Радиальный пресс
RADIAL PRESS

Предлагаемое изобретение относится к радиальному прессу, имеющему рамную конструкцию, прессовый блок, приводной блок и устройство управления прессованием, причем указанный прессовый блок содержит группу прессовых элементов, расположенных равномерно концентрично вокруг оси пресса, имеющих прессовые поверхности и выполненных с возможностью синхронного перемещения при соответствующем приведении в действие указанного приводного блока избирательно в направлении к оси пресса или отданной оси.
Радиальные прессы вышеописанного типа используются для различных целей, например, для соединения фитингов с отрезками шлангов в процессе изготовления готовых к сборке гидравлических шлангов. Такие радиальные прессы известны в разных конструкциях и вариантах выполнения, например, в виде так называемого "скобочного пресса" (как описано, например, в патентных документах DE 4135465 А1, DE 19912976 А1 и DE 19817882 В4), "пресса с пустотелым поршнем" (как описано, например, в патентном документе DE 10149924 А1) или в виде другой конструкции (как описано, например, в патентных документах DE 2844475 А1, DE 3611253 А1, DE 10047025 С2 и DE 3331721 А1).
Радиальные прессы, выполненные так, как указано в начале описания, вполне оправдывают себя на практике. Так, например, при его надлежащем применении между двумя составными компонентами (например, между отрезком шланга и соединительным фитингом) могут быть получены долговечные соединения, удовлетворяющие очень высоким требованиям. Несмотря на это, задача предлагаемого изобретения заключается в дальнейшем усовершенствовании радиальных прессов вышеуказанного типа применительно к работе с ними, и, в частности, таким образом, чтобы качество проведенных с их помощью операций меньше, чем прежде, зависело от опыта и/или квалификации соответствующего персонала, или, другими словами, чтобы снизить риск получения результатов низкого качества из-за того, что прессы обслуживает менее опытный или менее обученный персонал.
Данная задача решена в предлагаемом изобретении путем создания радиального пресса, который выполнен так, как указано в начале описания, и в котором на прессовом блоке расположены, на расстоянии друг от друга в направлении оси пресса, по меньшей мере два измерительных датчика, соединенные с возможностью передачи сигнала с компаратором, соединенным с указанным устройством управления прессованием, причем в случае, когда сравнительное значение, сгенерированное в указанном компараторе из измеренных значений, предоставленных измерительными датчиками, превышает поле допуска, сохраненное в указанном устройстве управления прессованием, приводится в действие блок для выдачи сигнала. Другими словами, предлагаемый радиальный пресс отличается тем, что на его прессовом блоке имеются по меньшей мере два измерительных датчика, смещенных относительно друг друга в направлении оси пресса. Оба измерительных датчика соединены с возможностью передачи сигнала с устройством управления прессованием, в данном случае с компаратором, связанным с упомянутым устройством, причем в данном компараторе во время выполнения прессования или по меньшей мере в конце прессования сравниваются (непрерывно или периодически) измеренные значения или, при соответствующих условиях, характеры изменения измеренных значений, предоставленных обоими измерительными датчиками. Далее, если вычисленное указанным образом сравнительное значение, которое может заключаться, в зависимости от конкретного выполнения указанных датчиков, например, в разности измеренных значений, предоставленных указанными датчиками, или в их соотношении друг к другу, лежит вне поля допуска, сохраненного в устройстве управления прессованием, то происходит выдача сигнала, сигнализирующего оператору о результате, отклоняющемся от заданной области, или, точнее, о внеплановом протекании прессования. Таким образом, обеспечена возможность раннего распознавания и выполнения коррекции, в частности, разных ошибок, вызванных оператором, которые могут отражаться в низкокачественном выполнении прессования. Подобные ошибки характерны, в частности, при неправильном позиционировании обрабатываемого изделия внутри радиального пресса, то есть, с большим или меньшим смещением от идеального положения в направлении оси пресса. Таким образом, в предлагаемом изобретении применяется знание о том, что кажущееся достаточно небольшим смещение обрабатываемого изделия (в направлении оси пресса) относительно своего идеального положения уже приводит к внутренним (асимметричным или, точнее, эксцентричным) соотношениям сил, вызывающим такую деформацию радиального пресса, которая влечет за собой результат прессования, отклоняющийся от назначенной формы изделия, например, в том, что в конце прессования обрабатываемое изделие получается немного коническим, а не цилиндрическим. Обычными устройствами управления прессованием подобная ситуация не регистрируется даже в случае мониторинга силы прессования во время цикла прессования, потому что при этом сила прессования по своей сути колеблется, как правило, в пределах заданного диапазона, хотя и прикладывается вдоль осевой протяженности обрабатываемого изделия в различных величинах к указанному изделию из-за того, что вызываемая упомянутым смещением деформация радиального пресса приводит к более или менее выраженному наклонному положению прессовых поверхностей относительно оси пресса.
