Лавриненко В.Ю., к.т.н., доц.

Московский государственный индустриальный университет

Феофанова А.Е., д.т.н., проф.

Московский государственный машиностроительный университет

использование бабы молота с наполнителем при осадке

Одним из основных способов получения поковок для изготовления из них высококачественных и точных деталей различных форм и размеров является ковка на молотах. Главным недостатком ковки на молотах является низкий коэффициент полезного действия (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. Известно, что вследствие импульсного характера нагрузки в деформируемой заготовке при ударе возникают возмущения – продольные и поперечные волны упругой и пластической деформации и напряжений. В результате 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.

Было сделано предположение, что 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 данного предположения были проведены экспериментально-теоретические исследования [1] процесса осадки заготовок стандартной бабой копра и бабой копра с наполнителем, имеющих одинаковую массу 22,4 кг. Баба копра с наполнителем [2] 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). Разницу между теоретическими и фактическими значениями скоростей можно объяснить потерями на трение в направляющих копра.

При осадке заготовок на копре проводили видеосъемку процесса с помощью скоростной видеокамеры 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.

Было установлено, что при осадке заготовок бабой с наполнителем происходит увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара Т₁ (до 1,6 раза), относительной деформации заготовок ε_п (до 1,5 раза), снижение силы деформирования (до 1,3 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.

На основе метода многофакторного планирования была построена зависимость, описывающая процесс ударного деформирования при осадке бабой молота с наполнителем. В качестве независимых факторов были приняты: отношение массы одного шарика к массе бабы К_1М; энергия удара; отношение массы всех шариков к массе бабы К_М.

В результате было получено уравнение регрессии, описывающее процесс ударного деформирования заготовок при осадке бабой с наполнителем и показывающее зависимость относительной деформации заготовки от диаметра и массы шариков, засыпаемых в бабу, а также энергии удара:

_. (1)

При всех энергиях удара при осадке при увеличении отношения К_М примерно до 0,15…0,22 относительная деформация заготовки возрастает и затем при дальнейшем увеличении К_М относительная деформация заготовки уменьшается.

Это позволило сделать вывод о существовании оптимальных значений параметров бабы с наполнителем К_1М и К_М, для нахождения которых были найдены экстремумы построенного уравнения регрессии (1) из условий:

и (2)

В результате было установлено, что для получения наибольшей относительной деформации заготовок при осадке необходимо использовать бабу с наполнителем со следующими параметрами:

и . (3)

Выводы

1. В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований процесса ударного деформирования при осадке заготовок было установлено, что увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара (до 1,6 раза) при осадке бабой с наполнителем приводит к существенному увеличению степени деформации заготовок (до 1,5 раза), снижению силы деформирования (до 1,3 раза) и увеличению работы пластической деформации и КПД удара (до 1,35 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой.

2. Построенные математические модели процесса ударного деформирования при осадке на молотах в виде уравнений регрессии, описывающие зависимость относительной деформации заготовок от размера шариков, засыпаемых в бабу молота с наполнителем, были использованы для определения оптимальных параметров бабы молота с наполнителем. Установлено, что для получения наибольшей относительной деформации заготовок при осадке необходимо использовать бабу с наполнителем с отношением массы одного шарика К_1М = 280·10^-6 и отношением массы всех шариков к массе бабы К_М = 0,17.

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 96804 (РФ). Баба молота / А.Е.Феофанова, В.Ю. Лавриненко Е.И.Семенов // Б.И. – 2010.