Определение сил деформирования и работы деформации при осадке на молотах

УДК 621.771

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛ ДЕФОРМИРОВАНИЯ И РАБОТЫ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ОСАДКЕ НА МОЛОТАХ

В.Ю. Лавриненко

Представлены результаты экспериментально - теоретических исследований процесса горячего деформирования при осадке стальных заготовок на молотах, показывающие возможность снижения силы деформирования и увеличения работы пластической деформации при осадке заготовок при использовании бабы молота с наполнителем, подтверждающие ранее полученные данные по осадке свинцовых заготовок.

Ключевые слова: осадка, ударное деформирование, баба молота, высокоскоростная видеосъемка.

В данной работе проведено определение сил деформирования и работы деформации при горячей осадке стальных заготовок на молотах для сравнения с полученными ранее экспериментальными данными при осадке свинцовых заготовок, в которых показано существенное увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара (до 3 раз) и степени деформации заготовок (от 1,1 до 1,4 раза), а также снижение силы деформирования (до 1,3 раза) и увеличение работы пластической деформации и КПД удара (до 1,15 раза) при осадке бабой молота с наполнителем по сравнению со стандартной бабой той же массы [1, 2].

Осадку стальных заготовок и определение параметров удара проводили на специальной экспериментальной ударной установке, состоящей из вертикального копра и системы скоростной видеосъемки.

Для осадки заготовок на копре использовали стандартную бабу и бабу с наполнителем с одинаковыми массами тбабы = 22,4 кг. В качестве наполнителя бабы использовали металлические шарики диаметром ^шар = 0,012 м. При этом отношение массы засыпаемых шариков к общей

массе бабы Км = 0,15.

Стандартную бабу копра и бабу копра с наполнителем сбрасывали с высоты 2 м, которой соответствовала теоретическая и фактическая скорость движения бабы в момент соударения с заготовкой V = 6,26 и 6 м/с, а также теоретическая и фактическая энергии удара А = 437,1 и 401, 4 Дж.

Материал заготовок - сталь 20 (ГОСТ 1050-88). Размеры заготовок: высота Нзаг= 0,029 м и диаметр Озаг = 0,059 м. Масса заготовки - тзаг = =0,6 кг. Для каждого эксперимента использовали по 3 заготовки.

Заготовки нагревали до температуры 1100 °С в электропечи сопротивления «Накал» в течение 45 мин. Также подогревали нижний боек копра до температуры 200-250 °С. Температуру поверхности заготовки и нижнего бойка копра контролировали с помощью пирометра «СЕМ» БТ-8855.

При обработке полученных видеоизображений процесса осадки были определены: продолжительности нагрузочной Т1 и разгрузочной Т2 фаз удара, построены зависимости перемещения бабы АН, упругой деформации основания копра ДНу и пластической деформации заготовок ДНп от времени. Зависимости ДНп от времени Т аппроксимировали полиномиальными регрессионными уравнениями 5-го порядка.

Было установлено, что применение бабы с наполнителем приводит к существенному увеличению продолжительности нагрузочной фазы удара (в 2,5 раза) и увеличению интенсивности формоизменения и степени деформации заготовок (в 1,3 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой.

Для построения зависимостей сил деформирования при горячей осадке заготовок Р проводили двукратное дифференцирование аппроксимированных зависимостей пластической деформации заготовок ДНп от времени для определения ускорения движения бабы а:

¿2

а = —-----—.

с1Т

Силу деформирования при осадке определяли как произведение массы бабы тбабы и ускорения а:

П = тбабы'а.

Далее были построены зависимости сил деформирования Р(ДНп) в виде полиномиальных регрессионных уравнений 4-го порядка в виде

Р = Ьо + Ь1 ДНп + Ь2 ДНп2 + Ьз ДНп3 + Ь4 ДНп4.

Графики зависимости сил деформирования от пластической деформации заготовок ДНп при горячей осадке стандартной бабой и бабой с наполнителем при Км = 0,15 и Ошар = 0,012 м приведены на рисунке.

При горячей осадке заготовок стандартной бабой наибольшая сила деформирования составила Р = 160500 Н, а при осадке заготовок бабой с наполнителем Р= 118400 Н. Таким образом, применение бабы с наполнителем позволяет значительно (в 1,35 раза) снизить силу деформирования по сравнению со стандартной бабой.

Работу пластической деформации при осадке заготовок определяли интегрированием построенных зависимостей силы деформирования Р(ДНп) по формуле

Адеф={ П АНп У^

где ДНпШб - наибольшая пластическая деформация заготовки при осадке, м.

180000 150000 120000 90000 60000 30000 0

О 0,0005 0,001 0,0015

Зависимости сил деформирования от деформации АНп при горячей осадке стандартной бабой

Коэффициент полезного действия (КПД удара) определяли по формуле

Адеф

ч,=—

Полученные значения А()еф и //,, при горячей осадке заготовок стандартной бабой и бабой с наполнителем приведены в таблице.

Работа пластической деформации Адеф и КПД удара цу при горячей осадке стандартной бабой и бабами с наполнителем __________________с Км = 0,15 и Ршав = 0,012 м________________

№п/п Эксперимент АдеФ-> Дж Ъ

1 Осадка стандартной бабой 283,8 0,70

2 Осадка бабой с наполнителем 313,4 0,78

Таким образом, при увеличении продолжительности нагрузочной фазы удара при осадке стальных заготовок бабой с наполнителем происходят снижение сил деформирования и увеличение работы пластической деформации А^еф и КПД удара //, (в 1,12 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой.

Выводы.

В результате проведенных экспериментально-теоретических исследований процесса осадки заготовок из стали 20 при ковочной температуре 1100 °С на молотах стандартной бабой и бабой с наполнителем в виде стальных шариков с Ошар = 0,012 м и отношением массы шариков к массе

А НП , м

бабы Км = 0,15 установлено, что:

1) при использовании бабы с наполнителем происходит существенное увеличение продолжительности нагрузочной фазы удара (в 2,5 раза), приводящее к снижению сил деформирования (в 1,35 раза) и увеличению работы пластической деформации и КПД удара (в 1,12 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой;

2) полученные данные с достаточной точностью подтверждают экспериментальные данные по осадке свинцовых заготовок стандартной бабой и бабой с наполнителем;

3) полученные данные можно использовать в технологических целях при ковке на молотах заготовок из углеродистых и низколегированных сталей.

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.

Лавриненко Владислав Юрьевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Москва, Московский государственный индустриальный университет

DEFINITION OF THE ENERGY-POWER PARAMETERS OF IMPACT FORMING DURING HAMMER UPSETTING

V.U. Lavrinenko

Results of the experimental and theoretical researches of the features of hot upsetting of workpieces on hammers with decreasing of impact load and increasing of work of plastic deformation are shown. It confirms of experimental data which was obtained earlier.

Key words: upsetting, impact deformation, ram of hammer, drop forging, high-speed video camera.

Lavrinenko Vladislav Urievich candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Moskov, Moscow state industrial university