К вопросу прочности бабы ковочных и штамповочных молотов с наполнителем

УДК 621.771

К ВОПРОСУ ПРОЧНОСТИ БАБЫ КОВОЧНЫХ

И ШТАМПОВОЧНЫХ МОЛОТОВ С НАПОЛНИТЕЛЕМ

В.Ю. Лавриненко, Р.Р. Шагалеев

Проведенные экспериментально-теоретические исследования процесса ударного деформирования при осадке позволили установить, что применение бабы молота с наполнителем в виде стальных шариков приводит к существенному снижению силы деформирования по сравнению с осадкой стандартной бабой. Проведенное компьютерное моделирование в программном комплексе AUTODESK INVENTOR PROFESSIONAL 2008 позволило установить, что при ударном нагружении в стандартной бабе молота и бабе молота с наполнителем возникают примерно одинаковые эквивалентные напряжения, что позволило сделать вывод об обеспечении необходимой прочности предложенной бабы молота с наполнителем по сравнению с прочностью стандартной бабы молота.

Ключевые слова: осадка, ударное деформирование, баба молота с наполнителем, ковочный и штамповочный молот.

По производственным данным кузнечных цехов крупнейших российских и зарубежных предприятий (АО «УЗТМ», АО «Уральская кузница» и др.) наиболее нагруженной и часто выходящей из строя деталью ковочных и штамповочных молотов является шток. Так, по данным крупнейшего производителя кузнечно-прессового оборудования компании «SCHULER» (Германия) ковочный молот с массой падающих частей 3 т непрерывно работает в 3 смены в течение месяца. При этом баба молота совершает примерно 20000 ударов по заготовкам. После этого независимо от наличия или отсутствия поломки проводят предупредительную замену штока молота [1, 2, 3].

Основной причиной выхода из строя бабы ковочных и штамповочных молотов является поломка в зоне паза «ласточкин хвост». Вместе с тем, поломка корпуса бабы происходит крайне редко при обеспечении требований к качеству его изготовления. По данным компании «SCHULER», корпус бабы молота имеет значительную стойкость (до 1 - 1,5 лет) при максимальной загруженности [2].

Проведенные ранее экспериментально-теоретические исследования [4, 5] процесса ударного деформирования при горячей осадке цилиндрических стальных заготовок бабой молота с наполнителем [6] в виде стальных шариков с увеличением продолжительности ударного взаимодействия позволили установить, что применение бабы молота с наполнителем приводит к существенному снижению силы деформирования (до 1,4 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабы молота.

59

На рис. 1 приведены графики зависимостей сил деформирования от деформации заготовок при горячей осадке стандартной бабой и бабой с наполнителем с одинаковой массой 22,4 кг. В качестве наполнителя бабы использовали стальные шарики диаметром 12 мм массой 7,84 кг (35 % от общей массы бабы).

Высота и диаметр заготовок составили Н = 29 мм, Б = 59 мм. Материал заготовок - сталь 20 (ГОСТ 1050-88). Температура нагрева заготовок 1100 °С. Экспериментальная энергия удара составила 401,4 Дж.

180000 150000 120000 90000 60000 30000 0

Я н

/ /

/ /

1 / /

/ / 2 ^

—

ДНл, м

0,0005

0,001

0,0015

Рис. 1. График зависимости сил деформирования от деформации заготовок АН при горячей осадке стандартной бабой и бабой с наполнителем

Таким образом, можно сделать вывод о существенном снижении силы деформирования и соответственно нагрузки на детали молота (инструмент, баба, шток и т.д.) до 1,4 раза при применении бабы молота с наполнителем.

Снижение силы деформирования связано с изменением скоростных условий деформирования при использовании бабы молота с наполнителем (увеличение продолжительности деформации, уменьшение скорости деформации и соответственно снижение сопротивления деформированию материала заготовки).

Далее для оценки прочности корпуса стандартной бабы молота и бабы молота с наполнителем были проведены компьютерное моделирование и прочностной расчет в программном комплексе ЛиТ0ББ8КЮТБЖ0Я РЯ0РБ8810КЛЬ 2008.

В качестве материала бабы молота была принята сталь 45, ат = 360 МПа. Расчет проводили при нагружении стандартной бабы молота и корпуса бабы молота с наполнителем силой 3 МН (примерно соответствует условиям деформирования бабой молота с массой падающих частей 3 т) (рис. 2).

