УДК 621.771

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

изучение влияния отношения массы заготовки и массы падающих частей молота на эффективность ударНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Приведены результаты экспериментальных исследований процесса ударного деформирования при осадке с различными отношениями массы заготовки к массе падающих частей молота.

Ключевые слова: удар, осадка, метод многофакторного планирования эксперимента, математическая модель, уравнение регрессии.

На эффективность ударного деформирования при осадке на ковочных молотах влияют конструктивное исполнение молота, отношение массы шабота к массе падающих частей молота, вид технологической операции на молоте, а также отношение массы заготовки к массе падающих частей молота. Целью работы являлось изучение влияния отношения массы заготовки к массе падающих частей молота при различных энергиях удара на эффективность ударного деформирования при осадке.

Осадку заготовок проводили на экспериментальной ударной установке [2]. Для деформирования свинцовых заготовок массами m_заг = 0,58 и 0,8 кг использовали две стандартные бабы копра с m_бабы = 22,4 кг и 33,45 кг. При этом были приняты отношения массы заготовок к массе бабы копра = 0,017; 0,024; 0,026 и 0,036

Размеры свинцовых заготовок – моделей: H_заг = 0,023 м и D_заг = 0,074 м; H_заг=0,026 м и D_заг=0,05 м соответственно.

Для обеспечения равенства принятых теоретических энергий удара А_теор = 109,3; 273,2 и 437,1 Дж бабу копра с m_бабы = 22,4 кг сбрасывали с трех различных высот 0,5; 1,25; 2м, а бабу с m_бабы = 33,45кг – с высот 0,33; 0,83; 1,33м.

Для обеспечения условий максимального трения при горячем деформировании стали, при котором коэффициент трения близок максимальному (0,35–0,40), поверхности заготовок и инструмента обезжиривали ацетоном и натирали мелом.

При осадке заготовок помощью скоростной цифровой видеокамеры FastVideo-250 проводили видеосъемку, во время которой данные в непрерывном режиме поступали в оперативную память компьютера. После завершения исследуемого процесса видеоизображения обрабатывали с помощью базового программного обеспечения, что позволило определить продолжительность фаз удара, деформацию заготовок и скорость движения бабы копра.

В результате были определены продолжительности нагрузочной Т₁ и разгрузочной Т₂ фаз удара, полная продолжительность удара Т_у, а также количество полных прохождений пластической волны деформации по заготовке на нагрузочной фазе удара N_p (табл.1).

Таблица 1

Продолжительность удара и количество прохождений пластической волны деформации N_p при осадке заготовок стандартными бабами копра с

m_бабы = 22,4 и 33,45 кг

№ опыта	mбабы, кг
	22,4				33,45
	·10^-3с			Np, шт.	·10^-3с			Np, шт.
	T1	T2	Tу		T1	T2	Tу
1	1,6	0,66	2,33	30	2,00	0,66	2,67	38
2	1,67	1,00	2,67	32	2.33	1,00	3,33	44
3	2,00	1,33	3,33	38	2,67	1,33	4,00	51

При осадке стандартной бабой массой m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026) с энергией удара 109,3Дж (опыт №1) степень деформации заготовок по высоте составила ε = 5,4%, при осадке с энергией 273,2 Дж (опыт №2) - ε = 12,3%, а при осадке с энергией 437,1 Дж (опыт №3) - ε = 18,5%.

При осадке заготовок бабой массой m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017) с энергиями удара А = 109,3; 273,2 и 437,1 Дж (опыты №1, 2 и 3) степень деформации заготовок по высоте составила ε = 8,1; 16,2; 21,9 %, что соответственно в 1,45; 1,25; 1,15 раза больше ε при осадке бабой с m_бабы = 22,4 кг с теми же энергиями удара.

На рис.1 представлены графики зависимостей изменения относительной деформации заготовок ε_п от времени при осадке свинцовых заготовок стандартными бабами копра с различными m_бабы и К_заг.

Рис.1. Зависимость относительной деформации заготовок от времени при осадке бабами копра с различными m_бабы и К_заг:

Опыт №1: 1 – m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026);

2 - m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017);

Опыт №2: 3 – m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026);

4 - m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017);

Опыт №3: 5 – m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026);

6 - m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017)

Для построения зависимостей сил деформирования при осадке заготовок F от времени и деформации заготовок ΔH_п. проводили двукратное дифференцирование аппроксимированных зависимостей пластической деформации заготовок ΔH_п от времени для определения ускорения движения бабы по ходу ее движения. Силу деформирования при осадке определяли как произведение массы бабы и ускорения.

Графики зависимости сил деформирования от пластической деформации заготовок ΔH_п при осадке заготовок стандартными бабами копра с различными m_бабы и К_заг приведены на рис.2.

Рис.2. Зависимость силы деформирования от деформации заготовки при осадке бабами копра с различными m_бабы и К_заг:

Опыт №1: 1 – m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026); 2 - m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017);

Опыт №2: 3 – m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026); 4 - m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017);

Опыт №3: 5 – m_бабы = 22,4 кг (К_заг = 0,026); 6 - m_бабы = 33,45 кг (К_заг = 0,017)

Далее определили работу пластической деформации при осадке заготовок и КПД удара η_у. Полученные значения А_деф и η_у при осадке заготовок стандартными бабами копра с различными m_бабы и К_заг приведены в табл.2.

Таблица 2

Работа пластической деформации А_деф и КПД удара η_у при осадке заготовок стандартными бабами копра с различными m_бабы и К_заг

№ опыта	mбабы, кг /
	22,4 / 0,038		33,45 / 0,025
	Адеф, Дж	ηу	Адеф, Дж	ηу
1	67,2	0,67	76,3	0,76
2	184,9	0,72	210,7	0,82
3	309,1	0,77	353,2	0,88

Выводы

1. В результате проведенных исследований было установлено, что при уменьшении отношения массы заготовки к массе падающих частей молота от 0,026 до 0,017 имеет место увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара и количества прохождений пластической волны деформации N_p по заготовке до 1,3 раза, а также увеличение степени деформации заготовок в (1,1…1,4 раза).

2. Также установлено, что при уменьшении отношения от 0,026 до 0,017 имеет место существенное снижение сил деформирования в (1,8…2,2 раза) и увеличение работы пластической деформации и КПД удара (до 1,13 раза).

3. Полученные результаты исследований можно использовать при разработке технологических процессов ковки на молотах.

Список литературы

1. Живов Л.И., Овчинников А.Г., Складчиков Е.Н. Кузнечно-штамповочное производство: Учебник. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 559 с.

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