Автореферат Турлыбековой


УДК  628.517.2:669                                                                     На правах рукописи

                                            

 

 

 

 

 

 

 

ТУРЛЫБЕКОВА МЕРУЕРТ РЫСКЕЛЬДИЕВНА

 

 

Использование демпфирующих сплавов в штамповочном

производстве

 

 

05.26.01 – Охрана труда

 

 

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание

ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2008

Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан.

 

 

Научный руководитель:           доктор технических наук

                                                       Утепов Е.Б.

 

Официальные оппоненты:       доктор технических наук

                                                        Шакиров А.Т.,

                                                        кандидат  технических наук

                                                        Касенов К.М.

                                                      

 

Ведущая организация:              Алматинский институт

     энергетики и связи

 

 

 

Защита состоится «_30__» __мая__ 2008 года в _1630___ на заседании диссертационного совета Д 14.61.25 при Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева по  адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, корпус НК, 1 этаж, конференц-зал.

 

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.

 

 

 

 

Автореферат разослан «___»  ____________  2008 г.

 

 

 

 

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук                                                               М.Т.Жараспаев 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Актуальность исследований. Шум ударного происхождения является наиболее распространенным и вредным производственным фактором промышленности.

Одним из высокопроизводительных и эффективных производств является штамповочное производство. Однако оно характеризуется высоким уровнем шума и вибрации. Производственный шум и звуковая вибрация ухудшают условия труда, негативно воздействуют на здоровье работающих. Интенсивная вибрация штамповочного оборудования является причиной повреждения конструкций машин и механизмов и уменьшения сроков их эксплуатации. Все эти проблемы ставят перед конструкторами и технологами задачу снижения параметров шума и вибрации.

Часто в штамповочном производстве преобладают шумы ударные и тональные, характеризующиеся как наиболее вредные для здоровья работающих. При коротких импульсах возрастает вероятность потери слуха.

Одним из эффективных методов снижения шума является гашение его в источнике возникновения. К данному методу следует отнести замену ударных механизмов на безударные, замена зубчатых передач на клиноременные и т.п. Наиболее приемлемым методом снижения шума в источнике возникновения является использование демпфирующих материалов. Могут быть использованы неметаллы (пластмассы, древесина, полиэтилен и др.), цветные металлы.

Однако наиболее актуальным для снижения шума в источнике возникновения в штамповочном производства является применение демпфирующих металлических материалов на железной основе.

Целью работы является снижение производственного шума при листовой штамповке, создаваемого при соударении.

Основная идея работы заключается в физическом моделировании процесса соударения при работе штампа и разработке сплавов с повышенными демпфирующими свойствами.

Задачи исследования:

- оценить акустические и демпфирующие свойства стандартных марок сталей, используемых для изготовления деталей методом листовой штамповки;

- разработать устройство для исследования процесса соударения при работе штампа;

- разработать сплавы с повышенными демпфирующими свойствами, которые могут быть рекомендованы для изготовления металлических листов для холодной штамповки;

- разработать рекомендации по снижению шума штамповочного производства.

Предметом исследования являются: устройства для исследования соударений; сталь тонколистовая холоднокатаная низкоуглеродистая качественная для холодной штамповки.

Объектом исследования являются штамповочное производство, характеризующееся высоким уровнем шума.

Метод исследований. В работе использована комплексная методика исследований, включающая аналитический обзор, патентный поиск и обобщение отечественного и зарубежного опыта снижения шума ударного происхождения, физическое моделирование, натурные испытания, а также применение математической статистики.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

- физическое моделирование процесса соударения пуансона и листовой металлической заготовки обеспечивается свободным падением модели пуансона на модель заготовки с высоты 2,2h (h высота модели пуансона), при этом соотношение масс заготовки и пуансона должно быть как 1:2,5;

-  совместное легирование доэвтектоидного сплава лантаном (0,15%), хромом (0,42%), марганцем (0,65%), кальцием (0,14%), при низком содержании углерода (0,24%) позволяет создать после горячей пластической деформации феррито-перлитную структуру, обеспечивающую достаточные прочностные и пластические свойства (σВ=408 МПа, δ5=29%, δ10=30%) и пониженные характеристики звукоизлучения при штамповке (на 5-7 дБА ниже, чем у стандартных сталей), что позволяет улучшить условия труда.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- создано новое устройство для исследования процесса соударения твердых тел, моделирующее процесс работы штамповочного оборудования, состоящего из свободно падающей модели-пуансона и неподвижно находя­щейся модели-заготовки, отличающейся от аналогов более высокой степенью моделирования, простотой конструкции и повышенной точностью измерения;

- разработан новый демпфирующий сплав, легированный лантаном (0,15%), хромом 0,42%, марганцем (0,65%), кальцием (0,14%), обладающий пониженным звукоизлучением при соударении.

Реализация результатов работы: Составы разработанных марок ста­лей МТ-2, МТ-3 рекомендованы для внедрения на производстве. Получены акты внедрения с ожидаемым экономическим эффектом.

