Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Юганова Н.А. 1

---

1 Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова

В статье представлены теоретико-экспериментальные исследования динамики ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовкой, проводимые в течение ряда лет. Задача динамики ковочного молота решалась частотным методом в более ранних работах автора. Для проверки предлагаемого метода расчета ковочного молота была проведена серия экспериментальных исследований в основном производстве ЗАО «Авиастар-СП» (г. Ульяновск) на операциях свободной ковки на молоте модели М1345. Отражены результаты экспериментальных исследований, которые проводилась с целью проверки адекватности построенной математической модели ковочного молота, изучения взаимосвязей между напряжениями, возникающими в различных частях молота, и физико-механическими свойствами материала заготовки, режимом работы молота, а также исследования осадки заготовки в процессе ударного взаимодействия с падающими частями ковочного молота при фиксированном ходе бабы. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов показало их хорошую сходимость.

Статья в формате PDF

133 KB

Частотный метод

ковочный молот

1. Санкин Ю.Н., Юганова Н.А. Линейная модель заготовки при ковке // Фундаментальные исследования / Ю.Н. Санкин, Н.А. Юганова. –2012. – № 11 (часть 4). – С. 952-955.

2. Санкин Ю.Н., Юганова Н.А. Ударное взаимодействие падающих частей ковочного молота с заготовкой // Фундаментальные исследования / Ю.Н. Санкин, Н.А. Юганова. – 2013. – № 10 (часть 13). – С. 2874-2877.

3. Юганова Н.А. Исследование напряженно-деформированного состояния элементов ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовкой / Н.А. Юганова. – Ульяновск: УлГПУ, 2013. – 67 с.

4. Юганова Н.А. Частотный метод расчета ковочного молота // Фундаментальные исследования / Н.А. Юганова. – 2012. – № 11 (часть 5). – С. 1210-1213.

5. Санкин Ю.Н., Юганова Н.А. Шток ковочного молота с отверстиями ступенчато-переменного сечения // Современные проблемы науки и образования / Ю.Н. Санкин, Н.А. Юганова. – 2012. – № 6; URL: http://www.science-education.ru/106-7499 (дата обращения: 23.11.2012).

В работах [1,2,3,4] решалась задача математического моделирования ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовкой сложной вязкоупругой стержневой системой с распределенными параметрами, соударяющейся с препятствием. Для решения поставленной задачи использовался частотный метод, представляющий собой модификацию метода конечных элементов, основанного на точном интегрировании дифференциального уравнения для конечного элемента. Заготовки ковочного молота, испытывающие ударные нагрузки, моделировались в виде вязкоупругого тела Максвелла. Затем частотным методом получена оценка осадки заготовки при ковке, позволяющая назначать безопасные технологические режимы.

Применение предлагаемого подхода позволяет производить расчет напряженно-деформированного состояния в любом интересующем сечении рабочих частей молота, а также дает возможность проводить вариантные расчеты с целью совершенствования конструкции ковочных молотов. На основании проведенных расчетов в работе [5] предложена новая конструкция штока ковочного молота с отверстиями ступенчато-переменного сечения, позволяющая снизить нагрузки, возникающие в месте заделки штока в бабуна (18–20) % и направленная на повышение надежности штоков, что позволяет увеличить срок их эксплуатации и тем самым сократить материальные потери от замены штоков и от простоя оборудования в период их замены. Снижение напряжений достигается за счет перераспределения напряжений при ударном воздействии в различных сечениях штока. Эффект получен в результате частотного метода расчета ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовкой.

Для анализа напряженно-деформированного состояния элементов ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовкой создан программный пакет «Система», позволяющий осуществлять вариантные расчеты (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013617459).

