Экспериментальное исследование удара при осадке на молотах в условиях горячего деформирования

Полный текст

Для сравнения с полученными ранее экспериментальными данными по ударному деформированию свинцовых заготовок было проведено исследование процесса удара при осадке стальных заготовок на молотах в условиях горячего деформирования. Осадку стальных заготовок и определение параметров удара проводили на специальной экспериментальной ударной установке, состоящей из вертикального копра и системы скоростной видеосъемки [1]. При осадке заготовок с помощью скоростной видеокамеры проводили видеосъёмку, при этом все данные в непрерывном режиме поступали в оперативную память компьютера. Для осадки заготовок на копре использовали стандартную бабу и бабу с наполнителем с одинаковыми массами mбабы = 22,4 кг. В качестве наполнителя бабы использовали металлические шарики диаметром Dшар = 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 скорости движения бабы в момент соударения с заготовкой 6,26 м/с и 6 м/с, а также теоретическая и фактическая энергии удара А = 437,1 Дж и 401, 4 Дж. Материал заготовок – сталь 20 (ГОСТ 1050-88). Размеры заготовок: высота Hзаг= 0,029 м и диаметр Dзаг = 0,059 м. Масса заготовки - mзаг = 0,6 кг. Для каждого эксперимента использовали по 3 заготовки. Заготовки нагревали до температуры 1100ºС в электропечи сопротивления «Накал» в течение 45 мин. Также подогревали основание копра до температуры 200-250ºС. Температуру поверхности заготовки и основания копра контролировали с помощью пирометра «CEM» DT-8855. При обработке полученных видеоизображений процесса осадки были определены: продолжительности нагрузочной Т1 и разгрузочной Т2 фаз удара, построены зависимости перемещения бабы ΔH, упругой деформации основания копра ΔHу, изменение пластической деформации ΔHп и относительной деформации заготовок εп на нагрузочной фазе удара. На рисунке 1 представлены графики зависимостей относительной деформации εп от времени при горячей осадке стальных заготовок стандартной бабой и бабой с наполнителем. Анализ полученных зависимостей (рисунок 1) показал, что применение бабы с наполнителем при осадке стальных заготовок приводит к существенному увеличению продолжительности нагрузочной фазы удара (до 2,5 раз) и увеличению интенсивности формоизменения и степени деформации заготовок (до 1,3 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой, что подтверждает ранее полученные данные при осадке свинцовых заготовок стандартной бабой и бабой с наполнителем [1]. Рисунок 1. Зависимость относительной деформации заготовок от времени при горячей осадке стальных заготовок стандартной бабой (1) и бабой с наполнителем (2) Для определения ускорения а движения бабы при осадке заготовок проводили двукратное дифференцирование аппроксимированных зависимостей пластической деформации заготовок ΔHп по времени, а силу деформирования F при горячей осадке определяли как произведение массы бабы mбабы и ускорения а: Графики зависимости сил деформирования от пластической деформации заготовок ΔHп при горячей осадке стандартной бабой и бабой с наполнителем при Км = 0,15 и Dшар=0,012 м приведены на рисунке 2. Рисунок 2. Зависимости сил деформирования от деформации ΔHп при горячей осадке стандартной бабой (1) и бабой с наполнителем при Км = 0,15 и Dшар = 0,012 м (2) При горячей осадке заготовок стандартной бабой наибольшая сила деформирования составила F = 160500 Н; а при осадке заготовок бабой с наполнителем – F= 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 F(ΔHп). Далее определили коэффициент полезного действия (КПД) удара: . Полученные значения Адеф и ηу при горячей осадке заготовок стандартной бабой и бабой с наполнителем приведены в таблице 1. Таблица 1 Работа пластической деформации Адеф и КПД удара ηу при горячей осадке стандартной бабой и бабами с наполнителем с Км = 0,15 и Dшар = 0,012 м №п/п Эксперимент Адеф, Дж ηу 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 происходит снижение сил деформирования и увеличение работы пластической деформации Адеф и КПД удара ηу (в 1,12 раза) по сравнению с осадкой стандартной бабой, что также подтверждает ранее полученные данные при осадке свинцовых заготовок стандартной бабой и бабой с наполнителем [2]. 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 Dшар = 0,012 м и отношением массы шариков к массе 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.

Об авторах

В. Ю Лавриненко

Московский государственный индустриальный университет

к.т.н. доц.

Е. И Семенов

Московский государственный индустриальный университет

д.т.н. проф.

А. Е Феофанова

Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)

д.т.н. проф.

Список литературы

Дополнительные файлы