УДК 621.771

В.Ю. Лавриненко, к.т.н., доц., Московский государственный индустриальный университет (ФГБОУ ВПО «МГИУ»)

увеличение коэффициента полезного действия удара при деформировании на ковочных молотах

Показано увеличение коэффициента полезного действия удара при осадке заготовок на ковочных молотах путем увеличения времени взаимодействия верхнего бойка молота с заготовкой при использовании бабы молота с наполнителем.

Ключевые слова: ковка на молотах, ударное деформирование, баба молота с наполнителем.

V. Lavrinenko

GROWTH OF COEFFICIENT OF IMPACT EFFICIENCY DURING HAMMER FORGING

Possibility of increasing of impact efficiency during hammer forging by increasing of impact time is shown.

Key words: hammer forging, impact deformation, ram of hammer with fillers.

Ковка на молотах является одним из способов получения высококачественных поковок для изготовления из них деталей различных форм и размеров, обладающих требуемыми стабильными механическими свойствами. Преимуществами ковки на молотах являются небольшая продолжительность процесса деформирования, обеспечивающая минимальное остывание поверхности нагретой заготовки; возможность получать крупные поковки; потребность в сравнительно небольших силах деформирования и возможность использования универсального оборудования относительно небольшой мощности, что снижает затраты на оборудование и инструмент.

Эффективность ударного деформирования при ковке и штамповке на молотах определяют коэффициентом полезного действия (КПД) удара, который равен отношению работы пластической деформации заготовки к энергии падающих частей молота.

Главным недостатком ковки на молотах является низкий КПД удара вследствие кратковременности ударного деформирования заготовки, а также потерь энергии на упругую деформацию поковки и деталей молота, трение и смещение центра взаимодействующих масс. Это снижает КПД всего молота и повышает расход энергии.

Ударное деформирование заготовки на молоте происходит за счет энергии падающих частей молота. При ударе в заготовке начинают распространяться упругопластические волны, и возникает упругая и пластическая деформация заготовки. При достижении опертого торца заготовки упругопластическая волна отражается и начинает двигаться в обратном направлении до ударного торца заготовки. При этом если увеличить продолжительность удара (время контакта верхнего бойка молота и заготовки), то увеличится количество и продолжительность прямого и обратного прохождений волн упругопластической деформации по заготовке, что увеличит величину пластической деформации заготовки.

Таким образом, за большее время деформирования заготовки от падающих частей молота будет передана большая энергия пластической деформации , что увеличит КПД удара. Повышение КПД удара позволит повысить КПД работы молота, снизить расход энергии и затраты на производство, а также повысить производительность.

Для подтверждения сделанных предположений были проведены экспериментально-теоретические исследования [1, 2] процесса осадки заготовок стандартной бабой копра и бабой копра с наполнителем, имеющих одинаковую массу 22,4 кг.

Баба копра с наполнителем была заполнена шариками из стали ШХ15 диаметром D_шар =1; 2; 6 и 12мм. При этом отношение массы шариков к общей массе бабы составляло 0,15;0 ,25 и 0,35. Для обеспечения необходимой общей массы бабы с наполнителем, равной 22,4 кг, варьировали массой крышки бабы.

Стандартную бабу и бабу копра с наполнителем сбрасывали с высот: 0,5; 1,25 и 2 м, которым соответствовали теоретические (3,13; 4,95 и 6,26 м/с) и фактические скорости движения бабы с момент соударения с заготовкой (3; 4,8 и 6 м/с).

При осадке заготовок на копре проводили видеосъемку процесса с помощью скоростной видеокамеры «FASTVIDEO-250» с частотой 3000кадров/с.

Далее при обработке полученных видеоизображений процесса осадки были определены: продолжительности нагрузочной Т₁ и разгрузочной Т₂ фаз удара, полная продолжительность удара Т_у, пластическая деформация заготовок ΔH_п на нагрузочной фазе удара и относительная деформация заготовок ε_п.

В результате было установлено, что при осадке заготовок бабой с наполнителем происходит существенное увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара Т₁ (до 2,5 раза), относительной деформации заготовок ε_п (до 1,3 раза), снижение силы деформирования (до 1,35 раза), увеличение работы пластической деформации и КПД удара (до 1,15 раза) по сравнению со стандартной бабой.

При этом наиболее существенное влияние имело место при использовании бабы с шариками D_шар = 12мм и отношением массы шариков к общей массе бабы 0,15.

Выводы:

В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований процесса ударного деформирования при осадке заготовок было установлено, что увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара (до 2,5 раза) при осадке бабой с наполнителем приводит к существенному увеличению степени деформации заготовок (до 1,3 раза), снижению силы деформирования (до 1,35 раза) и увеличению работы пластической деформации и КПД удара (до 1,15 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой.

Установленная возможность увеличения КПД удара при деформировании на ковочных молотах позволит повысить производительность молота, снизить расход энергии и затраты на производство.

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. Лавриненко В.Ю. Определение энергосиловых параметров процесса ударного деформирования при осадке цилиндрических заготовок // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. – 2012. - №7. – С.24-28.