Technological Complexes 1/2 (12), 2015 RESEARCH PROCESS THE STRAIGHTENING OF LOW-RIGIDITY SHAFTS BADANIA PROCESU PROSTOWANIA WAŁÓW O MAŁEJ SZTYWNOŚCI

Transkrypt

1 DESIGN OF TECHNOLOGICAL COMPLEXES FUNCTIONAL ELEMENTS Świć A., Prof. D.Sc., Ph.D., Eng. * Drachev O., Prof. D.Sc., Ph.D., Eng.** Sobazek Ł., M.Sc., Eng. * ПРОЕКТУВАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ КОМПЛЕКСІВ *Lublin Univerity of Technology / Poland **Togliatti State Univerity / Ruia RESEARCH PROCESS THE STRAIGHTENING OF LOW-RIGIDITY SHAFTS BADANIA PROCESU PROSTOWANIA WAŁÓW O MAŁEJ SZTYWNOŚCI Abtract: The paper preent the reult of reearch conducted in order to obtain the algorithm of long, low-rigidity haft cold traightening proce, tranfer function of control object the traightening proce, and a chematic diagram of automatic control ytem for traightening by bending proce. The author decribe the functional diagram of a multi-input recorder, the cyclogram of control ytem functioning, and the geometric interpretation of the proce for the material in elatic-deformable tate. The tet tand and the reult of experimental reearch of the proce with the ue of automatic control ytem are decribed. Keyword: long non-rigid haft, dynamic traighttening, automatic control ytem, axial run-out. INTRODUCTION When developing algorithm for the control of the proce of traightening of long haft it i neceary to determine the zone of application of external traightening force. In thi cae platic deformation are ditributed unevenly, o one hould aim at elimination of the unevenne of their ditribution. Platic deformation zone, at high mode, are practically coincident in the cae of paired and odd form, and therefore modal control hould be applied controlled loading hould be applied in the zone of oppoing node [1 3]. If initially the emi-finihed product, in accordance with the traightening algorithm, undergo deformation according to the firt mode of bending, followed by the econd, third etc., each traightening module act a an autonomou one in agreement with the new developed algorithm. Irrepective of the length of the emi-finihed product and of the method of it traightening, elatic-platic deformation occur between the upport. It i poible to calculate, in the firt approximation, the value of tree and platic train in the emifinihed product, and the depth of their location, a the ditance between the upport and the geometric parameter of the emi-finihed product are alway known. CONTROL SYSTEM OF THE PROCESS OF STRAIGHTENING OF LOW-RIGIDITY PARTS When developing a ytem of automatic control of the proce of traightening it i neceary to olve the problem of improvement of accuracy that cannot be olved without performing a theoretical analyi of Strezczenie: W artykule przedtawiono wyniki badań przeprowadzonych w celu uzykania algorytmu tero-wania proceem protowania na zimno wałów długo-wymiarowych o nikiej ztywności, tranmitancji opera-torowej oraz chematu automatycznego terowania rozpatrywanego proceu. Autorzy opiują chemat funkcjonalny rejetratora wielowejściowego, chemat funkcjonowania ytemu kontroli wewnętrznej oraz interpretację geometryczną proceu dla materiału w tanie prężyto-platycznym. Ponadto opiano tanowiko badawcze oraz wyniki badań doświad-czalnych. Słowa kluczowe: długi wał o małej ztywności, protowanie dynamiczne, automatyczny ytem terowania. WPROWADZENIE Przy opracowaniu algorytmu terowania proceem protowania wałów długowymiarowych trzeba określić trefy przyłożenia zewnętrznych ił protowania. Odkztałcenia platyczne w tym przypadku ą rozłożone nierównomiernie, należy więc dążyć do likwidacji nierównomierności ich rozkładu. Strefy odkztałceń platycznych, przy wyokich modach, w przypadku potaci parzytych i nieparzytych praktycznie ię pokrywają, w związku z tym powinno być toowane terowanie modalne obciążenie terowane należy przykładać w trefach przeciwwęzłów [1 3]. Jeżeli początkowo półfabrykaty, zgodnie z algorytmem protowania, ulegają odkztałceniu według pierwzego poobu zginania, natępnie drugiego, trzeciego itd., to każdy moduł protowania działa jako autonomiczny zgodnie z programem według nowego, opracowanego algorytmu. Niezależnie od długości półfabrykatu i poobu jego protowania, odkztałcenie prężyto-platyczne ma miejce między podporami. Można obliczyć, w pierwzym przybliżeniu, wartości wytępu-jących w półfabrykacie naprężeń i odkztałceń pla-tycznych oraz głębokość ich zalegania, ponieważ zawze jet znana odległość między podporami i parametry geometryczne półfabrykatu. UKŁAD STEROWANIA PROCESEM PROSTOWANIA CZĘŚCI O MAŁEJ SZTYWNOŚCI Przy opracowaniu układu terowania automatycznego proceem protowania należy rozwiązać zadanie zwiękzenia dokładności. Analiza chematu trukturalnego (ry. 1), umożliwia: określenie prawid- 52