Личный вклад автора: исследованы акустические, демпфирующие и физико-механические свойства стандартных и новых сталей для деталей, изготавливаемых методом листовой штамповки; разработано новое устройство для исследования процесса соуда­рения, моделирующее оборудование штамповочного производства.

Обоснованность и достоверность научных положений обеспечива­ется:

- использованием теоретических предпосылок, базирующихся на зако­нах акустики, металловедения, физики, химии, теории демпфирования, коле­баний и волн;

- корректностью постановки теоретических задач, принятыми допуще­ниями, достаточным объемом исходных данных и инструментальных иссле­дований;

- совокупностью и удовлетворительной сходимостью результатов ана­литических, лабораторных, промышленных исследований характеристик звукоизлучения.

Практическая значимость работы заключается в оценке акустических и демпфирующих характеристик известных марок сталей, из которых изготавливают детали методом листовой штамповки, создании новых марок сталей и разработке рекомендаций по снижению шума штамповочного производства.

Апробация работы. Работа доложена на: VI Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология), Алматы, КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2004г; VII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические и правовые аспекты БЖД), Алматы, КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005г Ч.1.; VIII Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика), Алматы, КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006г; IX Международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика), Алматы: КазНТУ, 2007.

На научно-технических семинарах КазНТУ имени К.И.Сатпаева в 2004-2008 гг.

Связь диссертации с планами НИР. Работа выполнялась в соответствии с планом научно-исследовательских работ Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева. Результаты работы были использованы при выполнении: гранта МО и Н РК по теме 6.636П.02 (срок 2002-2006гг., объем финансирования 700000 тенге) «Разработка новых конструкционных материалов с повышенными демпфирующими свойствами для использования в технике борьбы с шумом»; гранта HAH PK по теме 6.649Ф.03 (срок 2003-2005 гг., объем финансирования 2630000 тенге) «Ис­следование процессов дефектообразования и структурно-фазовых превраще­ний в демпфирующих сплавах на основе железа».

Публикации по теме диссертации: 1 монография, 12 статей и 10 тезисов докладов на Международных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований, со­держит  149 страниц компьютерного набора, в том числе 41 рисунка, 50 таб­лиц, 3 приложений.

 

 

 

 

 

 

 

Основная часть

 

Общеизвестен прогрессивный характер технологии кузнечно-штамповочного производства, основанной на получении заданной формы деталей или заготовок в результате рационального перераспределения металла, а не за счет удаления части его в стружку (как это происходит при обработке резанием). Кроме того, обработка метал­лов давлением позволяет получать изделия с повышенными механическими свойствами.

Технологические процессы обработки давлением отличаются большими удельными усилиями сопротивления деформированию материалов (усилиями полезного сопротив­ления), значительными затратами энергии, которые имеют кратковременный, так называемый пиковый характер. В связи с этим большинство кузнечно-штамповочных машин по существу являются «усилителями мощно­сти», и в их конструкциях предусмотрены аккумуляторы, обеспечи­вающие возможность пикового расхода энергии, накопленной в них ранее. Различные сочетания конструкций аккумуляторов и меха­низмов, передающих эту энергию для преодоления полезного со­противления, определяют многообразие кузнечно-штамповочных ма­шин.

Листовая штамповка, или штамповка листового материала, является широко распространенной и весьма прогрессивной разновидностью техноло­гии обработки металла давлением. Используя в качестве исходной заготовки листовой материал (полосу, ленту, лист), штамповкой можно изготавливать разнообразные плоские и объемные детали.

В таких областях производства, как машиностроение, авто-, тракторо- и самолетостроение, в оборонной промышленности, приборостроении удель­ный вес штампованных деталей составляет 60...80 %. Наряду с большими  возможностями данный вид производства характеризуется вредным про­изводственным фактором – импульсным шумом высокого уровня. Такого рода непостоянный шум особенно неблагоприятно воздействует на человека. Из­мерения в соответствии с ГОСТ 12.1.050-86 показали, что шум на рабочих местах механических прессов превышает нормативные значения, установ­ленные СН 2.2.4/2.1.8.562-96 на 15...200 дБ. Проведенное ранее поузловое исследование типового механического пресса показало, что основным источником шума является система "пуан­сон-заготовка-матрица". Существенный вклад в шумообразование вно­сит муфта включения при сбросе сжатого воздуха. Шум электроприводов и других систем пресса выражен значительно меньше. Отмечается также шум пневмосистемы сдува малоразмерных деталей при их вырубке из металличе­ских листов малой толщины.

Среди мероприятий, направленных на снижение шума штамповочного производства используют изменение конструк­ции инструмента, в частности применение скошенных штампов. Такого рода штампы имеют на пуансонах (матрицах) скос режущей кромки на опреде­ленный угол. Так как процесс взаимодействия инструмента с заготовкой в этом случае растянут по времени, потребное усилие в каждый его мо­мент уменьшается, как следствие этого снижается вибрация, а следовательно, и шум.