Рис. 2. Конечно-элементные модели и схемы нагружения стандартной бабы молота

В результате были определены значения и построено распределение наибольших эквивалентных напряжений (интенсивность напряжений по Мизесу) по сечению бабы молота (рис.4).

Установлено, что наибольшие эквивалентные напряжения в корпусе стандартной бабы молота равны 40,84 МПа, а в корпусе бабы молота с наполнителем - 37,14 МПа, т.е. возникающие эквивалентные напряжения примерно одинаковые для стандартной бабы и бабы с наполнителем.

а

б

ПК'

Рис. 3. Распределение по сечению бабы молота наибольших эквивалентных напряжений: а - стандартная баба молота; б - баба молота с наполнителем

62

Также можно отметить, что максимальные значения эквивалентных напряжений имеют место в зонах паза «ласточкин хвост» и отверстия для установки штока молота в корпусе стандартной бабы и корпусе бабы с наполнителем, что соответствует производственным данным о местах поломки бабы молота.

Выводы. Можно отметить, что проведенные экспериментально-теоретические исследования процесса деформирования при осадке заготовок и компьютерное моделирование процесса ударного нагру-жения корпуса бабы молота позволяют сделать вывод об обеспечении необходимой прочности предложенной бабы молота с наполнителем по сравнению с прочностью стандартной бабы молота.

Список литературы

1. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка / под общ. ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. 717 с.

2. Кресс А. Практика применения прессов с сервоприводом фирмы SCHULER //Заготовительные производства в машиностроении. 2016. № 3. С. 25-30.

3. Лавриненко В.Ю., Семенов Е.И. Модернизация ковочных и штамповочных молотов // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2016. №3. С. 25 - 28.

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

5. Лавриненко В.Ю., Семенов Е.И., Милевская Т.В. Экспериментальные исследования осадки заготовок последовательными ударами бабы ковочного молота // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Ч. 1. 2015. С. 41 - 45.

6. Баба молота: пат. РФ № 2438825. 0публ.10.01.2012. Бюл. № 1.

Лавриненко Владислав Юрьевич, д-р техн. наук, проф., vlavrinenko@,bmstu.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана,

Шагалеев Руслан Ринатович, студент, vlavrinenko@,bmstu. ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

TO QUESTION OF STRENGTH OF RAM WITH FILLETS OF THE FORGING HAMMERS

V. Yu. Lavrinenko, R.R. Shagaleev 63

Experimental possibility for decreasing of deformation loads during upsetting by using special ram with fillets is shown. The equal von Mises stresses in standard ram and special ram with fillets during impact loading were obtained by simulation in AUTODESK INVENTOR PROFESSIONAL 2008. The possibility ofproviding of equal strength of standard ram and ram with fillets offorging hammers was obtained.

Key words: efficiency of impact, upset process, hammer, drop forging.

Lavrinenko Vladislav Yurievich, doctor of technical sciences, professor, vlavrinen-ko a bmstii.ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University,

Shagaleyev Ruslan Rinatovich, student, vlavrinenkoa bmstu. ru, Russia, Moscow, Moscow Bauman State Technical University

УДК 621.071

ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ И ПРЕСС-ФОРМ ИЗ ТЕПЛОСТОЙКИХ

СТАЛЕЙ

В.П. Табаков, В.Н. Кокорин, Ю.А. Титов, О.И. Морозов

Представлен разработанный способ повышения стойкости рабочих поверхностей деталей штампов и пресс-форм из теплостойких сталей за счет напыления износостойкого покрытия ионно-плазменным методом на рабочую поверхность инструмента, подвергнутую холодному пластическому деформированию (механической активации).

Ключевые слова: стойкость, поверхность, деталь, штамп, пресс-форма, покрытие, стали, ионно-плазменный метод.

Ульяновский государственный технический университет имеет приоритетные технологические разработки в области повышения стойкости рабочих деталей штампов за счет нанесения износостойких покрытий на рабочую поверхность. Применение износостойких покрытий на рабочие поверхности штампового инструмента позволит значительно повысить стойкость, увеличить ресурс рабочих деталей штампов листовой штамповки и пресс-форм.

Сотрудники кафедр «Материаловедение и обработка металлов давлением» и «Металлорежущие станки и инструменты» проводят исследовательские и прикладные работы по установлению рациональных режимов нанесения износостойких покрытий методом ионно-плазменного напыления на рабочий инструмент. В настоящее время выполнен предварительный анализ номенклатуры тяжелонагруженных деталей штампового инструмента, используемой для изготовления изделий номенклатуры АО «УКБП».