2 the control ytem being developed. Analyi of tructural chematic (Fig. 1) permit determination of correct retoration of output control ignal, development of ervomechanim deign, determination of method of meaurement of controlled value, and development of a chematic permitting the generation of deired ignal. Baed on the adopted olution one may elect, from the available offer, the element of the automatic control ytem, preent the ytem in the form of a mathematical model, et the ytem up and perform it teting. The mathematical model of the object of control include an operator tranmittance compoed of three parallel link with oriented effect, the input of which i the force of traightening and the output i diplacement. Technological Complexe 1/2 (12), 2015 W Y( K P( The emi-finihed product rotate and the value of it eccentric i included in the integral index of the value of deflection. In the tructural chematic (Fig. 1), the run-out (eccentric) value i denoted a e(, and the combined value of emi-finihed product deflection and run-out, denoted a YΣ(, i controlled by mean of a run-out enor with operator tranmittance K 3(. The primary tranducer-enor for the control of emifinihed product run-out i witched on only when the axi of the emi-finihed product i identical with the axi of the machine tool (lathe). The output ignal from the primary tranducer, in accordance with the algorithm of traightening, i upplied to the input of a calculation-programming device with operator tranmittance K 4(. The calculation-programming device calculate the rigidity of the ubytem of emi-finihed product-upport. It determine, taking into account the current condition and value of deformation of the emi-finihed product, the zone of elatic and platic deformation. According to the developed algorithm, baed on the actual geometric parameter of the emi-finihed product and on it phyical and mechanical propertie, on the output of the device a control ignal i generated for an electro-hydraulic amplifier (EHA) with operator tranmittance W 5(. The EHA control the poition of the rod of the hydraulic drive W 6(. The rod i firmly joined with a punch whoe operator tranmittance, a an elatic link, equal W 7(. The punch i in direct contact with the emi-finihed product, ening the repone of the emi-finihed product in the proce of deformation. The traight-tening force are controlled by mean of the force enor W 8( whoe output ignal, proportional to the traightening force value, i tranmitted to the input of the calculation-programming device W 4(, and thu each circuit i feedback-controlled by the traightening force. In the proce of traightening two traightening ection are controlled: the elatic and the platic, therefore we need to have data on the diplacement and force of platic deformation. 53 ło-wego odtwarzania wyjściowego ygnału terującego, opracowanie kontrukcji erwonapędu, określenie metody pomiaru wielkości regulowanej i opracowanie chematu umożliwiającego ukztałtowanie odpowie-dniego ygnału. W oparciu o przyjęte rozwiązania można dobrać, pośród produkowanych, elementy układu terowania automatycznego, przedtawić go w potaci modelu matematycznego, zetawić układ terowania oraz przeprowadzić jego badanie. W modelu matematycznym obiektu terowania wytępuje tranmitancja operatorowa, kładająca ię z trzech równoległych ogniw o działaniu ukierunkowanym, wejściem, której jet iła protowania, a wyjściem przemiezczenie.. (1) K K I ( ) Półfabrykat obraca ię i jego mimośrodowość wchodzi do wkaźnika integralnego wielkości ugięcia. Wartość bicia (mimośrodu), na chemacie trukturalnym (ry. 1), jet oznaczona jako e(, a umaryczna wielkość ugięcia i bicia półfabrykatu przez YΣ( jet kontrolowana przy pomocy czujnika bicia o tranmitancji operatorowej K 3(. Pierwotny przetwornik czujnik do kontroli mimośrodu półfabrykatu włączany jet tylko wtedy, kiedy oś półfabrykatu pokrywa ię z oią obrabiarki. Sygnał wyjściowy, zgodnie z algorytmem protowania, z przetwornika początkowego jet przeyłany na wejście urządzenia obliczeniowoprogramowego o tranmitancji operatorowej K 4(. Urządzenie obliczeniowo-programowe oblicza ztywność podukładu półfabrykat-podpory. Określa, przy uwzględnieniu aktualnych warunków i wielkości odkztałceń półfabrykatu, trefy odkztałceń prężytych oraz platycznych. Według opracowanego algorytmu, na podtawie rzeczywitych parametrów geometrycznych półfabrykatu oraz jego właściwości fizycznych i mechanicznych, jet kztałtowany na wyjściu ygnał terowniczy wzmacniacza elektrohydraulicznego (WEH) o tranmitancji operatorowej W 5(. WEH teruje położeniem trzpienia napędu hydraulicznego W 6(. Trzpień jet na ztywno połączony ze templem, którego tranmitancja operatorowa jako ogniwa prężytego jet równa W 7(. Stempel tyka ię bezpośrednio z półfabrykatem, przejmując reakcję półfabrykatu w proceie odkztałcenia. Siły protowania ą kontrolowane czujnikiem ił W 8( jego ygnał wyjściowy, proporcjonalny do iły protowania jet przekazywany na wejście urządzenia obliczeniowo- programowego W 4(, a więc każdy z obwodów objęty jet przężeniem zwrotnym według iły protowania. W proceie protowania ą kontrolowane dwa odcinki protowania: prężyty i platyczny, należy więc mieć dane o przemiezczeniu i ile odkztałcenia platycznego.