Повышенный шум отрицательно влияет на нервную и сердечно­сосудистую системы человека, вызывает утомление, раздражение, нарушение сна, агрессивность, способствует психическим заболеваниям. Шум отрица­тельно влияет на производительность труда. Специалисты утверждают, что за счет негативных акустических воздействий заболеваемость, например, в городах возрастает на 30%.

Производственный шум в штамповочном производстве существенно превышает допустимые значения. Штампы пресса при работе генерируют интенсивный шум. Многие цеха штамповочного производства, характери­зующиеся повышенным шумом, не обеспечены мероприятиями по снижению шума. Отсутствуют исследования по изучению демпфирующих свойств ма­териалов, используемых в штамповочном производстве.

В качестве объекта исследования выбрана стандартная сталь тонколистовая холоднокатаная качественная для холодной штам­повки:

Опытные сплавы выплавляли в тигельной индукционной печи емко­стью 12 кг с основной футеровкой. Исходным материалом служило армко-железо. Легирование производили 97,6% металлическим марганцем и 78,55% металлическим хромом, углеродосодержащей добавкой служил синтетический чугун с содержанием углерода 3,9%. Стали отливали в металлическую изложницу размерами 210×115×115 мм.

 

Таблица 1 – Химический состав и механические свойства исследованных сталей

 

Марка

стали

Химический состав, % вес

Механические

свойства

С

Si

Мn

Сr

Дополнительные ле-

гирующие   элементы

σв,

МПа

δ5

δ 10

%

1

2

3

4

5

6

7

8

9

25ХГСА

0,22-0,28

0,9-

1,20 

0,8-1,10

0,80-

1,10

S≤0,025;

Р0,025; Сu≤0,30;

Ni≤0,30

500-700

21

17

08пс

0,09

0,04

0,25-0,45

0,10

S≤0,03;

Р0,025; Сu≤0,20; Ni≤0,15

270-390

28

27

08Фкп

0,09-0,08

0,01-

0,03

0,20-0,40

0,03-0,04

Сu≤ 0,10; Ni≤ 0,10; S≤ 0,030-0,025;

Р 0,0025-0,020; Al=0,02-0,07;V=0,02-

-0,04

260-360

34

42

 

 

 

Продолжение таблицы 1

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

08кп

0,10

0,03

0,25-0,45

0,10

S≤0,03; Р0,025;

Сu 0,20; Ni=0,15;Al=0,02-0,08

280-410

26

25

25пс

0,22-0,27

0,03-

0,25-0,50

0,25

Ni≤0,25; Si≤0,03;

P≤0,04; As≤0,30;

Сu≤0,30; S≤0,04

360-460

27

60

08ю

0,05-0,11

0,05-0,17

0,35-0,65

≤0,10

S≤0,04; P≤0,035;

Сu≤0,25; N≤0,25;

As≤0,08

295

35

60

МТ-1

0,08

<0,1

0,30

0,12

P = 0,035; S = 0,04;

Са = 0,13; La = 0,11

320

25

24

МТ-2

0,12

<0,1

0,32

0,10

P = 0,035; S = 0,04

Са = 0,12; La = 0,14

340

26

23

МТ-3

0,24

<0,1

0,65

0,42

P = 0,035; S = 0,04

Са = 0,14; La = 0,15

408

29

30

МТ-4

0,09

<0,1

0,30

0,11

P = 0,035; S = 0,04

Са = 0,15; La = 0,13

360

27

28

 

 

Исследование акустических (уровень звука (УЗ), уровень звукового давления (УЗД)) свойств сплавов проводили на установке (рисунок 1).

Устройство   для   исследования   соударения   моделей   «пуансон»   -«матрица» представлено на рисунке 1 и состоит из основания 14, на котором ус­тановлены три ребра жесткости 6, крепящие основание 14 и корпус 5. Внутри корпуса 5 находится ударник 2, имеющий цилиндрическую форму и на-поминающий пуансон. В корпусе 5 имеются пять отверстий 7, диаметром  5 мм.

 

 

1-образец; 2-ударник; 3-наконечник ударника; 4-отверстие для фиксатора в ударнике; 5-корпус; 6-рёбра жесткости; 7-отверстия для фиксатора в корпусе; 8-шумомер «Октава-101А»; 9-виброимерительный прибор «Октава-101В»; 10-микрофон; 11-вибродатчик; 12-фиксатор; 13-виброизолирующий слой; а-расстояние от микрофона до корпуса; б-высота падения ударника; в-расстояние между отверстиями для установки фиксатора;14-основание

 

Рисунок 1 – Устройство для исследования соударения моделей «пуансона» и «матрицы» (УИСМПМ)

 

В эти отверстия вставляется фиксатор 12, который фиксирует ударник на определенной высоте. В ударнике 2 имеется приваренный шар 3 из шарикоподшипниковой стали ШХ-15. Обра­зец для исследования 1 располагается под корпусом 5. Между образцом 1 и основанием 14 имеется виброизолирующий слой 13. Рядом с устройством находится микрофон 10 шумомера «Октава-101А». Микрофон крепится на штативе, поэтому имеется возможность изменять расстояние от микрофона до места соударения. Для измерения вибраций на образце 1 устанавливается вибродатчик 11.