При применении предлагаемого пресса в случае такого позиционирования обрабатываемого изделия, отклоняющегося от идеального положения, внутри радиального пресса соотношение измеренных значений, предоставленных обоими измерительными датчиками, сдвигается из поля допуска, сохраненного в указанном устройстве управления прессованием. Об этом сигнализируют оператору с одновременным автоматическим прекращением, при соответствующих условиях, процесса прессования. Если такая регистрация происходит не только в конце процесса прессования или не в его конце, а точнее в ходе процесса прессования (непрерывно или по меньшей мере периодически), то данный процесс может быть прерван на ранней стадии, что позволяет корректировать прессование, то есть производственный брак вовсе не возникает. Более того, применение предлагаемого изобретения еще больше позволяет незамедлительно регистрировать грубые ошибки оператора или значительные возмущающие помехи, например, наличие инородных тел в районе обрабатываемого изделия, обработку дефектных (например, сломанных) обрабатываемых изделий и другие подобные помехи, причем поломка, происходящая во время процесса прессования, придает, например, выраженную прерывистость измеренным значениям, предоставленным измерительными датчиками. Регистрация ошибок оператора имеет также большое преимущество относительно ресурса радиального пресса, например, в том, что процесс прессования незамедлительно прерывают, если соответствующее сравнительное значение для этого указывает на то, что соединительный фитинг, соединяемый со шлангом, вставлен в радиальный пресс вплоть до накидной гайки, или в прессовом блоке находится инородное тело.
Даже если менее опытный или менее обученный персонал допущен к эксплуатации радиального пресса, то в случае применения предлагаемого радиального пресса риск получения низкокачественных обрабатываемых изделий при радиальном прессовании гораздо меньше, чем в случае использования известных из уровня техники радиальных прессов, выполненных так, как указано в начале описания.
Измеренные значения, предоставленные измерительными датчиками, могут также преимущественно использоваться для конкретной, применяемой для обрабатываемого изделия модификации процесса прессования, сохраненного в устройстве управления прессованием. В этой связи учитывается, например, возможность изменять скорость прессования в зависимости от измеренных значений измерительных датчиков и, таким образом, отдельно оптимизировать прессование по конкретному прессуемому обрабатываемому изделию. Следовательно, при выполнении отдельного прессования могут учитываться лежащие в допуске отклонения относительно размеров и/или материала обрабатываемого изделия.
Кроме того, при применении предлагаемого радиального пресса обеспечена возможность оценки коэффициента полезного действия путем сравнения расхода энергии в радиальном прессе и сил, воздействующих на формообразование обрабатываемого изделия, для которых, при подходящем выполнении измерительных датчиков, измеренные значения, предоставленные измерительными датчиками, являются индикатором. Данная возможность является также мерой, позволяющей оптимизировать способ прессования относительно его энергоэффективности.
Другой положительный технический эффект предлагаемого изобретения заключается в возможности экономии материала при изготовлении обрабатываемого изделия (при одинаковой производительности). Вследствие оптимизации формообразования обрабатываемого изделия в предлагаемом радиальном прессе (как указано выше) обрабатываемому изделию необходимо иметь меньший запас прочности, чем требуется, например, для гарантии безопасного и надежного соединения соединительного фитинга со шлангом, при обработке соответствующих обрабатываемых изделий на обычных радиальных прессах.
