CC BY
29
УДК 621.771
A.Е. Феофанова, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»),
B.Ю. Лавриненко, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@rambler.ru (Россия, Москва, МГИУ)
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УДАРА ПРИ ОСАДКЕ
Проведены экспериментальные исследования, которые показали увеличение степени деформации заготовок и коэффициента полезного действия удара при осадке бабой специальной конструкции.
Ключевые слова: коэффициент полезного действия удара, осадка, ковка на молотах.
Ковка на молотах является одним из основных способов получения поковок для изготовления из них качественных деталей различных форм и размеров.
Главными недостатками ковки на молотах являются низкая эффективность удара и высокий расход энергии вследствие кратковременности ударного воздействия, а также потерь энергии при ударе.
Эффективность удара при ковке на молотах определяют коэффициентом полезного действия удара л у, равным отношению энергии пластического деформирования Адеф поковки к затраченной энергии А:
Адеф
л у =~Т-
Были проведены экспериментальные исследования [1], заключающиеся в осадке цилиндрических свинцовых заготовок на специальной экспериментальной установке, состоящей из вертикального копра и системы скоростной видеосъемки для определения основных параметров удара.
При деформировании заготовки бабой на вертикальном копре производили видеосъемку с помощью скоростной цифровой видеокамеры FastVideo-250. Во время видеосъёмки данные в непрерывном режиме поступали в оперативную память компьютера.
Сохраненные в оперативной памяти компьютера видеоизображения обрабатывали с помощью специального программного обеспечения, что позволило определить продолжительность удара и величину деформации заготовок.
В качестве материала заготовок для моделирования горячего деформирования углеродистых и низколегированных сталей был выбран прессованный свинец.
Для деформирования заготовок на копре использовали стандартную бабу, а также специальную бабу [2], которая была выполнена пустоте-
лой и заполнена металлическими шариками из стали ШХ15 диаметром D-шар = 1; 2; 6 или 12 мм. При этом величину отношения массы шариков к
общей массе бабы варьировали в пределах KM = —^^ = 0,2;0,3 и 0,4.
тбабы
Масса стандартной и специальной бабы была одинаковой и равна 22,3 кг.
Расчет оптимальных размеров исходных заготовок и необходимой массы падающих частей молота для осадки проводили по последнему удару молота. Было принято, что отношение высоты поковки к ее диаметру Нпок / Опок приблизительно равно отношению высоты заготовки к ее диаметру Нзаг / D-заг и равно 0,5.
Размеры заготовки - модели назначили таким образом, чтобы условию ек = 10 % соответствовало соотношение высоты к диаметру заготовки, равное 0,5: Нзаг = 26 мм, D3az = 50 мм.
После проведения экспериментальной осадки заготовок стандартной и специальной бабами было получено и сохранено на жестком диске компьютера видеоизображение процесса, которое обрабатывали при помощи программы «Virtual Dub» для получения раскадровок в графическом формате.
Затем в программе «Аргус» проводили масштабирование полученных кадров процесса осадки и измерение величины перемещения бабы АН с шагом по времени, равным принятому времени одного кадра
t = 3,33-10-4 с.
После определения полного перемещения бабы АН определяли изменение пластической деформации свинцовых заготовок АНп на нагрузочной фазе удара Т1 по следующей формуле:
АНп = АН - АНу,
где АНу - упругие деформации всей системы (баба, основание и корпус копра).
Необходимо отметить, что свинец относится к пластичным материалам, при деформировании которых даже незначительное изменение нагрузки вызывает пластическую деформацию, поэтому упругими деформациями свинцовых заготовок можно пренебречь.
На рис.1 представлены зависимости величин перемещения бабы АН (кривая 1), упругой деформации системы АНу (кривая 2) и пластической деформации заготовок АНп (кривая 3) от продолжительности удара Т при осадке свинцовых заготовок стандартной бабой для А = 109,3 Дж.
Данные кривые были аппроксимированы полиномиальными регрессионными зависимостями 4-го порядка на основе измеренных экспериментальных значений в программе анализа данных и построения графиков. На рис.1 экспериментальные значения показаны рядом точек.
Кривая 3, описывающая пластическую деформацию заготовок АНп, получена путем вычитания кривой 2 из кривой 1.