3 Fig. 1 Structural chematic of automatic control ytem of the proce of traightening through bending / Schemat trukturalny układu terowania automatycznego proceem protowania przez zginanie In order to control the value of travel of the control lide (value of deformation of the emi-finihed product), the primary tranducer of linear diplacement, with operator tranmittance K 9(, i connected into the feedback circuit of the electrohydraulic drive control. Experimental tudie of the electro-hydraulic drive, control block and primary tranducer [4] howed that all of thoe element can be decribed, with ufficient probability, a inertia-free with amplification coefficient к, except for the electrohydraulic amplifier. The two-tage electro-hydraulic amplifier include a tranducer with force feedback, a two-lot hydraulic choke divider of the nozzle-topper type, and a lide-type cylindrical four-lot hydraulic divider. The operator tranmittance (Fig. 1) coupling the control lider diplacement (output parameter) with the control current (input parameter), taking into account the force of negative feedback, ha the form of: W celu kontroli wielkości przemiezczenia uwaka rozrządczego (wielkości odkztałcenia półfabrykatu), do przężenia zwrotnego obwodu terowania napędem elektrohydraulicznym jet włączony przetwornik pierwotny przemiezczeń liniowych i tranmitancji operatorowej K 9(. Z badań ekperymentalnych napędu elektro-hydraulicznego, bloków terowania i przetworników pierwotnych [4], wynika, że wzytkie człony można z wytarczającym prawdopodobieńtwem opiać jako bezinercyjne o wpółczynniku wzmocnienia к, oprócz wzmacniacza elektrohydraulicznego. Wzmacniacz elektrohydrauliczny dwukakadowy zawiera: przetwornik z iłowym przężeniem zwrotnym dwuzczelinowy dławikowy rozdzielacz hydrauliczny typu dyza-przyłona oraz uwakowy cylindryczny czterozczelinowy rozdzielacz hydrauliczny. Tranmitancja operatorowa (ry. 1), wiążąca przemiezczenia uwaka rozrządczego (parametr wyjściowy) i prąd terowania (parametr wejściowy) z uwzględnieniem iły ujemnego przężenia zwrotnego ma potać: X KM WPEM Wry W5. (2) i( 1W W K PEM ry M where: K M, K MX coefficient of amplification of lope of intantaneou characteritic of tranducer and feedback after loading. The operator tranmittance of the electro-mechanical tranducer (linearied model) can be written a: gdzie: K M, K MX wpółczynniki wzmocnienia nachylenia charakterytyki chwilowej przetwornika i przęże-nia zwrotnego po obciążeniu. Tranmitancję operato-rową przetwornika elektromechanicznego (model linearyzowany) można zapiać jako: W PEM h( M T I 2 w l / KM 2 2T w 1, (3) where: h diplacement of the free end of the rotor; M I moment on the rotor; l length of the rotor; K Mα angular tiffne of the electromechanical ytem of the tranducer; T w, time contant of the rotor and coefficient of attenuation, repectively. gdzie: h przemiezczenie niezamocowanego końca wirnika; M I moment na wirniku; l długość wirnika; K Mα ztywność kątowa elektromechanicznego układu przetwornika; T w, odpowiednio tała czaowa wirnika i wpółczynnik tłumienia. 54

4 The operator tranmittance of the hydraulic amplifier (leaving out the force of contact friction) i decribed by the product of the amplifying and integrating element Tranmitancja operatorowa wzmacniacza hydraulicznego (przy nieuwzględnianiu ił tarcia tykowego) jet opiywana iloczynem członów wzmacniającego i całkującego W ry X K h( / F ah x, (4) where: x diplacement of the four-edge control, lide; K ah coefficient of amplification lope of the output characteritic; F x cro ection area of the control lide. The operator tranmittance of the hydraulic drive equal to: gdzie: x przemiezczenie czterokrawędziowego uwaka rozrządczego; K ah wpółczynnik wzmocnienia nachylenia charakterytyki wydatku; F x pole przekroju uwaka rozrządczego. Tranmitancja operatorowa napędu hydraulicznego jet równa: W 6 yy x( T 2 NH 2 knh 2T NH, (5) 1 where: y y linear diplacement of hydraulic cylinder rod (output value), T NH i k NH time contant and coefficient of amplification of the hydraulic drive. The general form of the operator tranmittance of the electro-hydraulic drive can be written a: W gdzie: y y przemiezczenie liniowe trzpienia cylindra hydraulicznego (wielkość wyjściowa), T NH i k NH tała czaowa i wpółczynnik wzmocnienia napędu hydraulicznego. Tranmitancję operatorową napędu elektrohydraulicznego w potaci ogólnej można zapiać jako: yy( KM( W5 W i( NEH ( 6 кah knh Fx. (6) l kah NH F T T 1 T 2T 1 T T 1 w K M l K M 2 w NH NH NH The circuit of control of the proce of deformation of emi-finihed product relative to it deformation wa the operator tranmittance of an open ytem (Fig. 1). yy( W K4( W5 W6 U 3 Obwód terowania proceem odkztałcenia półfabrykatu według przemiezczenia ma tranmitancję operatorową układu otwartego (ry. 1).. (7) x One of the mot important characteritic of an automatic control ytem i it dynamic accuracy or ytem error in control and interference effect. The accuracy of a control ytem i determined in teady tate condition. Regular effect are treated a a lowly changing function of time in comparion to the characteritic of a tranition proce in the ytem. In thi cae the accuracy of an automatic control ytem can be etimated by mean of the coefficient of error H that obtained by mean of the operator tranmittance of a cloed ytem relative to the error, W H( [5]. In the tructural chematic (Fig. 1) the