Для проверки предлагаемого метода расчета ковочного молота была проведена серия экспериментальных исследований в основном производстве ЗАО «Авиастар-СП» (г. Ульяновск) на операциях свободной ковки на молоте модели М1345 (в 1999, 2011, 2012 гг.). Испытания проводились в условиях выполнения производственной программы. Ковка проводилась в соответствии с маршрутно-технологическим паспортом ковки завода. Режимы ковки устанавливали по результатам предварительных опытов в зависимости от условий и целей экспериментов с учетом технологических возможностей ковочного молота и рекомендаций [3]. Был выбран режим единичного удара, при котором баба совершает рабочий ход и останавливается. Регулировка удара и остановка бабы принудительные. Такие удары требуются при осадке, обжатии слитков и т.д.

Первая серия экспериментов, проведенная в 1999 г., проводилась с целью изучения взаимосвязей между напряжениями, возникающими в различных частях молота: штоке, бабе, нижнем и верхнем бойках, подушке и шаботе и физико-механическими свойствами материала заготовки, режимом работы молота (табл. 1).

Табл. 1. Экспериментальные образцы первой серии экспериментов

Критериями оценки процесса удара являлись:

– Напряжение , Па.

– Частота продольных колебаний f, Гц.

Рис. 1. Амплитуда напряжений s в месте заделки штока в бабу: а - сталь 45, V = 4 м/с; б - титановый сплав ОТ4, V = 6 м/с;  в - алюминиевый сплав АК6, V = 6 м/с; 1, 2 - соответственно теоретическая и экспериментальная кривые

Результаты сравнения теоретических и экспериментальных результатов приведены в работе [4] и показали среднюю погрешность вычислений 14 % для частот собственных колебаний и 25 % для амплитуд колебаний (рис. 1).

Вторая серия экспериментов, проведенная в 2011 г., выполнена для проверки адекватности построенной математической модели ковочного молота (табл. 2).

Табл. 2. Результаты экспериментальных исследований второй серии

В результате численных расчетов, осуществленных с помощью программного комплекса MathCAD2001, получен переходный процесс в точке контакта верхнего бойка молота с заготовкой, представленный на рис. 2. Получено, что осадка заготовки после первого удара составляет 21 мм. Что согласуется с экспериментальными данными.

Рис. 2. Переходный процесс в точке контакта верхнего бойка молота с заготовкой

В работе [1] получили, что экспериментальные исследования хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Расхождения в среднем составляют 4,5 %.

Третья серия экспериментов (2012 г.) проводилась с целью определения напряжений в элементах ковочного молота, исследования осадки заготовки в процессе ударного взаимодействия с падающими частями ковочного молота при фиксированном ходе бабы, результаты представлены в табл. 3.

Табл. 3. Результаты экспериментальных исследований второй серии экспериментов

В результате численных расчетов, осуществленных с помощью программного комплекса MathCAD2001, получен график движения падающих частей ковочного молота в процессе ударного взаимодействия с заготовками (рис. 3), при исходных данных, представленных в табл. 3. Масса падающих частей ковочного молота М1345 равна 3150 кг, максимальная скорость соударения 7 м/с.

Рис. 3. Графики движения падающих частей ковочного молота, построенные в системе MathCAD2001 согласно частотному методу расчета [4]: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – номера заготовок из табл. 3.

Результаты сравнения теоретических и экспериментальных результатов представлены в табл. 4.

Табл. 4. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов второй серии экспериментов

В среднем расхождение теоретических и экспериментальных значений составляет 25,8 %. Полученная погрешность обусловлена степенью адекватности построенной математической модели, взятым минимальным коэффициентом сопротивления γ, требующим уточнения для разных материалов и прочих факторов, средним значением скорости соударения. Расчетные частоты собственных колебаний соответствуют диапазону частот, полученному в работе [3], при динамическом анализе ковочного молота частотным методом.

По результатам экспериментальных исследований составлены и подписаны акт опытно-промышленных испытаний с представителями ОАО «Авиастар-СП» и УлГТУ.

Рецензенты:

Лебедев А.М., д.т.н., доцент, профессор Ульяновского высшего авиационного училища (института), г. Ульяновск.

Антонец И.В., д.т.н., профессор Ульяновского государственного технического университета, г. Ульяновск.

Библиографическая ссылка