Лавриненко В.Ю., к.т.н., доц.

Московский государственный индустриальный университет

БАБА МОЛОТА С КОНТРОЛИРУЕМой продолжительностью УДАРА ПРИ ДЕФОРМИРОВАНИИ

Основным недостатком известных ударных машин различного технологического назначения (ковочные и штамповочные молоты, молоты для листовой штамповки, дизель - молоты для забивки свай, пневматические молотки, зубила и др.) является кратковременность удара и возникновение больших сил в конце удара, вследствие чего часть энергии удара рассеивается и достаточной деформации не получается, что отрицательно сказывается также на качестве получаемых изделий. Ликвидировать указанный недостаток можно повышением коэффициента полезного действия (КПД) удара за счет увеличения продолжительности удара, ведущего к увеличению степени деформации материала.

Обычное деформирование, например, при осадке на молоте, заключается в сжатии заготовки до степени деформации:

₍₁₎

где: - начальная высота заготовки; - конечная высота заготовки.

Такая схема деформирования приводит к высоким скоростям деформации и, соответственно, высоким значениям сопротивления деформированию и пониженной пластичности.

Известно влияние скорости деформирования на пластичность и сопротивление деформированию при различных технологических процессах обработки металлов давлением. Обычные скорости начала деформирования на молотах составляют от 5 до 9 м/с. Конечная скорость равна 0, а время деформирования от начала контакта до остановки штампа или ударника составляет от 0,01 до 0,001 с. Если увеличить время деформирования, например, в два или более раз, то средняя скорость деформирования также уменьшится в два или более раз, при этом деформирование будет проходить при более благоприятных условиях (уменьшение сопротивления деформированию и повышение пластичности), что приведет к экономии энергии деформирования, которая может быть утилизирована.

Также изменение времени деформирования помимо экономии энергии деформирования может дать технологический эффект при различных технологических операциях обработки металлов давлением, например, применение так называемого «прилипающего» удара в операциях листовой штамповки на молотах для уменьшения эффекта пружинения.

В результате проведенных ранее экспериментально-теоретических исследований [1] была показана возможность повышения степени деформации заготовок и КПД удара при осадке за счет контролируемого увеличения продолжительности ударного взаимодействия инструмента с заготовкой.

В данной работе предложена конструкция бабы молота с контролируемой продолжительностью удара при деформировании заготовок [2]. Баба молота (рис.1) состоит из корпуса 1, жестко прикрепленной к его нижней части втулки 2 и входящего в нее ударника 3, между которыми расположены упругие элементы 4, (например, набор тарельчатых пружин), которые предварительно затянуты винтом 5 до значений, равных или несколько больших, чем необходимая сила начала деформирования заготовки:

_{, (2)}

где - напряжение текучести материала заготовки, - площадь контакта заготовки и инструмента.

Предлагаемая баба молота работает следующим образом. При падении бабы молота в начальный момент деформирования заготовки ударник 3 сжимает упругие элементы 4, при этом сила затяжки упругих элементов 4 возрастает, и ударник 3 начинает деформировать заготовку. При соприкосновении ударника 3 и втулки 2 происходит полное сжатие упругих элементов 4, которое по возможности должно соответствовать концу деформирования.

Рис.1. Схема бабы молота с контролируемой продолжительностью удара:

1 – корпус бабы; 2 – втулка; 3 – ударник; 4 – упругие элементы; 5 - винт

Таким образом, баба молота будет иметь общий ход деформирования, равный сумме хода сжатия упругих элементов и деформации заготовки:

_{, (3)}

где - ход сжатия упругих элементов; - деформация заготовки, .

При этом часть энергии удара пойдет на деформирование заготовки, часть на сжатие упругих элементов 4, а продолжительность удара при деформировании увеличится за счет хода упругих элементов. Кроме этого, продолжительность ударного взаимодействия инструмента и заготовки можно контролировать и регулировать путем изменения параметров упругих элементов и силы их предварительной затяжки.

Были проведены экспериментальные исследования процесса осадки цилиндрических заготовок из пруткового алюминия марки 1050А (АД-0, ГОСТ 4784-97) на вертикальном копре при использовании стандартной бабы копра и бабы с контролируемой продолжительностью удара. При этом втулку 2 с ударником 3 и предварительно затянутыми с помощью винта 5 упругими элементами 4 (рис.1) закрепляли на верхней плите экспериментального штампа для осадки заготовок. Сила предварительной затяжки упругих элементов 4 (набора тарельчатых пружин) составила 30 кН.

В табл.1 приведены параметры экспериментов по осадке.

Таблица 1

Параметры экспериментов по осадке

№ опыта	Масса бабы, кг	Масса основания, кг	Диметр заготовки, мм	Высота заготовки, мм	Высота сбрасывания бабы, м	Скорость бабы при ударе, м/с	Энергия удара, Дж
1	22,4	500	20	20	0,5	3,13	109,3
2					1,25	4,95	273,4
3					2,0	6,26	437,1

При осадке заготовок проводили видеосъемку процесса с помощью скоростной видеокамеры с частотой 3000 кадр/с. При обработке полученных видеоизображений процесса осадки определили продолжительность нагрузочной фазы удара Т₁ и степень деформации заготовок ε (табл.2).

Таблица 2

Результаты экспериментов по осадке стандартной бабой и бабой с контролируемой продолжительностью удара при деформировании

№ опыта	Высота сбрасывания бабы, м	Скорость бабы при ударе, м/с	Энергия удара, Дж	Т1*, с	ε*, %
1	0,5	3,13	109,3	0,0025	13,17
				0,004	14,17
2	1,25	4,95	273,4	0,00325	26,5
				0,00425	26,83
3	2,0	6,26	437,1	0,0036	34,0
				0,0045	34,33
*В числителе представлены результаты по осадке стандартной бабой; в знаменателе – по осадке бабой с контролируемой продолжительностью удара

Было установлено, что при осадке заготовок бабой с контролируемой продолжительностью удара происходит увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара Т₁ (от 1,25 до 1,6 раза) и относительной деформации заготовок ε (до 1,12 раза).

Выводы

1. В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что при осадке заготовок бабой предлагаемой конструкции с контролируемой продолжительностью удара происходит увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара (до 1,6 раза) и повышение степени деформации заготовок (до 1,12 раза) по сравнению со стандартной бабой.

2. Применение разработанной конструкции бабы молота с контролируемой продолжительностью удара при деформировании можно использовать для повышения степени деформации материала и КПД удара, создания благоприятных условий деформирования, экономии расхода энергии и повышения эффективности работы различных технологических машин ударного действия.

Список литературы

1. Феофанова А.Е., Лавриненко В.Ю. Экспериментальные исследования процесса удара при осадке цилиндрических заготовок // Заготовительные производства в машиностроении. – 2012. - № 2. – С. 12-15.

2. Патент на полезную модель РФ № 94182. Устройство бабы молота с контролируемым временем удара при деформировании заготовки. / Феофанова А.Е., Лавриненко В.Ю., Семенов Е.И. опубл. 20.05.2010. Бюл.№14.