divergence H between diplacement of the input value U 3wej and the output value U 9wyj i defined a: Jedną z najważniejzych charakterytyk układu terowania automatycznego jet jego dokładność dynamiczna lub błąd w układzie przy oddziaływaniach terujących i zakłócających. Dokładność układu terowania jet określana w warunkach utalonych. Oddziaływania regularne ą traktowane jako powoli zmieniająca ię funkcja czau w porównaniu do charakterytyk proceu przejściowego w układzie. W tym przypadku, dokładność układu terowania automatycznego można oceniać wpółczynnikiem błędu H, który uzykuje ię przy pomocy tranmitancji operatorowej układu zamkniętego odnośnie błędu W H( [5]. Na chemacie trukturalnym (ry. 1) rozbieżność H między przemiezczeniami wielkości wejściowej U 3wej i wyjściową U 9wyj jet określana jako: 55

5 H U wej U9w characterie the inaccuracy of operation of the automatic control ytem and i treated a an error. On the bai of the tructural chematic (Fig. 1) one can write the relation of H( a: ( 3wej 9 3wyj, (8) ( 3 yj ) charakteryzuje niedokładność pracy układu terowania automatycznego i traktowana jet jako błąd. W oparciu o chemat trukturalny (ry. 1) można zapiać zależność H(: H U K U ( ) ; U K K W ( ) ( (9) By excluding H( from thoe relation, we can define the operator tranmittance of a cloed ytem a well a the error: Po wyłączeniu z tych zależności H(, ą określane tranmitancje operatorowe układu zamkniętego oraz błędy: Ф 0 Ф( Y K4( W5 W6 U 1 K W W W, (10) 3 H U 1 K W W K (11) 9 ( ) In each of the control circuit, the tructural chematic ha erially connected integrating element, which mean that each circuit ha atatim of the econd degree. Thi mean [5] that in the teady mode divergence in the next ytem do not depend on the level of the input ignal nor on the rate of it change, and thu the coefficient of error in the ytem are equal to zero in the teady mode the error in a control ytem i determined only by acceleration and be derivative of an input parameter of a higher order after time. The accuracy of a cloed ytem in teady tate increae with increae in the coefficient of amplification of the ytem in open mode, which reult from decreae of the coefficient of error firt in term of poition. However, with increae in the coefficient of tability, the cloed ytem approache the limit of tability. Experience with operation of ytem with electro-hydraulic drive how that the coefficient of gain in a cloed circuit hould not exceed 1.5. Increae in the accuracy of an automatic control ytem due to compenation of the effect of interference or to the effect of a control ignal, i.e. the creation of a ytem that i fully invariant relative to control or interfering effect, i not viable in a given cae. In practice it i rather hard to achieve H(=0, o that path that hould be followed i that of increaing the level of atatim of the control ytem. In the analyed tructural chematic the automatic control ytem ha atatim of the econd degree, which i ufficient for achieving traightening accuracy within a working range of frequencie of 0 to 5 Hz. The tructural chematic developed permit aement of dynamic procee taking place in a control ytem, taking into account interfering effect and external interference, determination of mutual interaction within the object itelf and overall in the control ytem without the need for introducing correcting link, a well a etimation of error in program development. Schemat trukturalny, w każdym z obwodów terowania, ma zeregowo włączone człony całkujące, to znaczy każdy obwód poiada atatyzm drugiego rzędu. Oznacza to [5], że w trybie utalonym rozbieżności w natępnym układzie nie zależą ani od wiel-kości ygnału wejściowego ani od prędkości jego zmiany, a więc wpółczynniki błędów w tym układzie ą równe zero w trybie utalonym błąd w układzie terowania jet określany tylko przypiezeniem i pochodnymi parametru wejściowego wyżzego rzędu po czaie. Dokładność układu zamkniętego w trybie utalonym wzrata przy wzroście wpółczynnika wzmocnienia tego układu w tanie otwartym, wynika to ze zmniejzenia pierwzego według położenia wpół-czynnika błędu. Jednak przy wzroście wpółczynnika tabilności układ zamknięty przybliża ię do granicy tabilności. Doświadczenie ekploatacji układów o napędach elektrohydraulicznych pokazuje, że wpół-czynnik wzmocnienia w obwodzie zamkniętym nie powinien przekraczać 1,5. Zwiękzenie dokładności układu terowania automatycznego w wyniku kompen-acji wpływu zakłócenia lub działania ygnału terują-cego, to znaczy utworzenia układu w pełni inwariant-nego odnośnie oddziaływania terującego lub zakłócającego w danym przypadku nie jet celowe. Praktycznie jet doyć trudno uzykać H(=0, należy więc pójść drogą zwiękzenia rzędu atatyzmu układu terowania. W rozpatrzonym chemacie trukturalnym układ terowania automatycznego ma atatyzm dru-giego rzędu, jet to wytarczające do uzykania dokła-dności protowania w roboczym zakreie czętotli-wości od 0 do 5 Hz. Opracowany chemat trukturalny umożliwia ocenę proceów dynamicznych zachodzących w układzie terowania z uwzględnieniem oddziaływań zakłóca-jących i zakłóceń zewnętrznych. Określenie wzajem-nych powiązań w amym obiekcie oraz całościowo w obwodzie terowania przy konieczności wprowa-dzenia ogniw korygujących, a także ocenę błędu przy dopracowywaniu programu. 56