Уровни звукового давления исследовали в октавных полосах частот в диапазоне 500-6000 Гц. Уровень звука – по шкале "А".

Звуковой импульс фиксировали микрофонным капсюлем МК-102. Этот импульс преобразуется в электрический сигнал, усиливается предусилителем МК-102 и подается на вход точного импульсного шумомера 00017 фирмы RFT (Германия) или шумомера «Октава-101А» (РФ). Индикатор шумомера позволя­ет регистрировать уровни звукового давления от 30 до 130 дБ с точностью до 0,5 дБ. Для измерения частотного спектра звукового сигнала предназначен блок октавных фильтров OF-101. С помощью самописца типа PSG-101 осу­ществляли запись звукового импульса во времени. Запись производили на бумажную ленту сапфирной иглой.

Звуковой генератор ЗГ-10 использовали для калибровки производимых измерений звукового сигнала. Поправку на изменение звукового сигнала от атмосферного давления осуществляли при помощи пистонфона марки РF-101. Температура воздуха и влажность в лаборатории поддерживались постоянными. Акустические измерения находили как среднее значение десяти из­мерений.

Проводили также математическую обработку результатов эксперимен­та и определение доверительных интервалов в соответствии с методикой. Перед началом работы настройку измерительного тракта осуществляли проверкой уровней звукового давления эталонного образца.

Звуковой импульс от соударения исследуемого образца с ударником (шарик) фиксировали не только шумомером, но и регистрировали с помощью запоминающего осциллографа. Зафиксированный сигнал фотографировали и далее определяли характеристики демпфирования: логарифмический декре­мент, скорость затухания звука. Относительное рассеяние и внутреннее тре­ние определяли расчетным путем.

На рисунке 2  показан  сфотографированный   звуковой   импульс   стали

МТ-3после соударения на установке УИСМПМ

Рисунок 2 – Осциллограмма затухания звукового импульса от соударения стали МТ-3 (ковка)

Логарифмический декремент этого сплава определяли следующим об­разом:

 ,                                                               (1)  

где А0   начальная, максимальная амплитуда звукового импульса, мм;

Ап конечная, минимальная амплитуда звукового импульса, мм;

п – число импульсов на экране осциллографа.

Относительное рассеяние: ψ = 2·δ.

Внутреннее трение:                                                                    (2)  

Скорость затухания звука: V  дБА/с.

Временной интервал экрана осциллографа составляет 0,005 секунды. Весь интервал делится на 9´5=45 подинтервалов. Таким образом, цена деле­ния временного интервала осциллографа составляет 0,00011 секунды.

Внутреннее трение определяли не только расчетным методом. Учиты­вая то, что в пластине при ударе возбуждаются в основном изгибные волны, внутреннее трение разработанных сплавов исследовали методом изгибных колебаний. Использовали автоматический прибор для непрерывной регист­рации внутреннего трения при изгибных колебаниях стержней с электромаг­нитным возбуждением в диапазоне высоких частот (950-1000 Гц), амплитуд 104 и температур 20-600 °С.

Шум ударного происхождения является характерным для штамповочного производства и обусловливает высокие значения уровня звукового давления. Изу­чение ударных процессов относится к числу наиболее актуальных проблем, свя­занных с оценкой поведения различных конструкций в условиях воздействия ин­тенсивных импульсных нагрузок, которые возникают при эксплуатации многих современных машин и механизмов. К настоящему времени исследователи обра­тили внимание на преимущества моделирования ударных процессов в лабораторных усло­виях с целью разработки материалов и конструкций с повышенными демпфирую­щими свойствами. Методы, использующие звукоизлучение в качестве критерия при оценке демпфирующих свойств сталей и сплавов, позволяют наиболее адек­ватно воссоздать картину шумообразования, имеющие место в реальных условиях при наличии ударных взаимодействий.

На рисунке 3 представлены УЗ и УЗД исследованных сталей 25ХГСА, 08пс, 08Фкп, 08кп, 25пс, 08ю, МТ-1, МТ-2, МТ-3, МТ-4 после горячей ковки. Максимумы УЗД приходятся на частоте 4000 Гц. Минимумы – на частотах 500 Гц (77 дБ). Минимальные уровни звука характерны для сплавов МТ-3 (105 дБА) и МТ-2 (106 ДБА).

На рисунке 4 представлены УЗ и УЗД исследованных сплавов после отжига. Как видно, мини­мальный уровень звука зафиксирован у сплава МТ-3 (108 дБА), максимальный УЗД наблюдается у сплава 08Фкп (114 дБА). В целом отжиг повысил звуко­излучение горячекованных сплавов.