Положительные технические эффекты предлагаемого изобретения не ограничены только качеством опрессованного обрабатываемого изделия. Так, помимо прочего, мониторинг и анализ или оценка измеренных значений, предоставленных измерительными датчиками, позволяет сделать выводы о состоянии радиального пресса, например, об износе быстроизнашивающихся деталей. Это позволяет лучше определять интервалы между техническими обслуживаниями и заменами быстроизнашивающихся деталей под конкретные требования, существующие для отдельно взятого пресса. В этом случае нет необходимости в заранее предусмотренной ранней замене быстроизнашивающихся деталей, что является важным экономическим аспектом. Одновременно также обеспечена возможность повышения безопасности, поскольку мониторинг и анализ или оценка измеренных значений, предоставленных измерительными датчиками, позволяет незамедлительно распознавать, посредством обусловленных таким образом аномалий измеренных значений, такие повреждения (например, разломы на прессовых элементах или других частях прессового блока), которые при соответствующих условиях могли бы приводить к последующему ущербу, возможно даже с опасностью для эксплуатирующего персонала. В равной степени это относится и к распознаванию усталостного износа составных частей пресса, а также к возможным манипуляциям с предлагаемым радиальным прессом. При этом с целью оптимизации технологических процессов и контроля качества вычисленные измеренные значения предпочтительно на более продолжительный период времени сохраняют, архивируют (при необходимости сжимают) и оценивают, причем учтена также пересылка (в режиме "онлайн" или на носителе данных) производителю станка для статистической оценки на основе нескольких радиальных прессов.
Кроме этого, в подходящем варианте выполнения предлагаемого изобретения указанные по меньшей мере два измерительных датчика могут использоваться для выдачи измеренных значений, предоставленных этими датчиками, для существенно более точного вычисления силы прессования по сравнению с наличием только одного сенсорного датчика силы прессования.
Особо информативные сведения о состоянии радиального пресса и прессуемого обрабатываемого изделия получают при задании измеренных значений, предоставленных измерительными датчиками, в отношении к технологическим параметрам, характеризующим процесс прессования, например, к давлению в гидравлическом цилиндре, относящемся к упомянутому приводному блоку, ко времени в пределах цикла прессования и/или к траектории приведения в движение упомянутого прессового блока. Путем соизмерения вычисленных значений с целевыми значениями (так как они являются характерными для выполняемого процесса прессования) возможно выявить не только неправильные рабочие режимы, но также, например, опрессовывание неправильного обрабатываемого изделия, применение неправильного прессового блока, отсутствие отдельных прессовых элементов и другие подобные несоответствия. При правильных протеканиях прессования оценки также полезны, например, в том, что идеальную продолжительность выдерживания пресса в конце процесса прессования вычисляют в зависимости от того, как изменяются во времени измеренные значения, предоставленные измерительными датчиками. Например, в целях повышения эффективности, то есть для максимально укороченных циклов работы, в обычных радиальных прессах предусмотрительно сокращают продолжительное рассчитанное время выдерживания. В этом смысле предлагаемый радиальный пресс может быть открыт сразу при падении изменения измеренных значений во времени (перепада измеренных значений) ниже определенного значения.
Характер изменения измеренных значений при открывании радиального пресса также указывает непосредственно на упругое восстановление обрабатываемого изделия. Это позволяет выявлять уже на ранней стадии, то есть, при еще не полностью открытом радиальном прессе, необходима ли некая допрессовка для сохранения обрабатываемым изделием (упруго восстановленным) своего назначенного размера после открытия радиального пресса. При этом сравнительные выводы о последующем упругом восстановлении обрабатываемого изделия могут быть сделаны из тех измеренных значений, которые вычислены упомянутыми по меньшей мере двумя измерительными датчиками при первом достижении назначенного размера обрабатываемого изделия, и таким образом величина необходимой допрессовки может быть вычислена уже с учетом указанных измеренных значений.
