Розробка та оптимізація технології та модернізація ковальської лінії для кілець підшипників

Автор(и)

  • Anatoliy Girshfeld Приватне акціонерне товариство «У.П.Е.К.», вул. Маршала Батицького, 4, м. Харків, Україна, 61038, Україна https://orcid.org/0000-0002-3759-7280
  • Eduard Simson Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0003-4178-4828

DOI:

https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.198354

Ключові слова:

індукційний нагрів, гідравлічний прес, гаряча формовка, взаємопов’язана мультифізична задача, термопластичне деформування, метод кінцевих елементів

Анотація

Об'єктом дослідження є ковальська лінія Л-408 (Україна) для виробництва заготовок кілець залізничних підшипників. Ця лінія встановлена на Харківському підшипниковому заводі (Акціонерне Товариство «ХАРП», Україна) та складається з ділянки індукційного розігріву КІН 750, гідравлічного три-позиційного преса П-2038А та кільце-розкатної установки КПС 250. За результатами технічного аудиту лінії виявлено, що КІН 750 було вироблено на застарілій апаратній базі й він має більш низький ККД. Крім того, відсутність можливостей управління потужністю та частотою в процесі розігріву не дає можливості оптимізувати процес за витратами електроенергії. Також преси всіх шістьох ліній працюють від однієї гідравлічної насосної станції, що викликає її свідомо неефективну роботу при використанні лише частини лінії. Окрім того, принцип роботи преса П-2038А за відсутністю системи управління гідравлічним тиском у виконавчих органах преса не дозволяє реалізувати оптимальне управління гідронасосами за критерієм мінімуму електроенергії, що споживається.

В ході дослідження основним методом математичного моделювання індукційного нагріву заготовки та ковальських операцій обрано метод скінчених елементів. Розроблена й виготовлена нова система індукційного нагріву має безсумнівні переваги перед існуючою раніше лінією індукційного нагріву, оскільки виконана на сучасній елементній базі й має можливості програмного управління потужністю в процесі нагріву. Виконана модернізація преса з автономною насосною станцією потужністю 132 КВт (замість центральної станції потужністю 900 КВт). Використання кінетичної енергії повзуна й траверс надає радикального зниження енергоспоживання, особливо в умовах роботи декількох або тим більш однієї з шести ковальських ліній Л-408.

Математичні моделі й численні методи, розроблені для моделювання керованого індукційного розігріву заготовок та об’ємно-пресових операцій, довели свою ефективність при розрахунку й оптимізації конструктивних та режимних параметрів гаряче-ковальської лінії. Отримані за допомогою математичного моделювання ефекти повністю були підтверджені при натурних випробуваннях, а власне значення температур та тиску незначним чином відрізнялись від результатів вимірів.

Біографії авторів

Anatoliy Girshfeld, Приватне акціонерне товариство «У.П.Е.К.», вул. Маршала Батицького, 4, м. Харків, Україна, 61038

Президент, Член-кореспондент Інженерної Академії України

Eduard Simson, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», вул. Кирпичова, 2, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, професор, Лауреат державної премії України в галузі науки та техніки, заслужений діяч науки та техніки України, Академік Інженерної Академії України, Кавалер ордена Я. Мудрого

Кафедра опору матеріалів

Посилання

  1. Nemkov, V. S., Demidovich, V. B. (1988). Teoriia i raschet ustroistv indukcionnogo nagreva. Leningrad: Energoatomizdat, 279.
  2. Kuvaldin, A. B. (1988). Indukcionnii nagrev ferromagnitnoi stali. Moscow: Energoatomizdat, 198.
  3. Elshin, V. V., Zhilcov, Iu. V. (2011). Modelirovanie processa indukcionnogo nagreva s ispolzovaniem programmnogo kompleksa ANSYS. Sovremennye tekhnologii. Sistemnii analiz. Modelirovanie, 1–5. Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-protsessa-induktsionnogo-nagreva-s-ispolzovaniem-programmnogo-kompleksa-ansys
  4. Zabett, A., Mohamadi Azghandi, S. H. (2012). Simulation of induction tempering process of carbon steel using finite element method. Materials & Design (1980-2015), 36, 415–420. doi: http://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.10.052
  5. Grozenok, E. D., Simson, E. A., Stepuk, A. V., Shergin, S. Y. (2016). Numerical simulation of the workpieces’ temperature field for manufacturing bearing rings during induction heating. Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: Dynamics and Strength of Machines, 26, 50–53. doi: http://doi.org/10.20998/2078-9130.2016.26.79927
  6. Drobenko, B., Hachkevych, O., Kournyts’kyi, T. (2007). A mathematical simulation of high temperature induction heating of electroconductive solids. International Journal of Heat and Mass Transfer, 50 (3-4), 616–624. doi: http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2006.07.013
  7. Díaz Moreno, J. M., García Vázquez, C., González Montesinos, M. T., Ortegón Gallego, F. (2012). Analysis and numerical simulation of an induction–conduction model arising in steel heat treating. Journal of Computational and Applied Mathematics, 236 (12), 3007–3015. doi: http://doi.org/10.1016/j.cam.2011.04.007
  8. Clain, S., Rappaz, J., Swierkosz, M., Touzani, R. (1993). Numerical modeling of induction heating for two-dimensional geometries. Mathematical Models and Methods in Applied Sciences, 3 (6), 805–822. doi: http://doi.org/10.1142/s0218202593000400
  9. Vollrath, D.-I. K. (2013). Simulation of forging processes, Forging Industry Information Service. Industrieverband Massivumformung e. v., 63.
  10. Shirgaokar M., Ngaile G., Shen G. (2005). Process Modeling in Impression-Die Forging Using Finite-Element Analysis. Cold and Hot Forging: Fundamentals and Applications, 16, 193–200.
  11. Avtonomova, L. V., Grozenok, E. D., Simson, E. A., Stepuk, A. V. (2017). Modelirovanie processa obemnoi shtampovki podshipnikovogo kolca. Vіsnik NTU «KHPІ». Transportne mashinobuduvannia, 14, 135–139.
  12. Basic, H., Duharkic, M., Burak, S. (2019). Numerical simulation of hot forging process in production of axisymmetric automobile parts. Periodicals of Engineering and Natural Sciences (PEN), 7 (4), 1572–1581. doi: http://doi.org/10.21533/pen.v7i4.487
  13. Behrens, B.-A. (2008). Finite element analysis of die wear in hot forging processes. CIRP Annals, 57 (1), 305–308. doi: http://doi.org/10.1016/j.cirp.2008.03.087
  14. L-Cancelos, R., Varas, F., Martín, E., Viéitez, I. (2016). Analysis of the thermo-mechanical deformations in a hot forging tool by numerical simulation. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 119, 012021. doi: http://doi.org/10.1088/1757-899x/119/1/012021
  15. Aydın, M., Kisioglu, Y. (2013). Hydraulic press design under different loading conditions using finite element analysis. Engineering Science and Technology, 16, 129–138.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-07-12

Як цитувати

Girshfeld, A., & Simson, E. (2019). Розробка та оптимізація технології та модернізація ковальської лінії для кілець підшипників. Technology Audit and Production Reserves, 4(1(48), 52–61. https://doi.org/10.15587/2312-8372.2019.198354

Номер

Том 4 № 1(48) (2019): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології машинобудування: Оригінальне дослідження

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Anatoliy Girshfeld, Eduard Simson

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.