6 Theoretical tudie preented in reference [1 3] upport the viability of application of automatic control. In the cae of traightening, problem occur when the part have tepped diameter (e.g. tepped-diameter haft) and the ratio of length to diameter i greater than thirteen. Straightening by hand or on an automatic device doe not permit the required operational accuracy to be achieved. With the application of known method of automatic traightening by bending there appear irregular platic deformation along the emi-finihed product and on it diameter, which lead to the appearance of non-uniform reidual tree. When the external tre in the proce of operation, combined with the internal tre, exceed the limit of platicity, the final product will loe it required form. The objective of developing an automatic control ytem for traightening of long part i to increae the operational accuracy through the creation of a uniform tate of tre along the part, down to a pecific depth within the urface layer of the emifinihed product [6]. The eence of the olution lie in a change in the equence of traditional technological operation through the introduction of dynamic traightening of emi-finihed product, followed by the formation of a pecific depth of deformed layer, immediately prior to the roughing and profiling, and after thoe operation. In the proce of roughing and profiling the depth and character of tree hould remain unchanged, which can be achieved through elimination and reditribution of urface tree formed directly in the proce of machining of low-rigidity part, taking into account the changing dynamic characteritic of the machining proce itelf. Badania teoretyczne przedtawione w pracach [1 3] potwierdzają celowość zatoowania proto-wania automatycznego. Przy protowaniu powtają trudności w przypadku, gdy części mają topnie (na przykład wał topniowany) i tounek długości do średnic jet więkzy niż trzynaście. Protowanie ręczne lub na automacie nie pozwala uzykać wymaganej dokładności ekploatacyjnej. Przy zatoowaniu znanych poobów protowania automatycznego przez zginanie powtają nierównomierne odkztałcenia platyczne wzdłuż półfabrykatu i na średnicy, co prowadzi do powtawania nierównomiernych naprężeń zczątkowych, kiedy zewnętrzne naprężenie w proceie ekploatacji łącznie z wewnętrznym przekracza granicę platyczności, gotowy wyrób traci wymagany kztałt. Celem opracowania układu terowania automatycznego protowania części długowymiarowych jet zwiękzenie dokładności ekploatacyjnej w wyniku wytworzenia równomiernego tanu naprężeń wzdłuż części, do określonej głębokości wartwy powierzchniowej półfabrykatu [6]. Itota rozwiązania polega na zmianie kolejności tradycyjnych operacji technologicznych w wyniku wprowadzenia dynamicznego protowania półfabrykatu, a natępnie ukztałtowaniu określonej głębokości wartwy odkztałconej, bezpośrednio przed obróbką zgrubną i dokładną oraz po nich. W proceie obróbki zgrubnej i dokładnej głębokość i charakter naprężeń powinny być niezmienne, co można oiągnąć w wyniku wyeliminowania i redytrybucji naprężeń powierz-chniowych, powtających bezpośrednio w proceie obróbki mechanicznej części o małej ztywności przy uwzględnieniu zmieniających ię charakterytyk dynamicznych amego proceu krawania. TESTING OF TECHNOLOGICAL SPECIFICS OF COLD STRAIGHTENING OF LONG AXISYMMETRICAL SEMI-FINISHED PRODUCTS UNDER CONDITIONS OF FUN-CTIONING OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEM A highly important problem i the development of a technology for the manufacture of long axiymmetrical part of the haft type, i.e. the achievement of uniform ditribution of reidual tree within the whole volume of the part. Thi can be attained through the development of a fundamentally new method the method of dynamic traightening in the zone of oppoite node of higher harmonic mode, beginning with the third harmonic. The emi-finihed product rotate and i ubjected to radial load until the appearance of tree in the material that correpond to the limit of platicity, and higher, after which, with continued rotation, the loading i gradually reduced to zero. Experiment carried out confirmed the correctne of the theoretical tudie, which permitted the development and teting of a tet tation equipped with an automatic control ytem for cold traightening of axiymmetrical part, both cylindrical and with tepped diameter, with length of up to 3.5 m and diameter up to 60 mm (data from experiment performed). 57 BADANIE TECHNOLOGHICZNEJ SPECYFIKI PROSTOWANIA NA ZIMNO DŁUGOWYMIAROWYCH OSIOWOSYMETRYCZNYCH PÓLFABRYKATÓW W WARUNKACH FUNKCJONOWANIA AUTOMATYCZNEGO SYSTEMU STEROWANIA Bardzo itotnym zadaniem jet opracowanie technologii wykonania długowymiarowych oiowoymetrycznych części typu wał, to znaczy uzykanie równomiernego rozkładu naprężeń zczątkowych w całej objętości. Można to uzykać w wyniku opracowania zaadniczo nowej metody protowania dynamicznego w trefach przeciwwęzłów wyżzych potaci harmonik, począwzy od trzeciej potaci. Półfabrykat obraca ię i jet obciążany iłą poprzeczną do powtania w materiale naprężeń, odpowiadających granicy platyczności i wyżzych, a natępnie w trakcie jego obrotów, obciążenie jet topniowo redukowane do zera. Przeprowadzone ekperymenty potwierdziły prawidłowość badań teoretycznych, co umożliwiło opracowanie i przeprowadzenie tetów tanowika, wypoażonego w układ terowania automatycznego do protowania na zimno części oiowo-ymetrycznych, topniowanych oraz gładkich o długości do 3,5 m i średnicy do 60 mm (dane z przeprowadzonych badań.