Как указано выше, кроме блока для выдачи сигнала (в частности, оптического и/или акустического), посредством которого оператор информируется о внеплановом протекании прессования, может быть обеспечена, путем соответствующего влияния на приводной блок, возможность автоматического прекращения или прерывания процесса прессования. В данном случае для достижения преимущества блок для выдачи сигнала содержит отображение сравнительного значения и/или отображение коррекционного значения, что позволяет оператору вычислять величину возможного неправильного позиционирования обрабатываемого изделия или соответствующую необходимую коррекцию. При этом исходя из отклонения сравнительного значения из измеренных значений, предоставленных обоими измерительными датчиками, от идеального значения, сохраненного в устройстве управления прессованием для соответствующего процесса прессования, в самом устройстве управления прессованием может быть вычислено значение для коррекции места обрабатываемого изделия, и, например, может быть соответственно сдвинут упор для обрабатываемого изделия. Это соответственно относится и к оптическому отображению скорректированного положения обрабатываемого изделия, например, путем лазерной маркировки.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения в предлагаемом изобретении обеспечено наличие трех датчиков, расположенных на расстоянии друг от друга в направлении оси пресса. Третий измерительный датчик может быть выполнен, в частности, для предоставления эталонного значения, причем для этой цели третий измерительный датчик в идеальном случае расположен более или менее в середине между двумя другими измерительными датчиками, например, в плоскости симметрии радиального пресса, проходящей перпендикулярно оси пресса. Одновременный учет сигналов от всех трех измерительных датчиков предоставляет дополнительную информацию, из которой может быть сделано заключение, в частности, об аномалиях, характерных для обрабатываемого изделия (например, точечных повреждениях обрабатываемого изделия).
Предлагаемое изобретение может быть реализовано с превосходными результатами также в таких широко используемых радиальных прессах, в которых прессовые элементы выполнены из нескольких частей, то есть содержат, в частности, при конструкции из двух частей, в каждом случае радиально снаружи основную щеку и радиально внутри съемную прессовую щеку, или, при конструкции из трех частей, основную щеку, промежуточную щеку и съемную щеку, имеющую прессовую поверхность. В этом случае особо информативные результаты получают при расположении измерительных датчиков по меньшей мере на прессовой щеке, предпочтительно в районе ее двух концевых частей, противолежащих друг другу в направлении оси пресса. Вместе с тем, с учетом конструкционных и других практических аспектов особо целесообразным является расположение указанных по меньшей мере двух измерительных датчиков по меньшей мере на основной щеке. В данном расположении измерительных датчиков интенсивность сигнала, предоставляемого соответствующим измерительным датчиком, как правило, меньше, чем в случае расположения измерительных датчиков на прессовой щеке, прилегающей непосредственно к обрабатываемому изделию, что было бы более благоприятным при расположении датчиков на данной щеке. Однако, при надлежащем выполнении измерительных датчиков, расположенных на основной щеке, рассматриваемый сигнал все же является достаточно интенсивным для того, чтобы можно было произвести оценку в смысле предлагаемого изобретения. Кроме того, недостаток уменьшенной интенсивности сигнала более чем уравновешен выраженными преимуществами относительно воспроизводимости результатов измерения, а также обращения с радиальным прессом при его работе. В указанном аспекте обращения следует упомянуть, что при расположении измерительных датчиков по меньшей мере на основной щеке прессовые щеки могут быть беспрепятственно заменены, что необходимо для переналадки радиального пресса от одной задачи прессования на другую. Кроме того, при расположении измерительных датчиков по меньшей мере на основной щеке получают значительные преимущества по затратам, поскольку в данном случае могут использоваться надежные и менее дорогие измерительные датчики с проводной передачей сигнала, и не надо оснащать измерительными датчиками все наборы прессовых щек, предназначенные для различных задач прессования. С другой стороны, если при особых аспектах в конкретном случае желательно расположить измерительные датчики на прессовых щеках, то особо предпочтительно выполнить указанные датчики для беспроводной передачи сигнала. Это позволит избежать расходов, связанных, в противном случае, с подключением измерительных датчиков к устройству управления прессованием всякий раз при переналадке радиального пресса.
В подобных радиальных прессах (обычно в "скобочных прессах"), в которых одна щека из основных щек расположена неподвижно относительно рамной конструкции, предпочтительно расположить по меньшей мере два измерительных датчика на этой неподвижной основной щеке. Данное предпочтительное расположение оказывается особо целесообразным для самой простой конструкции предлагаемого радиального пресса с одновременным обеспечением высокой надежности. В этой связи, если учитывать, в частности, эффект по качеству сигнала, то отсутствуют возмущающие помехи, характерные для случая, в котором основные щеки не являются неподвижными, то есть поддерживаются на направляющих поверхностях с возможностью скольжения.
