CC BY
58
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В.А. Голенков [и др.]; под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
A. Chernyaev, A. Pasynkov
The theoretical investigations of the pipe installation’s elements direct isothermal extrusion process
The mathematical models of flanged bushes direct isothermal extrusion in conditions of the axisymmetrical and plane deforming are shown. The influence of the deformation levels, tool geometry parameters, task tool and billet contact surfaces tribological conditions and punch’s conveyance speed on the relative pressure materials damageability in the process of piped details direct isothermal extrusion was established.
Keywords: direct extrusion, pressure, velocity field, axisymmetric and plane stressed and deformed states, damageability.
Получено 07.04.10
УДК 621.974
Ю.В. Колотов, канд. техн. наук, доц., (499)730 9378, urvas@inbox.ru (Россия, Москва, МГТУ «Станкин»),
Е.Н. Сосенушкин, д-р техн. наук, (499)730 9378, sen@stankin.ru (Россия, Москва, МГТУ «Станкин»)
МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ БЕСШАБОТНОГО МОЛОТА С ГИДРАВЛИЧЕСКИМ МЕХАНИЗМОМ СВЯЗИ МОДЕЛИ МШ
Представлена программа испытаний новых конструкций бесшаботных молотов с гидравлическим механизмом связи. Показано, что для выявления надёжности конструкции в процессе эксплуатации целесообразно проводить её ресурсные испытания. С этой целью разработано специальное гидравлическое устройство для многоциклового испытания конструкции машины ударного действия.
Ключевые слова: молот, удар, испытания, вибрация, сила, энергия.
Внедрение на промышленных предприятиях неотработанных конструкций машин приводит к длительным простоям на их модернизацию и ремонт, что снижает интерес промышленности к новым видам, например, кузнечно-штамповочного оборудования (КШО) [1].
В настоящее время существуют методики сдачи новых конструкций КШО в производство, запуска в эксплуатацию по завершении капитально-
136
го и профилактического ремонтов. С этой целью проводят стендовые и эксплуатационные испытания, комплексные экспериментальные исследования различных видов кузнечно-штамповочных машин [2]. Проведение стендовых испытаний шаботных (ШМ) и бесшаботных молотов (БШМ) в силу их мелкосерийного производства требует больших затрат. Возможно, что их не проводят, так как в литературе не обнаружено методики испытаний бесшаботных молотов при сдаче их в производство.
Машины ударного действия проходят проверку на соответствие заданным техническим параметрам в процессе приёмо-сдаточных испытаний. БШМГС модели ЮН производства завода им. Шмераля (Чехия) пользующиеся большим спросом в отечественной инструментальной промышленности, сдают заказчику деформированием нескольких штук стальных крешеров. По результатам испытаний, в процессе которых замеряют параметры конструкции машины измерительной аппаратурой, составляют рабочую диаграмму: сила удара - деформация. По диаграмме устанавливают диапазон деформаций поковки и максимальную силу удара, превышение которой приведёт к нарушению работоспособности молота [3].
Ударный характер приложения силы в молоте приводит к сложному воздействию на конструкцию машины и окружающее его оборудование. Наиболее опасны динамические силы, возникающие при ударах и сопровождающиеся вибрационным воздействием на узлы и детали машины, а также на окружающую среду: человека, оборудование, сооружения. Возникающие при вибрациях инерционные силы могут вызвать напряжения, превышающие пределы прочности и выносливости конструктивных элементов машин и зданий. Наибольшую опасность для оборудования и окружающей его среды представляет наложение в них колебаний с появлением резонансных частот. Для выявления таких напряжений в конструкции проводят длительные испытания на нагрузки, приближённые к эксплуатационным.
В настоящее время ШМ и БШМ, в том числе и БШМГС, испытывают на надёжность в процессе эксплуатации на производстве. Возникновение неполадок в конструкции в производственных условиях приводит к длительным простоям на дорогостоящий ремонт. Одним из таких примеров является устранение недостатков на молоте БМ -1500 на Чебаркуль-ском металлургическом заводе (ЧМЗ) [4].
Разработку конструкции БШМГС модели МШ-250 вели в соответствии с рекомендациями ЕСКД. Для испытаний МШ были разработана специальная методика их проведения, которая включала проведение стендовых испытаний конструкции на надёжность, долговечность, эксплуатационные и вибрационные нагрузки. Целью испытаний была проверка работоспособности механизмов конструкции при длительной эксплуатации на надёжность при жёстких, завершающих ударах при штамповке, на спо-
собность выполнять технологические операции, на безотказное выполнение конкретной работы в условиях точной горячей штамповки в ритме производства, при которых конструкция подвержена действию длительных вибрационных нагрузок.
Для проведения стендовых испытаний конструкции МШ на стадии разработки эскизного проекта была изготовлена её действующая модель, геометрические размеры которой были выбраны в масштабе по отношению к натуре в соответствии с теорией подобия применительно к кузнечно-штамповочному оборудованию.
