Development and optimization of technology and modernization of forging line for bearing rings

Abstract

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-розкочувальної 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. Ключові слова: індукційний нагрів, гідравлічний прес, гаряча формовка, взаємопов'язана мульти-фізічна задача, термопластичне деформування, метод кінцевих елементів.