В рамках предлагаемого изобретения для обнаружения вышеизложенных состояний нагружения, приводящих к незапланированным результатам, могут использоваться измерительные датчики различных конструкций. Например, при сравнительно низких затратах особо благоприятные результаты можно получить с измерительными датчиками, выполненными в виде датчиков деформации. В данном случае для более предпочтительных вариантов выполнения следует упомянуть, в частности, тензометрические датчики. При этом полномостовые тензометрические датчики обеспечивают предоставление превосходно оцениваемых сигналов и могут быть закреплены, в частности, с боковой стороны на прессовых элементах (в частности, на основных щеках). Вместо непосредственного вычисления напряженных состояний через вызванную данными состояниями деформацию, регистрируемую датчиками деформации, например, тензометрическими датчиками, тем не менее, напряженные состояния (например, в указанной по меньшей мере одной основной щеке) также могут быть напрямую и непосредственно регистрироваться при применении соответствующих измерительных датчиков.
Интервалы съема данных измерительными датчиками зависят от запрессовываемого обрабатываемого изделия. Так, для типичных применений (например, спрессовывания соединительного фитинга с гидравлическим шлангом) интервалы съема данных предпочтительно лежат в области от 5 мс до 10 мс (соответствует частоте от 100 Гц до 200 Гц), а для чувствительных применений предлагаемого радиального пресса (например, при спрессовывании керамических компонентов (например, изоляторов) или на данных компонентах) интервалы съема данных лежат предпочтительно ниже, например, в области от 1 мс до 10 мс (соответствует частоте от 100 Гц до 1 кГц) или даже еще меньше.
В одном особо предпочтительном варианте выполнения предлагаемого изобретения обеспечена возможность регулирования, посредством задающего блока, поля допуска, сохраненного в устройстве управления прессованием и применяемого при оценке измеренных значений, предоставленных указанными измерительными датчиками. Данная возможность учитывает условие, заключающееся в том, что для различных задач прессования разные отношения, относительно друг друга, измеренных значений, предоставленные отдельными измерительными датчиками, могут оказаться идеальными, благоприятными или допустимыми. В частности, одно отношение, соблюдаемое в идеальном случае относительно друг друга измеренными значениями, предоставленными измерительными датчиками, зависит от того, что представляет собой идеальное положение обрабатываемого изделия внутри прессового блока.
Как вариант или дополнительно, упомянутое устройство управления прессованием может, в частности, содержать также адаптационный переключатель для поля допуска, выполненный с возможностью учета, в качестве вводного сигнала, геометрического места прессовых поверхностей относительно положения упомянутых датчиков. В данном варианте предлагаемого изобретения учтено, что (при конструкции прессовых элементов из нескольких частей) осевая длина прессовых щек, в частности, щек для малых диаметров обрабатываемого изделия, часто существенно меньше, чем осевая длина основных щек, на которых в идеальном случае закреплены, на концах, измерительные датчики (как указано выше). В этом случае прессовые щеки обычно закреплены с позиционированием не в середине на основных щеках, а, точнее, таким образом, что прессовые щеки и основные щеки заделаны заподлицо на стороне, обращенной к оператору. Это, в свою очередь, приводит к тому, что прессовые поверхности, как правило, смещены относительно центра основных щек. При этом чем больше данное смещение, тем более выражено различаются измеренные значения, предоставленные измерительными датчиками, при идеальном протекании прессования.