7 The developed technology wa applied to haft of tainle teel, ued in turbo-compreor device. The operation of cold traightening wa not the final operation, but an operation applied to form the longitudinal geometric accuracy after rough turning and prior to heat treatment. Depending on the future function of the ready product, on the required accuracy and reliability, and on the external dynamic load, the operation of cold traightening can alo be applied a the final operation (finihing treatment) or a an intermediate operation (roughing), alo in cae of unatifactory reult of heat treatment or turning, a the device permit traightening of cylindrical a well a tepped-diameter product. Opracowaną technologię zatoowano do wałów ze tali nierdzewnych, toowanych na urządzenia turboprężarkowe. Operacja protowania na zimno nie była operacją końcową, lecz kztałtującą wzdłużną dokładność geometryczną po toczeniu zgrubnym, a przed obróbką cieplną. W zależności od przeznaczenia wyrobu gotowego, wymaganej dokładności i niezawodności, a także dynamicznych obciążeń zewnętrznych, operacja protowania na zimno może być zatoowana także jako końcowa (dokładna) oraz jako pośrednia (zgrubna), również w przypadku niezadowalających wyników obróbki cieplnej lub toczenia, ponieważ urządzenie umożliwia protowanie wyrobów gładkich i topniowanych. Fig. 2 Meaurement of haft run-out after traightening by bending with rotation in the zone of oppoite node / Pomiar bicia wałów po protowaniu przez zginanie z obrotem w trefach przeciwwęzłów For the verification of the technology, the haft of borehole pump type J-606 wa applied, with diameter of 38 mm and length of 3470 mm, made of teel grade 12X18H10T, and the haft of pump J109, with diameter of 38 mm and length of 2241 mm, of teel grade 40ХН. Prior to the operation of cold traightening, a emi-finihed product with diameter of 45 mm wa ubjected to turning on lathe type PB-106, equipped with an automatic control ytem: rough turning to diameter of 40 mm with accuracy up to mm/m; at the end of the emi-finihed product М thread wa cut. The proce of machining wa decribed in detail in reference [2, 3, 8]. Prior to the turning operation the emi-finihed product had run-out within the range of 5 7 mm on the whole length. After the rough turning in elf-centring hydraulic teadie the run-out did not exceed mm. For the evaluation of traightening by bending, in the zone of oppoite node compa-rative etimation of traightening wa performed in tatic mode and with rotation of the part. The reult of meaurement of the haft after traightening at zone of maximum run-out are preented in Fig. 2. Generally, the haft had the maximum bending in it central part. Do prawdzenia technologii zatoowano wał pompy wgłębnej J-606 o średnicy 38 mm i długości 3470 mm ze tali 12X18H10T oraz wał pompy J109 o średnicy 38 mm, długości 2241 mm ze tali 40ХН. Przed operacja protowania na zimno półfabrykat o średnicy 45 mm był poddany obróbce toczeniem na tokarce PB-106, wypoażonej w układ tertowania automatycz-nego: toczenie zgrubne do średnicy 40 mm z dokładnością nieprzewyżzającą 0,025 mm/m; na końcach półfabrykatu nacięto gwint М 42 2,5. Proce obróbki mechanicznej dokładnie opiano w pracach [2, 3, 8]. Przed operacją toczenia, półfabrykat miał bicie w zakreie 5 7 mm na całej długości. Po toczeniu zgrubnym w amocentrujących podtrzymkach hydraulicznych bicie nie przekraczało 1,5 2 mm. W celu oceny protowania przez zginanie w trefach przeciwwęzłów przeprowadzono ocenę porównawczą protowania w położeniu tatycznym oraz protowania przy obrotach części. Wyniki pomiarów wałów po protowaniu w makymalnych trefach bicia przedta-wiono na ry. 2. W zaadzie wał ma makymalną krzywiznę w wojej części centralnej 58