За главный параметр, определяющий технологические параметры действующей модели МШ, была принята скорость удара) о, равная сумме скоростей верхней и нижней ударных масс перед ударом. Её назначали по результатам отработки техпроцессов штамповки поковок на других экспериментальных молотах. Согласно технологическим исследованиям максимальные скорости удара для молотов моделей МШ были приняты равными 10...15 м/с. Такие скорости удара обеспечивают оптимальные режимы штамповки и стойкость штамповой оснастки при штамповке поковок из труднодеформируемых материалов.
Скорости удара при отработке технологических процессов замеряли с помощью датчика индукционного типа, в котором входной величиной была скорость механического перемещения ударных масс
Е
Э0 = -^7 ’ «
пБЬ
где Е - ЭДС, наводимая в проводнике, в; Ь - длина проводника, м.; В - модуль вектора магнитной индукции в зазоре магнитопровода, Тл; п - число витков катушки, п =1.
График изменения скоростей ударных масс фиксировали аппаратурой, состоящей из стабилизированного источника питания Б-5-8, усилителя постоянного тока Ф1510, светолучевого осциллографа Н-115, оснащённого блоком питания П-133.
Для проведения испытаний моделей МШ на надёжность при длительной эксплуатации конструкции было разработано устройство [5], с помощью которого наносили удары, имитирующие нагрузки, возникающие при технологической операции штамповки, в автоматическом режиме. Устройство для испытаний модели МШ представлено на рис. 1. Оно состоит из корпуса 5 с крышкой 2, в котором выполнено глухое центральное отверстие 4, углубление 3 и отверстие 7, соединённое с напором, отверстие 6 - со сливом. Корпус 5 закреплён на нижней ударной массе 1. В крышке 2 выполнено отверстие 8 для перемещения в полость глухого отверстия 4 пуансона 12, закреплённого посредством пуансона держателя 13 на верхней ударной массе 11. Наружная поверхность пуансона 12 спрофилирована так, что при перемещении его в полость глухого отверстия 4 между его наружной образующей и внутренней поверхностью отверстия 4 образует-
ся зазор, обеспечивающий сопротивление истечению жидкости из полости
4 в атмосферу в пространство между крышкой 2 и корпусом 5 под постоянным давлением. Поверхность 3 расположена ниже поверхности 14 отверстия 6, что обеспечивает гарантированный слив из полости 4 при нанесении удара. В устройстве, представленном на рис. 1,а, кинетическая энергия ударных масс 1 и 11 переходит в потенциальную энергию сжатия жидкости, подаваемой в него по каналу 7 и вытекающей по каналу 6, что обеспечивает гарантированное заполнение тормозной полости 4. В качестве рабочей жидкости используется вода. При ударах вследствие её сжатия в полости 4 вода нагревается. Циркуляция жидкости по замкнутому циклу: насос - устройство - бак - насос охлаждает воду, увеличивая тем самым продолжительность испытаний.
1 Г
М/////А^~ I п
ш
напор
-<—
а
Цт
/
' пр
1>0
I Зщ Ь"7—у~\
я , ■ щ
- / /
б
Рис. 1. Конструкция (а) и расчётная схема (б) устройства для многоцикловых испытаний машин ударного действия
При расчётах считали жидкость несжимаемой, а коэффициент сопротивления истечению жидкости сквозь щель тормоза £, щ постоянным на
всём пути торможения. Ударные массы приобретают при разгоне кинетическую энергию
Тэф = 0,5Мпр$0> (2)
где Мпр - приведённая масса ударных частей молота; &о - относительная скорость масс при разгоне.
Полагали, что нижняя ударная масса 1 неподвижна, а уравнение движения верхней ударной массы 11 с пуансоном 12 общей массой М1 записывали в виде дифференциального уравнения 2-го порядка:
М1А = роЯо - 0,5?щр5о8°, (3)
где £, щ - коэффициент сопротивления щели; р - плотность рабочей жидкости (воды); р 0, Б0 - начальное давление воздуха и площадь поперечного
сечения плунжера пневмопривода молота; &и - скорость истечения жидко-
139
сти сквозь кольцевую щель, образованную между пуансоном и внутренней поверхностью полости 4.
По закону сохранения масс записывали уравнение неразрывности движения жидкости в полости 4 в зависимости от скорости пуансона:
где &и - скорость истечения жидкости через кольцевую щель; Бщ - площадь кольцевой щели между поверхностями отверстия и пуансона.