Из вышеприведенного описания можно определить, что уже в случае применения двух измерительных датчиков, соотнесенных, в частности, с отдельным прессовым элементом, могут быть получены очень хорошие результаты (в частности, в смысле высокой воспроизводимости). Это, однако, не исключает обеспечение наличия конструкций датчиков, каждая из которых содержит по меньше мере два измерительных датчика и которые распределены по окружности (в частности, на группе прессовых элементов), для дублирования или обеспечения возможности дополнительных проверок достоверности. При этом в упомянутом устройстве управления прессованием обеспечена возможность вычисления среднего значения, с одной стороны, измеренных значений от тех датчиков, которые расположены на стороне радиального пресса, обращенной к оператору, и, с другой стороны, измеренных значений от тех датчиков, которые расположены на стороне радиального пресса, обращенной от оператора. В этом случае внутри компаратора происходит сравнение одного и другого средних значений друг с другом для вычисления, в смысле вышеизложенных разъяснений, возможной незапланированной ситуации нагружения.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения предлагаемый радиальный пресс может дополнительно содержать сенсорный датчик температуры, сигнал от которого передается в устройство управления прессом. Таким образом, могут быть учтены и компенсированы обусловленные температурой влияния, например, смазочные свойства смазочных материалов, зависящие от рабочей температуры. В этом смысле в устройстве управления станком для каждого заданного процесса прессования предпочтительно хранится группа зависящих от температуры характеристик, соответствующих идеальному сравнительному значению измеренных значений и разрешенному допуску. Таким образом может быть получено дополнительно улучшенное качество обрабатываемого изделия.
Далее предлагаемое изобретение описано более подробно со ссылкой на предпочтительный вариант выполнения, проиллюстрированный на прилагаемых чертежах, в основу которого положена конструкция радиального пресса, выполненного в виде "скобочного пресса" и по существу соответствующего патентному документу DE 4135465 А1 (на который в этой связи сделана ссылка).
На прилагаемых чертежах:
фиг. 1 частично изображает, на виде сверху, обращенную к оператору боковую сторону прессового блока радиального пресса с предлагаемым оснащением;
фиг. 2 частично изображает, в аксонометрической проекции, обращенную от оператора боковую сторону прессового блока предлагаемого пресса.
Радиальный пресс в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения в целом соответствует описанной и подробно поясненной конструкции из патентного документа DE 4135465 А1, помимо прочего, также широко распространенной на практике. В этой связи во избежание повторений указанный документ полностью приведен посредством ссылки.
На показанном на фиг. 1 вырезе, на виде сверху с передней стороны прессового блока изображена (неподвижная) нижняя скоба 1, пять прессовых элементов 2, расположенные между прессовыми элементами пружины 3, две облегчающие скольжение пластины 4, вставленные в нижнюю скобу 1, а также облегчающие скольжение пластины 5, закрепленные на прессовых элементах, проходящие на угол 45°. В отличие от наглядных иллюстраций из патентного документа DE 4135465 А1, как показано на фиг. 1, нижний, расположенный неподвижно относительно нижней скобы 1 прессовый элемент 2.1 не соприкасается непосредственно с указанной нижней скобой, а удерживается исключительно на облегчающих скольжение пластинах. Кроме того, на фиг. 1 и 2 проиллюстрирована конструкция прессовых элементов 2 из трех частей - в каждом случае из основной щеки 6, промежуточной щеки 7, закрепленной с возможностью съема на указанной основной щеке, и прессовой щеки 9, имеющей прессовую поверхность 8 и закрепленной с возможностью съема на промежуточной щеке. Данная конструкция является обычной при применении прессовых элементов со значительной радиальной протяженностью для прессовании при сравнительно небольшом диаметре. Если радиальный пресс переналаживается на обработку обрабатываемых изделий со сравнительно большим диаметром, то используются прессовые щеки 9, установленные на основных щеках 6, и, таким образом, в этом случае прессовые элементы 2 выполнены из двух частей.
На фиг. 2 показана типичная конфигурация расположения отдельных частей прессовых элементов 2, состоящих из трех частей, относительно друг друга, относящегося к осевой протяженности. В данном случае промежуточная щека 7 выполнена значительно более короткой, чем основная щека 6, и, в свою очередь, прессовая щека 9 выполнена значительно более короткой, чем щека 7. Например, при типовом применении могут использоваться прессовые щеки длиной 70 мм на основных щеках длиной 118 мм, причем щеки 9, 7 и 6 почти заподлицо заделаны на стороне, обращенной к оператору (фиг. 1).
На нижнем неподвижном прессовом элементе 2.1, а именно на его основной щеке 6.1, на концах, на двух противоположных друг другу боковых сторонах 10 и 11 закреплены измерительные датчики 12 в виде полномостовых тензометрических датчиков 13 или 14. Указанные датчики соединены, с возможностью передачи сигнала через сигнальный кабель 15, с упомянутым устройством управления прессованием, то есть с компаратором, связанным с данным устройством.