8 Fig. 3 Change in haft run-out in relation to number of cycle of traightening with rotation of the part / Zmiana bicia wałów w zależności od ilości cykli protowania przy obrocie części The reult of meaurement of run-out of haft with different initial bend, in relation to the number of cycle of traightening, are preented in Fig. 3. The meaure-ment, performed after traightening in a device equipped with an automatic control ytem, demontrate that maximum run-out after 24 h varie within the range of 15 to 20%. Thi indicate tability of hape obtained through minimiation of nonuniformity of ditribution of reidual tree of the firt order. Studie on the pontaneou bending of part, caued by relaxation procee and technological heritability, howed that the proce doe not depend on the initial bend of a haft and the coefficient of cale. Shaft with large difference in diameter tep were traightened beginning with the ection of the larget diameter to that with the mallet diameter. In the propoed technology of manufacturing of haft of tainle teel, workhardening on the urface of the part in the zone of maximum loading i not ignificant, a the operation of cold traightening i followed by operation of quenching and tempering with the application of controlled axial force. The performance of heat treatment without preliminary machining and traightening, even in a device whoe material ha a linear thermal expanion coefficient greater than that of the haft material, did not produce atifactory reult; the warping of haft after quenching reached the level of up to 8 mm. The developed method of traightening while rotating the part and bending in the zone of oppoite node, with the application of automatic control ytem, permitted the achievement of accuracie within the range of 25 to 30 μm/m, reducing the labour requirement and the amount of material ued for manufacturing emi-finihed product. The contructed tation for cold traightening can alo be applied for final accurate operation, in the cae of which operational accuracy, taking into account relaxation procee, correpond to the range of μm/m, e.g. a in the cae of cold traightening of long lead-crew of lathe. 59 Wyniki pomiarów bicia wałów, o różnym ugięciu początkowym w zależności od cykli protowania, przedtawiono na ry. 3. Przeprowadzone pomiary, po protowaniu w urządzeniu wypoażonym w układ terowania automatycznego, pokazują, że bicie makymalne po 24 h zmienia ię w zakreie od 15 do 20%. Świadczy to o tabilności kztałtu uzykanego w wyniku minimalizacji nierównomierności rozkładu naprężeń zczątkowych pierwzego rzędu. Badania amoczynnego krzywienia części powodowanego proceami relakacyjnymi i dziedzicznością technologiczną pokazały, że proce ten nie zależy od początkowej krzywizny wału i wpółczynnika kali. Wały o dużej różnicy średnic topni protowano, począwzy od topnia o średnicy najwiękzej aż do topnia o średnicy najmniejzej. Zgniot na powierzchni części w trefach makymalnego obciążenia, w proponowanej technologii wytwarzania wałów ze tali nierdzewnych, nie ma itotnego znaczenia, ponieważ po protowaniu na zimno natępują operacje hartowania i odpuzczania z przyłożeniem tero-wanych ił oiowych. Przeprowadzenie obróbki cieplnej, bez wtępnej obróbki mechanicznej i protowania, nawet w urządzeniu, którego materiał ma wpółczynnik rozzerzalności liniowej więkzy od materiału wału nie dało zadawalających wyników, paczenie wałów po hartowaniu dochodziło do 8 mm. Opracowana metoda protowania przy obrocie części i zginaniu platycznym w trefach przeciwwęzłów, przy zatoowaniu układu terowania automatycznego, umożliwiła uzykanie dokładności w zakreie od 25 do 30 μm/m, zmniejzenie pracochłonności wykonania i zużycia materiału na półfabrykaty. Zbudowane tanowiko do protowania na zimno może być zatoowane również do końcowych dokładnych operacji, w przypadku których dokładność ekploatacyjna, z uwzględnieniem proceów relakacyjnych odpowiada zakreowi 0,1 0,5 μm/m, na przykład przy protowaniu na zimno długowymiarowych śrub pociągowych.