На рисунке 5 представлены сравнительные характери­стики УЗД и УЗ исследованных сплавов после нормализации.

Нормализационный отжиг (или просто нормализация) заключается в нагреве доэктоидной стали до температуры превышающей точки Ас3 на 40-50 °С, в непродолжительной выдержке для прогрева и завершения фазовых превра­щений и охлаждения на воздухе. Нормализация, вызывает полную фазовую перекристаллизацию стали, и устраняет крупнозернистую структуру, полу­ченную при литье и ковке. Нормализацию широко применяют для улучше­ния свойств стальных отливок вместо закалки и отпуска. Нормализация приводит к распаду аустенита при более низких температурах, что повышает дисперсность ферритно-цементитной структуры и увеличивает количество перлита.

Нормализация горячекованой стали повышает ее сопротивление хруп­кому разрушению, что характеризуется снижением порога хладноломкости и повышением работы развития трещины.

Назначение нормализации различно в зависимости от состава стали. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига.

Термообработка оказывает существенное влияние на акустические и демпфирующие свойства металлов и сплавов.

Нормализация кованых сталей не улучшила демпфирующие свойства. Как видно из результатов исследования (рис. 3-5), например, у стали с повышенными демпфирующими свойствами МТ-3 уровни звука после ковки, отжига и нормализации соответствуют 105; 108 и 109 дБА. У стандартной стали для холодной листовой штамповки 08пс (среди стандартных сталей обладающей пониженным звукоизлучением) уровни звука после ковки, отжига и нормализации соответствуют 108; 111; 113 дБА. То же самое наблюдается у сталей МТ-2 (106; 110; 110 дБА); 25ХГСА (109; 110; 111 дБА). Можно сделать вывод, что наилучшие акустические свойства у всех сталей наблюдаются после горячей ковки литых сталей (температура горячей деформации 1100-1150 0С ). Последующий отжиг горячекованной стали ухудшает акустические и демпфирующие свойства. Если же горячекованную сталь для холодной листовой штамповки подвергнуть не отжигу, а нормализации, то звукоизлучение повышается еще больше, чем после отжига. Демпфирующие свойства понижаются.

 

 

 

Рисунок 3 – Уровни звука (УЗ) и уровни звукового давления (УЗД) исследованных сталей после ковки

 

 

Рисунок 4 –  Уровни звука (УЗ)  и уровни звукового давления (УЗД)   исследован­ных сталей после отжига

 

Рисунок 5 – Уровни звука (УЗ) и УЗД исследованных сталей после нормализации

 

         Причинами повышенных демпфирующих свойств у горячедеформированных исследованных сталях является следующее. Микроструктурный анализ, проведенный после ковки, нормализации и отжига позволил определить, что после горячей пластической деформации в структуре сплава возникает текстура деформации. В этом случае увеличивается плотность дислокаций, наблюдается взаимодействие этих дислокаций с образованием сложных дислокационных структур сплава, при соударениях с ударником такой сплав генерирует шум пониженного уровня. Происходит затухание шума ударного происхождения в структуре горячедеформированной стали, предназначенной для холодной листовой штамповки. Такая сталь при листовой штамповке на рабочих местах будет генерировать производственный шум пониженного уровня, что обеспечит улучшение условий труда штамповщика. Следует учесть, что шум ударного происхождения при листовой штамповке является одним из самых вредных, так как такой шум характеризуется длительностью соударения около 10-50 мс. За короткий период времени генерируется шум высоких значений, что существенно травмирует слуховой орган работника.

         Отжиг горячедеформированной низкоуглеродистой стали, предназначенной для холодной листовой штамповки обеспечивает релаксацию структуру, аннигиляцию дислокаций, что влечет, безусловно, к снижению демпфирующих свойств и повышению звукоизлучения при соударении. Как видно, что из рис. 4, отжиг повысил звукоизлучение горячедеформированной стали на 1-4 дБА по сравнению с горячедеформированным состоянием без отжига.

При большой степени деформации возникает преимущественная кристаллографическая ориентировка зерен (текстура деформации). Как показывает анализ микроструктуры исследованных сталей, текстура деформации послужила причиной повышения демпфирующих свойств при соударении (листовой штамповке) низкоуглеродистой стали.

После нормализации уровни звукового давления повысились как по сравнению с горячедеформированным состоянием, так и по сравнению с отожженным состоянием. Причиной такого эффекта является то, что, как и при отжиге наблюдается аннигиляция дислокаций, снижение степени деформированности металлической структуры. Это и является причиной повышения уровня шума при соударении. Поэтому эта операция термической обработки не рекомендуется для сталей, предназначенных для листовой штамповки, т.к. повышается уровень шума на рабочем месте, что существенно ухудшит условия труда. Данная рекомендация весьма полезна как для специалистов по охране труда, так и для технологов и конструкторов при проектировании технологического процесса листовой штамповки низкоуглеродистых сталей. Как показали экспериментальные данные при исследовании звукоизлучения и демпфирующих характеристик, а также результаты микроструктурного анализа, отжиг предпочтительнее для деталей, изготавливаемых методом листовой штамповки т.к. при этом уровни звукового давления при соударении пуансона и матрицы несколько ниже, чем после нормализации. Следует учесть, что при нормализации скорость охлаждения металла выше, чем при отжиге, что и является разницей в УЗД отожженной и нормализованной стали.

