból, hogy a rezgetés során a tömegek gyorsítására, illetve fékezésére fordított energia kicsi legyen, b rezgések frekvenciáit úgy választjuk meg, hogy az alakitógép-szerszám-munkadarab többszabadságfokú rezgő-rendszer saját frekvenciái közül kiválasztjuk azokat, melyek a szerszámok rezgéseinek az alakítás főmozgására merőleges összetevői ellentétes, vagy közel ellentétes fázisait eredményezik és ezek közül a legkisebb saját frekvencián vagy annak közelében végezzük az alakítást.In order to minimize the energy used to accelerate or brake the masses during vibration, the frequencies of the vibrations b are chosen by selecting from within the frequencies of the multi-degree vibration system of the forming machine tool workpiece the main motions for the vibration of the tool its perpendicular components result in opposite or near opposite phases and are formed at or near the smallest of its own frequencies.

Mivel az alakítás sorén ez a frekvencia növekszik célszerű frekvenciakövető szabályozó segítségével a gerjesztő frekvenciát az optimális értéken tartani.As this frequency increases during the shaping sequence, it is advisable to keep the excitation frequency at the optimum value with the help of a frequency tracking controller.

A saját frekvencia-tartományt és ezen belül az optimális frekvenciát a különböző alakitógép-szerszám-munkadarab típusokra esetenként az ismert rezgéstani számításokkal, vagy kísérleti úton határozhatjuk meg. Esetenként az alakltógép-szerszám-munkadarab rezgő rendszer megfelelő hangolásával azaz a tömeg és merevség viszonyainak alkalmas megválasztásával - elérhető, hogy a fenti optimális saját frekvencia a hálózati elektromos áram 50 Hz-es frekvenciájával egyezzen meg. A rezgő rendszernek ezt a hangolását hálózati áramforrásról táplált elektrodinamikus rezgéskeltó alkalmazása esetén célszerű elvégezni.The individual frequency range, and in particular the optimum frequency, for the various types of forming machine tool parts may be determined by known vibrational calculations or experimentally. Occasionally, with the proper tuning of the vibrator system of the shaping tool-workpiece, that is, by appropriate choice of mass and stiffness conditions, the optimum self-frequency above can be obtained to match the 50 Hz of the mains power. This tuning of the vibration system should be performed when using an electrodynamic vibration generator powered from a mains power source.

Találmányunk szerinti eljárást az alábbiakban lemezradiátor szerkezeti elemek sajtolésának példáján mutatjuk be a 2. ábra segítségével. Az ábra n szerszámok és a lemez metszetét tűnteti fel. A hagyományos eljárás során a sajtolás úgy történik, hogy a szerszámokat összenyomjuk és a lemez a szerszámok által meghatározott alakot veszi fel. A lemez hézagmentesen illeszkedik a szerszámokhoz.The process of the present invention is illustrated below with reference to the example of stamping structural elements of a plate radiator using Figure 2. The figure shows the intersection of n tools and the plate. In the conventional method, the extrusion is performed by compressing the tools and the sheet takes the shape defined by the tools. The plate fits seamlessly into the tools.

Találmányunk szerint a Bajtolás folyamán az 1 és 2 szerszámokat a főmozgás irányára merőleges síkban rezgésbe hozzuk. A sajtolés befejezésekor a 3 lemez a 4 hézaggal illeszkedik az 1 és 2 szerszámokhoz. Ez a hézag teszi lehetővé a sajtolási közvetlenül megelőző időpontokban a szerszámok fent le-37 írt rezgéseinek fenntartását. Az erőátadás a sajtoló gépről az 5 görgők közvetítésével történik. A szerszámok felfogását az egyszerűség kedvéért nem tüntettük fel.According to the present invention, during the Bending, the tools 1 and 2 are vibrated in a plane perpendicular to the main motion. At the end of the extrusion, the plate 3 is joined by the gap 4 to the tools 1 and 2. This gap allows the vibrations of the tools described above to be maintained at the points immediately prior to pressing. The force is transmitted from the press machine via the rollers 5. For the sake of simplicity, the concept of tools is not mentioned.

A szerszámok rezgésének biztosítására és a saját frekvenciák csökkentésére célszerű az 5 görgők alkalmazása, mellyel az 1 szerszámot (esetleg a 2 szerszámot is) a sajtológép többi eleméhez kapcsoljuk. Az 5 görgő célszerűen gördülő elem vagy gőrgős papucs.In order to ensure the vibration of the tools and to reduce their own frequencies, it is advisable to use rollers 5 to connect the tool 1 (and possibly the tool 2) to the other elements of the press. The roller 5 is preferably a rolling element or a slipper.

A találmány előnyösen alkalmazható az alakító erő függőleges összetevőjének csökkentésére minden olyan sajtolási munkánál, melynél a sajtológép kiegészíthető egy fent említett rezgéskeltővel. Mivel a sajtolóerő főmozgás irányú összetevője több mint 50%-al is csökkenthető, lehetővé válik adott sajtológépen nagyobb méretű lemezek sajtoláea, így a gép kiszolgálására fordított mellékidó is jelentősen csökken, illetve adott méretű lemezek sajtoláséra kisebb gép is elegendő.The invention can be advantageously applied to reduce the vertical component of the forming force in all extrusion operations in which the extruder can be supplemented with the aforementioned vibration generator. As the main component of the compression force can be reduced by more than 50%, it is possible to press larger discs on a given press machine, thus significantly reducing the time spent on servicing the machine and the smaller machine required to press on a given size.

Claims

PATENT CLAIMS

A method for reducing forming force by forming vibration _r workpieces, in particular sheets, by mechanical, hydraulic or electrodynamic vibration ^J characterized in that the frequencies of the forming machine tool particle multi-degree oscillation system are determined in a low frequency range, preferably between 10 and 1000 Hz. select frequencies that result in opposite or near opposite phases of the components of the tool vibration perpendicular to the main forming motion

15, and is performed at or near the smallest of its own frequencies.

Method according to claim 1, characterized in that the selected minimum own frequency is provided by a frequency tracking control device.