Рис. 1. Зависимость деформации от продолжительности удара
при осадке заготовок стандартной бабой для А = 109,3 Дж: 1 - перемещение бабы ЛИ; 2 - упругая деформация системы АИу; 3 - пластическая деформация заготовок ЛИп
Аналогично были получены зависимости пластической деформации заготовок АИп от продолжительности удара Т при осадке стандартной и специальной бабами для других значений энергии удара А.
Значения относительной деформации заготовок в определяли по формуле
£ = АИи / Изаг ,
где Изаг = 0,026 м - исходная высота заготовки.
При определении коэффициента полезного действия удара было принято:
- перемещение бабы АИ пропорционально затраченной энергии удара А;
- пластическая деформация заготовок АИп пропорциональна энергии пластического деформирования Адеф;
- упругая деформация системы (баба, основание и корпус копра) АИу пропорциональна энергии упругого деформирования системы Асист;
- энергия упругого деформирования заготовок Ау = 0, т.к. упругая деформация свинцовых заготовок пренебрежимо мала.
Таким образом, величину цу определяли как отношение величины пластической деформации заготовок АИп к величине полного перемещения бабы АИ.
На рис. 2 и рис. 3 приведены значения относительной деформации заготовок е и коэффициента полезного действия удара цу при осадке стандартной и специальной бабой.
100 150 200 250 300 350 400 450
А, Дж
а
Рис. 2. Зависимость степени деформации заготовок от энергии удара при а - КМ = 0,2; б - КМ = 0,3; в - КМ = 0,4
При осадке заготовок специальной бабой наибольшая степень деформации имела место при КМ=0,2 (рис. 2). В этом случае при энергии удара ^=109,3 Дж наибольшая степень деформации е = 9,8 %, что в 1,8 раза больше степени деформации при осадке стандартной бабой с той же энергией.
При осадке специальной бабой с КМ=0,2 (рис. 3) со всеми выбранными энергиями удара А = 109,3, 237,2 и 437,1 Дж наибольшая величина коэффициента полезного действия п = 0,86...0,9 имела место при использовании шариков Ошар = 12 мм, что в 1,2...1,35 раза больше п при осадке стандартной бабой. Для всех остальных диаметров шариков величина Пу = 0,8.0,84, что примерно в 1,15 раза больше цу при осадке стандартной бабой.
100 150 200 250 300 350 400 450
А, Дж
а
100 150 200 250 300 350 400 450
А, Дж
б
100 150 200 250 300 350 400 450
А, Дж
в
Рис. 3. Зависимость КПД удара от энергии удара при а - КМ = 0,2; б - КМ = 0,3; в - КМ = 0,4
При осадке заготовок специальной бабой имеет место значительное увеличение степени деформации (в 1,2.. .1,6 раза) и коэффициента полезного действия удара (в 1,2.1,35 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой.
Список литературы
1. Феофанова А.Е., Лавриненко В.Ю. Экспериментальные исследования процесса удара при осадке цилиндрических заготовок // Заготовительные производства в машиностроении. 2011. №10.
2. Устройство бабы молота: пат. № 96804 Рос. Федерация.
A.E. Feofanova, V. Y. Lavrinenko
INCREASING OF IMPACT EFFICIENCY DURING UPSETTING
Experimental possibility for increasing of strain of cylindrical workpieces and impact efficiency during upsetting by using special ram is shown.
Key words: efficiency of impact, upset process, hammer, drop forging
Получено 16.09.11
УДК 621.883
А.В. Молодов, асп., (495) 223-05-23, доб. 1340, odinokiy-cherniy-kot@yandex.ru (Россия, Москва, МГТУ «МАМИ»)
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ХОЛОДНОЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ ДЕТАЛИ «КОРПУС ЗАРЯДА»
Исследовался технологический процесс штамповки детали ««корпус заряда». При разработке технологического процесса холодной объемной штамповки ««корпус кумулятивного заряда» определялись локальные явления, сопровождающие процесс формоизменения. Для решения поставленных задач исследована кинематика течения металла при формообразовании изделий на переходах штамповки при моделировании на ЭВМ. Приводятся исходные данные и результаты исследования техпроцесса.
Ключевые слова: холодная штамповка, полусферическая деталь, оптимизация, моделирование.
В современном машиностроении гражданского и военного значения большое количество деталей получают наиболее прогрессивным способом пластической обработки - холодной объемной штамповкой и, в том числе, выдавливанием и высадкой.
Холодная объемная штамповка позволяет получать высокую точность деталей и хорошее качество поверхности, повысить надежность, из-
213