Можно сделать вывод, что для повышения демпфирующих свойств сталей для листовой штамповки рекомендуется по возможности не применять отжиг или нормализацию. Если же по технологическим причинам релаксация необходима для стали, тогда предпочтительнее отжиг, обеспечивающий меньший рост УЗД по сравнению с нормализацией. Использование деталей после ковки является наиболее оптимальным решением с точки зрения борьбы с шумом для сталей холодной штамповки.

Исследованы упругие свойства разработанных и стандартных сталей. Максимальный УЗ (120 дБ) приходится на зна­чение модуля Юнга 19,34·1010 Па, минимальный УЗ (94 дБ) приходится на значение модуля Юнга 17,589·1010 Па. Характер зависимости неясен, нет оп­ределенности, т.е. нет прямой зависимости уровня звука от модуля Юнга: с увеличением модуля Юнга - УЗД растет.

Исследована зависимость уровня звука от удельного электросопротивления разработанных и стандартных сталей после ковки. Мак­симальный УЗ наблюдается у стали 08Фкп (120 дБА) и приходится на удельное электросопротивление 8,22·106 Ом·м. Минимальный УЗ (104 дБА) наблюда­ется у стали МТ-З, у которой удельное электросопротивление 10,48·106 Ом·м. Вид кривых имеет нелинейный характер.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

         Диссертация  является квалификационной научной работой, которая содержит новые научно обоснованные результаты, использование которых обеспечивает решение  важной  прикладной задачи  снижения производственного  шума в источнике возникновения за счет  создания демпфирующих  сталей для холодной штамповки.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации, полученные при проведении исследований, заключаются в следующем:

1. Дана оценка акустическим и демпфирующим свойствам стандартных марок сталей (08кп, 25пс, 08ю, 25ХГСА, 08пс, 08Фкп)  для холодной штамповки.

2. Разработано новое устройство для исследования звукоизлучения, моделирующее процессы соударения пуансона и заготовки, отличающееся от аналогов простотой конструкции, повышенной точностью измерения и универсальностью.

3. Физическое моделирование ударного шума при работе пуансона и матрицы корректно, если свободное падение пуансона обеспечивается с высоты 2,2h (h – длина модели пуансона), при этом соотношение массы заготовки и пуансона должно быть 1:2,5.

4. Разработан сплав с повышенными демпфирующими свойствами МТ-3, легированный хромом (0,42%), марганцем (0,65%), кальцием (0,14 %), лантаном (0,15 %), при низком содержании углерода (0,24%), рекомендуемый для изготовления деталей методом листовой штамповки.

5. Разработанный сплав МТ-3 рекомендован для деталей, работающих в режиме соударения  (заготовка для листовой штамповки, правильная плита рихтовочного устройства, плиты галтовочного барабана, втулки направляющей трубы токарного автомата).

6. Основной причиной затухания шума соударения в исследованных сплавах является дислокационный механизм демпфирования. При горячей пластической деформации сплава возникает текстура деформации. В этом случае увеличена плотность дислокаций, препятствующих движению звуковой волны от соударений. Отжиг и нормализация горячедеформированной стали аннигилируют дислокации, тем самым снижают диссипативные свойства и повышают звукоизлучение, т.е. увеличивается уровень шума на рабочем месте – негативный фактор трудового процесса.

Механизм магнитомеханического гистерезиса также ответственен за процесс диссипации звуковой энергии в исследованных сталях т.к. в составе сталей более 97% - железо. При этом домены под воздействием механических нагрузок (ударов) меняют ориентацию в ферромагнитном поле сплава, что вызывает потери звуковой энергии.

7. Механические свойства разработанной стали МТ-3 не уступают стандартным сталям (sв = 408 МПа; d5 = 29%; y = 30%), что даёт возможность использовать их для деталей, изготавливаемых листовой штамповкой и деталей работающих в режиме соударений. 

В целом, подытоживая вышесказанное, следует дать краткую характеристику диссертационной работы.

Оценка полноты решения поставленных задач. Поставленная цель работы достигнута, задачи исследования решены, результаты исследования доведены до внедрения.

Разработка рекомендации исходных данных по конкретному использованию результатов. Результаты исследования необходимы металлургам при разработке марок сталей для листовой штамповки, технологам и конструкторам штамповочного производства машиностроительных заводов для создания акустического комфорта на рабочих местах.

