УДК 621.771

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

А.Е. Феофанова, д.т.н., проф., Московский государственный машиностроительный университет «МАМИ» (ФГБОУ ВПО МГМУ «МАМИ»)

методика проектирования процессов ковки на молотах

В работе приведена новая методика проектирования технологических процессов ковки на молотах при использовании бабы молота с наполнителем, применение которой обеспечивает увеличение КПД удара, увеличение производительности, ресурсо- и энергосбережение.

Ключевые слова: осадка, ударное деформирование, баба с наполнителем, ковочный молот

V.Lavrinenko, A.Feofanova

METHODIC OF DEVELOPMENT OF HAMMER FORGING PROCESSES

Original methodic of development of technological processes of hammer forging by which is increased of impact efficiency is presented.

Key words: upsetting, impact deformation, ram of hammer with filler, drop forging hammer

В настоящее время актуальной задачей является разработка рациональных технологических процессов ковки на молотах, позволяющих повысить качество изготавливаемых изделий, увеличить производительность и обеспечить ресурсо- и энергосбережение.

Проектирование технологических процессов ковки на молотах в общем случае состоит из следующих основных этапов: разработка чертежа поковки;

определение оптимальных размеров заготовок, при которых обеспечивается заданное качество поковок и рациональное использование кузнечно-штамповочного оборудования; выбор технологической схемы и операций ковки; назначение температурного интервала ковки, режимов нагрева заготовки и охлаждения поковки; определение сил деформирования и работы деформации для расчета прочности и стойкости инструмента; определение числа переходов и режимов ковки; рациональный выбор ковочного молота, обеспечивающего высокую производительность, металло- и энергосбережение; выбор необходимого инструмента и приспособлений; назначение правил приемки, маркировки; методов испытания поковок, размеров проб и схемы вырезки образцов; основных способов удаления дефектов; определение технико-экономических показателей разрабатываемого технологического процесса.

Ранее проведенные экспериментальные и теоретические исследования [1, 2] процесса осадки заготовок бабой молота с наполнителем показали возможность увеличения продолжительности удара (до 2,5 раза), приводящую к увеличению степени деформации заготовок (до 1,3 раза), снижению силы деформирования F (до 1,35 раза), увеличению работы пластической деформации А_деф и КПД удара (до 1,15 раза) по сравнению со стандартной бабой молота той же массы. Увеличение КПД удара позволит повысить КПД работы ковочного молота, снизить расход энергии и затраты на производство, а также повысить производительность работы кузнечного оборудования.

Результаты данных исследований были использованы для получения формул для расчета работы деформации и массы падающих частей молота с бабой с наполнителем.

Исходным документом для разработки чертежа поковки является чертеж готовой детали. В настоящее время основные типы технологических поковок, величины кузнечных напусков, припусков и допусков регламентируют ГОСТ 7062-90, ГОСТ 7829-90 и ГОСТ 8479-90 [3].

Размеры и масса заготовки должны обеспечивать необходимый уков по сечениям поковки для достижения требуемых механических свойств металла и достаточный объем металла для изготовления поковки с учетом различных отходов.

Масса заготовки, предназначенной для изготовления требуемой поковки, зависит от вида исходной заготовки (слиток или прокат), состава кузнечного оборудования и технологической схемы ковки:

,

где m_пок – масса поковки;

m_уг – масса материала, теряемого на угар;

m_отх – масса отходов (концевые отходы, технологические отходы и т.п.);

m_дн – масса данной части слитка;

m_пр – масса прибыльной части слитка.

После расчета массы поковки определяют размеры исходной заготовки D_заг и H_заг из условия постоянства массы (объема) заготовки и поковки. Далее по найденным размерам выбирают слиток или заготовку из проката по соответствующим ГОСТам, нормалями или отраслевым стандартам.

Работу деформации A_деф и массу падающих частей ковочного молота G_ном с бабой с наполнителем необходимо проводить по последнему удару молота при осадке заготовки по следующим формулам:

_,

_,

где ΔH_п = H_заг - H_пок - величина деформации заготовки, мм;

S – площадь поперечного сечения поковки, мм²;

σ_s – напряжение текучести, МПа.

После определения массы падающих частей ковочного молота проводят выбор подходящего по энергии и массе падающих частей ковочного молота.

Число ударов молота: _,

где А – энергия выбранного ковочного молота;

η_у = 0,82…0,92 – КПД удара при использовании бабы ковочного молота с наполнителем.

Далее определяют конструктивные параметры бабы ковочного молота с наполнителем. Схема бабы молота представлена на рис.1.

Рис.1. Схема бабы ковочного молота с наполнителем:

1 – корпус бабы; 2 – крышка бабы; 3 – пружины; 4 –наполнитель (шарики)

Предлагаемая баба молота состоит из корпуса 1, крышки 2, пружины 3 для фиксации наполнителя 4 в виде стальных шариков, размещенных во внутренней кольцевой полости c наружным и внутренним диаметрами D_нар и D_внутр и глубиной H. Внутренняя полость также может быть выполнена в виде нескольких отверстий количеством N штук, диаметром D_цил и глубиной H.

Согласно полученных экспериментальных данных, отношение массы одного шарика m_1ш, засыпаемых в бабу к массе падающих частей молота G_ном должно составлять К_1М ≤ 280·10^-6, а отношение массы всех шариков m_шар к массе падающих частей молота G_ном должно составлять К_М ≤ 0,17.

Размеры и масса шариков, засыпаемых во внутреннюю полость бабы молота:

- масса и диаметр одного шарика, мм:

_;

- масса всех шариков, кг: _;

- суммарный объем всех шариков, мм³: _.

Размеры внутренней полости специальной бабы молота:

- объем внутренней полости, мм³: ,

где ξ = 0,7…0,74 - коэффициент заполнения пространства (меньшие значения принимают для больших диаметров шарика D_шар);

- размеры внутренней кольцевой полости (D_нар и D_внутр - наружный и внутренний диаметр полости; H – глубина полости, м) определяют в зависимости от наружных размеров корпуса бабы с учетом конструктивных возможностей ее изготовления и критерию прочности при эксплуатации из соотношения _,

а в случае выполнения внутренней полости в виде нескольких отверстий (D_цил и H – диаметр и глубина отверстия, м) - из соотношения:

,

где N – количество цилиндрических отверстий.

Наружные размеры корпуса 1 бабы ковочных паровоздушных молотов определяют в зависимости от массы бабы:

m_бабы = G_ном – М_штока – M_поршня,

где М_штока и M_поршня - массы штока и поршня согласно ГОСТ 9752-85 «Молоты ковочные паровоздушные двойного действия арочного и мостового типов. Основные параметры и размеры». Корпус бабы может быть изготовлен из сталей 45, 35Х, 40ХН и 40ХН3.

Выводы:

Предлагаемая методика проектирования технологических процессов ковки на молотах, включающая определение размеров заготовок, определение работы деформации при осадке и массы падающих частей ковочного молота, а также расчет основных конструктивных параметров бабы молота с наполнителем, обеспечивает увеличение повышение эффективности ударного деформирования и КПД всего молота, а также увеличение производительности и ресурсо- и энергосбережение.

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.

3. Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. Т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка / под общ. ред. Е.И. Семенова. – М.: Машиностроение, 2010. – 717 с.