Подставляя &и из (4) в выражение (3), нашли, считая силу торможения постоянной, площадь щели Бщ, в зависимости от величины тормозного пути Ьт и площади Бкщ кольцевой щели, определяемой технологической посадкой пуансона 12 в отверстии матрицы 5:
где х - текущая координата перемещения пуансона 12; _/і - коэффициент, учитывающий снижение давления р0 сжатого воздуха в пневмоприводе
При расчёте задают величину тормозного пути Ьт и координату х. Начало их отсчёта начинают с верхней плоскости 3 корпуса 5. Тормозную площадь 50 находят из равенства эффективной энергии молота потенциальной энергии сжатия рабочей жидкости в тормозной полости устройства. Аналогичное устройство может быть использовано для испытаний машин ударного действия, других конструкций.
Испытания БШМГС модели МШ на вибрационные нагрузки проводили в автоматическом режиме, ударами бойка по бойку, с максимальной эффективной энергией, приводящей к вибрациям конструкции и окружающей среды, для создания максимальных нагрузок на элементы конструкции и фундамент. Контролю подвергали узлы, в которых прогнозировали износ и разрушение как от сил трения, так и от контактных давлений. К ним относили сочленения: боковой шток - верхняя ударная масса, центральный шток - нижняя ударная масса. В течение 2 месяцев испытаний на молоте МШ-4 было сделано порядка 530 тыс. ударов бойка о боёк.
Испытания показали, что работоспособность молота без амортизаторов боковых и центрального штока с раздельно выполненными штоками и ударными массами не нарушена. Наблюдения показали, что в процессе испытаний поверхности контактов ударной массы и штока прирабатывались друг к другу. При последующих ударах молота размеры контактных поверхностей боковых и центрального штоков не изменились.
Результаты испытаний, остановки, неполадки в конструкции фиксировали в журнале и вносили в паспорт молота.
(4)
р50 £ щ (ЬТ - х)
(5)
3
молота,^=0,8; р - плотность воды, р =1 т/м .
Эксплуатационные испытания конструкции МШ проводили, реализуя конкретные технологические процессы полугорячей и горячей штамповки. Проверяли работоспособность узлов выталкивателя и крепления штампов при штамповке поковок в закрытом штампе. Определяли влияние температуры штампов, ударных масс и окалины на зазоры в направляющих. Имитировали возникновение неполадок при налипании штампуемого металла на пуансон с матрицей и их схватывание, нанесение ударов с недостаточной для штамповки энергией, когда отсутствует отскок ударных масс друг от друга и т.п.
При проведении эксплуатационных испытаний молотов штамповали мелкие партии промышленных поковок, что позволяло проверять конструкцию в условиях, приближённых к производству. Была отобрана номенклатура мелких поковок из легированных сталей и сплавов, быстро остывающих при штамповке на прессе, а также детали, которые изготавливали ранее мехобработкой. Коэффициент использования материала при изготовлении таких деталей мелкими сериями на заводе был мал, и не превышал 0,3, штамповкой на МШ-6,3 его повысили до 0,7 [6].
Выводы
1. При разработке и передаче в эксплуатацию новой конструкции БШМГС необходимо проводить его сдаточно-приёмочные испытания на надёжность, вибрационные и эксплуатационные нагрузки.
2. Для проведения испытаний машин ударного действия на надёжность рекомендуется применять устройство, имитирующее нагрузки, возникающие при технологической операции штамповки и позволяющее наносить удары в автоматическом режиме.
Список литературы
1. Колотов Ю.В. Гидравлические бесшаботные молоты (аналитический обзор) № ГР.810360.85, 1986. 39 с.
2. Бочаров Ю.А. Кузнечно-штамповочное оборудование: учебник. М.: Издательский центр «Академия», 2008. 480 с.
3. Борек Л. Кузнечно-прессовое оборудование для кузнечных цехов // Чехословацкая тяжёлая промышленность. 1978. № 9. С. 10 - 19.
4. Исследование бесшаботного молота с энергией удара 150 тс.м. (Этап2): Отчёт / ВНИИметмаш; Рук. работы Ю.А.Зимин. № ГР Б533761; М. - Краматорск, 1975. 29 с.
5. А.с. 1497046 (СССР). Устройство для многоцикловых испытаний машин ударного действия / В.И. Гудков, О.М Гудкова, Ю.В. Колотов. Опубл. в Б.И. 1989. Бюл. № 28.
6. Колотов Ю.В. Разработка новой конструкции и методики проектирования бесшаботного молота с гидравлическим механизмом связи ударных масс: дис. ... канд. техн. Наук. М. - Новосибирск, 1984. 208 с.
yu. Kolotov, E. Sosenushkin
Methods of tests of no anvil hammer with hydraulic mechanism of connection of model of MSH
The program of tests of new constructions of no anvil hammers with the hydraulic mechanism of connection is presented. It is shown thet for the exposure of reliability of construction in exploitation it is expedient to conduct her resource tests. To that end the special hydraulic device is worked out for much sequencing test of construction of impactor.
Keywords: hammer, blow, tests, vibration, force, energy.
Получено 07.04.10