Оценка технико-экономической эффективности внедрения. Годовой экономический эффект от внедрения научных разработок по созданию демпфирующих сталей для листовой штамповки составил 450 000 тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области. В работе впервые разработано устройство для моделирования работы штампа и разработан новый демпфирующий сплав, рекомендуемый для деталей, изготавливаемых методом листовой штамповки. Аналогичные работы отсутствуют в Казахстане

 

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

 

1.         Утепов Е.Б., Сулеев Д.К., Куттыбаев С.К., Мякотин В.Н., Серикбаев М.А., Актаев Б.Г., Утепова Г.Е.,  Алимбетова А.Ж., Турлыбекова М.Р. Борьба с производственным шумом (применение демпфирующих сплавов) // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006.-389с.

2.         Жараспаев М.Т., Турлыбекова М.Р., Мукашулы А., Батесова Ф.К., Урикбаева Г.А., Ахмадиева Т.К. Теоретические основы излучения шума механического происхождения.   Вестник №1/1(58)-2007 Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, с-53-57.

3.         Турлыбекова М.Р., Садвакасов Е.Е., Минжасаров Б.Б., Абдиев К.И., Серикбаев М.А., Куттыбаев С.Х. Разработка демпфирующих сплавов для изготовления труб. Вестник №1/1(58)-2007 Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, с-161-167.

4.         Сулеев Д.К., Утепов Т.Е., Турлыбекова М.Р., Утепова А.Б., Сейтбекова М.С., Тукебаев Ж. Характеристики шума и вибрации трактора МТЗ-60. Труды шестой международной научно-технической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) Ч.I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2004 –с.34-40.

5.         Сулеев Д.К., Утепов Т.Е., Жолдасова Б.А., Карменов К.К., Мукашулы А., Турлыбекова М.Р. Новые диссипативные сплавы. Труды шестой международной научно-технической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) Ч.I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2004- 144-147с.

6.         Суйесинова Г.И., Турлыбекова М.Р., Ахмадиева Т.К., Абдиев К.И., Мукашулы А., Актаев Б.Г., Алимбетова А.Ж. Акустические характеристики трубчатых металлических деталей. Труды шестой международной научно-технической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) Ч.I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2004-169-172.

7.         Утепов  Т.Е., Жолдасова Б.А., Карменов К.К., Мукашулы А.,    Турлыбекова М.Р. Применение «тихих» сплавов в технике борьбы с шумом. Труды международной научно-практической конференции "Инженерное образование и наука в XXI", посвященной 70-летию КазНТУ имении К.И.Сатпаева. том.2 // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2004 – с. 402-409.

8.         Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Заликанова И.П., Турлыбекова М.Р.,  Мынжасаров Б., Суесинова Г.И., Мукашулы А., Исаханова А.Б. Исследование характеристик звукоизлучения легированной стали ЗИП-1 после ковки и нормализации. Труды седьмой международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические и правовые аспекты БЖД) том I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005 – с. 67-69.

9.         Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Утепов  Т.Е., Заликанова И.П., Турлыбекова М.Р., Жолдасова Б.А., Исаханова А.Б., Шевцова В.С., Оспанова Ж. Характеристики звукоизлучения пластинчатых образцов. Труды седьмой международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические и правовые аспекты БЖД) том I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005-72-75с.

10.     Омирбай Р.С., Актаева Б.Г., Батесова Ф.К.,  Нюсупова А., Жолдасова Б., Тукибай А., Карменов К., Мынжасаров Б., Турлыбекова М.Р. Акустические свойства чугунного образца. Труды седьмой международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология, экономические и правовые аспекты БЖД) том I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005-89-92с.

11.     Сулеев Д.К., Утепов Т.Е., Минжасаров Б., Ахмадиева Т.К., Калдыбаева С.Т., Турлыбекова М.Р., Тукибай А., Жумадилова Ж.О. Влияние термической обработки на демпфирующие свойства сталей. Труды Восьмой международной научно-технической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) Ч.I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006 – с.26-28.

12.     Утепов Е.Б., Заликанова И.П., Утепов Т.Е., Турлыбекова М.Р., Щевцова В.С., Абдиев К.И., Тохтыбакиев У., Садвакасов Е.Е., Тукибай А., Молдаханов Т.О. К методике исследования соударения металлических деталей. Труды восьмой международной научно-технической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) Ч.I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2006 – с.129-133.

13.     Утепова А.Б., Байсынова Г.Ж., Мангатаева Д.Ж., Тохтыбакиев У.И., Калдыбаева СТ., Турлыбекова М.Р., Оспанова Ж., Рахманова Ж.Т. Экспериментальное  исследование звукоизлучения  композиционных  материалов. Труды восьмой международной научно-технической конференции "Новое в безопасности жизнедеятельности" (охрана труда, экология, валеология, защита человека в ЧС, токсикология) Ч.I // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева. 2006 –  с.223-224.

14.     Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Утепов Т.Е., Турлыбекова М.Р., Ахмадиева Т.К., Нурулдаева Г.Ж., Алимбетова А.Ж., Жолдасова Б.А. Влияние легирующих элементов на демпфирующие свойства сплавов на основе железа. Сборник научных трудов. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организации производства). Ч.2 // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005 –  с. 4-8.