9 CONCLUSION Modal preentation of procee of control of technological ytem with cattered parameter may be applied for the modelling and ynthei of autonomou control ytem of high quality. Control force applied to a emi-finihed product in the proce of it machining in the zone of oppoed node of the firt three mode of harmonic vibration can be applied for all baic technological procee of machining of long low-rigidity part. The author deigned and contructed a pecial device for cold traightening, equipped with control ytem. They alo deigned and verified a new technology for the manufacturing of long part of the haft type, with length of up to 3500 mm and diameter from 10 to 110 mm, made of tainle machine-teel. The technology provide for the application of all of the developed machinery and device. Implementation of the control of elatic-platic deformation in the proce of machining, and of technological method of equipment, provided with automatic control ytem, all developed on the bai of the new cientific principle, permitted the olution of the problem of manufacturing of long axiymmetrical low-rigidity part of the haft type. The achieved operational accuracy fall within the range from 15 to 20 μm/m, the efficiency i from 5- to 7-fold greater than the traditional, and alo the required accuracy of urface finih i obtained. ZAKOŃCZENIE Modalne przedtawienie proceów terowania układami technologicznymi o parametrach rozprozonych, może być zatoowane do modelowania i yntezy autonomicznych układów terowania o wyokiej jakości. Oddziaływania terownicze przyłożone do półfabrykatu w proceie jego obróbki w trefach przeciwwęzłów trzech pierwzych potaci włanych drgań mogą być zatoowane do wzytkich podtawowych proceów technologicznych obróbki części długowymiarowych o małej ztywności. Opracowano i zrealizowano pecjalne urządzenia do protowania na zimno, wypoażone w układy terowania. Opracowano i aprobowano nową technologię wytwarzania części długowymiarowych o małej ztywności typu wał o długości do 3500 mm i średnicy od 10 do 110 mm, wytwarzanych ze tali kontrukcyjnych nierdzewnych. Technologia przewiduje zatoowanie wzytkich opracowanych urządzeń. Wdrożenie opracowanych, na podtawie nowej zaady naukowej: terowania prężyto-platycznym odkztałceniem w proceie obróbki, metod technologicznych i urządzeń, wypoażonych w układy terowania automatycznego, umożliwiło rozwiązanie zagadnienia wytwarzania długowymiarowych części oiowoymetrycznych o małej ztywności typu wał. Uzykiwana dokładność ekploatacyjną mieści ię w zakreie od 15 do 20 μm/m, wydajność jet od 5 do 7 razy wyżza od tradycyjnej, uzykiwana jet również wymagana dokładności powierzchni. REFERENCES [1]. Mukai R. A. R., Robinon D. J.: Effect of Heat Straightening on Material Propertie of Steel. Journal of Material in Civil Engineering, ASME, Vol. 12, No. 3, pp , [2]. Drachev O. I., Taranenko V. A., Świć А., Таranenko G. V.: Development of mathematical model of the proce of cold traightening of long low-rigidity haft (in Ruian). Prikl. Mechanika, [3]. Drachev А. О., Ratorguev D. A., Таranenko G. V., Таranenko V. А., Świć А.: A tudy on the dynamic ytem of turning of low-rigidity haft (in Ruian). PROGRESSIVE TECHNOLOGIES AND SYSTEMS OF MACHINE BUILDING: Меzhdunarodni bornik nauchnikh trudov. Donietk: DonNTU, Iue 38, pp [4]. Pouraeidi E., Yazdi M. K.: Caue of Rotor Ditortion and Applicable Common Straightening Method for Turbine Rotor and Shaft. International Journal of Mechanical, Aeropace, Indutrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering Vol: 5, No: 7, [5]. Ratchev S., Liu S., Huang W., Becker A. A. Milling error prediction and compenation in machining of low-rigidity part. International Journal of Machine Tool and Manufacture, 15(44), 2004, pp LITERATURA [1]. Mukai R. A. R., Robinon D. J.: Effect of Heat Straightening on Material Propertie of Steel. Journal of Material in Civil Engineering, ASME, Vol. 12, No. 3, pp , [2]. Drachev O. I., Taranenko V. A., Świć А., Таranenko G. V.: Development of mathematical model of the proce of cold traightening of long low-rigidity haft (in Ruian). Prikl. Mechanika, [3]. Drachev А. О., Ratorguev D. A., Таranenko G. V., Таranenko V. А., Świć А.: A tudy on the dynamic ytem of turning of low-rigidity haft (in Ruian). PROGRESSIVE TECHNOLOGIES AND SYSTEMS OF MACHINE BUILDING: Меzhdunarodni bornik nauchnikh trudov. Donietk: DonNTU, Iue 38, pp [4]. Pouraeidi E., Yazdi M. K.: Caue of Rotor Ditortion and Applicable Common Straightening Method for Turbine Rotor and Shaft. International Journal of Mechanical, Aeropace, Indutrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering Vol: 5, No: 7, [5]. Ratchev S., Liu S., Huang W., Becker A. A.: Milling error prediction and compenation in machining of low-rigidity part. International Journal of Machine Tool and Manufacture, 15(44), 2004, pp

10 [6]. Świć A., Draczew O., Taranenko W., Majdalawi S. Analytic evaluation of rectilinearity of low rigidity haft during hardening proce. Advance in Science and Technology Reearch Journal Volume 7, No. 17, March 2013, pp [7]. Świć A., Draczew O., Taranenko W. Zwiękzenie dokładności części oiowoymetrycznych w wyniku obróbki cieplno-mechanicznej. Lublin: Wydawnictwo Politechniki Lubelkiej [8]. Świć A, Taranenko W, Szabelki J.: Modelling dynamic ytem of low-rigid haft grinding. Ekploatacja i Niezawodnoc Maintenance and Reliability 2011, 2 (50), [6]. Świć A., Draczew O., Taranenko W., Majdalawi S. Analytic evaluation of rectilinearity of low rigidity haft during hardening proce. Advance in Science and Technology Reearch Journal Volume 7, No. 17, March 2013, pp [7]. Świć A., Draczew O., Taranenko W. Zwiękzenie dokładności części oiowoymetrycznych w wyniku obróbki cieplno-mechanicznej. Lublin: Wydawnictwo Politechniki Lubelkiej [8]. Świć A, Taranenko W, Szabelki J.: Modelling dynamic ytem of low-rigid haft grinding. Ekploatacja i Niezawodnoc Maintenance and Reliability 2011, 2 (50),