15.   Утепов Т.Е., Мынжасаров Б., Турлыбекова М.Р., Утепова А.Б., Жолдасова Б., Абдиев К., Абдрасилова Ж.К., Алимбетова А.Ж. Влияние формы образца на характеристику звукоизлучения. Сборник научных трудов. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организации производства) Ч.2 // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005 –  с.31-33.

16.   Сулеев Д.К., Утепов Т.Е.,   Жолдасова Б.,  Турлыбекова М.Р., Шевцова В.С., Утепова А.Б., Омирбай Р.С., Батесова Ф.К., Исаханова А.Б. Акустические свойства металлических материалов. Сборник научных трудов. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организации производства) Ч.2 // Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005 –  с33-36.

17.   Акубаева Д.М., Утепова А.Б., Турлыбекова М.Р., Жолдасова Б.А., Нюсупова А.Б., Дарванкулова А.И., Мякотин В.Н. Шумозащитная эффективность специальных полос зеленых насаждений демпфированием. Сборник научных трудов. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организации производства) Ч.2 / Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005 –  с74-83.

18.   Утепов Е.Б., Заликанова И.П., Турлыбекова М.Р., Акубаева Д.М., Мынжасаров Б., Нюсупова А.Б., Байбосынова Б.Ж. Измерение вибраций. Сборник научных трудов. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организации производства) Ч.2 / Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2005 –  с92-97.

19.   Сулеев Д.К., Урикбаева Г.Ж., Жумадилова Ж.О., Утепов Т.Е.,    Турлыбекова М.Р., Амираев Б.Ж., Актаев Б.Г., Актаева Д.У. Исследование акустических и диссипативных характеристик инструментальной стали. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в ЧС, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, экология). Сборник научных трудов. Выпуск 3, Алматы, 2007.-30-34с.

20.   Сулеев Д.К., Утепова А.Б., Тусупкалиева Э.А., Турлыбекова М.Р., Абдрасилова Ж.Х., Суйесинова Г.И., Дарванкулова А.И., Ибрагимов А., Карменов К.К. Акустические свойства разработанной рессорно-пружинной стали КК-1.   Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в ЧС, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, экология). Сборник научных трудов. Выпуск 3, Алматы, 2007. с. 34-39.

21.   Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Болатбаева Т.А., Дуйсенбаева А., Жидебай А., Утепова Г.Е., Турлыбекова М.Р., Тусупкалиева Э.А., Сейтбекова М.С. Новые демпфирующие сплавы для снижения шума соударений. Безопасность жизнедеятельности (охрана труда, защита человека в ЧС, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, экология). Сборник научных трудов. Выпуск 3, Алматы, 2007.-120-122с.

22.   Утепов Т.Е., Абдиев К.И., Алимбетова А.Ж., Мукашулы А., Садвакасов Е.Е., Абдрасилова Ж.Х., Свамбаев Ж.А., Уразбахова А.А., Мединский А., Турлыбекова М.Р., Мынжасаров Б. Влияние нормализации на звукоизлучение сплавов на основе железа. Труды девятой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика) Ч.1 Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2007 – 32-35с.

23.   Сулеев Д.К., Утепов Е.Б., Заликанова И.П., Куттыбаев С., Турлыбекова М.Р., Дуйсенбаева А., Жидебай А., Утепова Г.Е., Утепова А.Б., Тусупкалиева Э.А. Снижение шума на рабочем месте тепловозных машинистов. Труды девятой международной научно-технической конференции «Новое в безопасности жизнедеятельности» (охрана труда, защита в чрезвычайных ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономические, правовые и психологические аспекты БЖД, логистика), Ч.1 Алматы: КазНТУ им. К.И. Сатпаева, 2007 – 40-42с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Түйін

 

Тұрлыбекова Меруерт Рыскельдиевна

 

Қалыптау өндірісінде бәсеңдету  қорытпаларын пайдалану

 

Зерттеулерді  жүргізу  өзектілігі. Соққылы  негіздегі  шу  өнеркәсіптің көп таралған  және  зиянды  факторларының  бірі  болып табылады.

Қалыптау өнеркәсібі  жоғарғы өнімді  және  тиімді  өндірістердің  бірі  болып  табылады. Бірақ ол шу  және  дірілдің  жоғарғы   деңгейімен  сипатталады.  Өндірістік  шу  мен  дыбыс дірілі   еңбек  шарттарын  нашарлатып, еңбек  етушілердің   денсаулығына кері  әсер етеді.  Қалыптау құрал-жабдықтардың  қарқынды  дірілі машиналар  мен  механизмдердің зақымдалуына, олардың  қызмет ету  мерзімінің  кемуіне  себепкер  болады. Бұл мәселелер  конструкторлар  мен технологтар  алдына   шу  және  дірілді  азайту  міндетін  қояды.

Қалыптау  өндірісінде  соққылы  және  үндестік, адам денсаулығына  зиянды  саналатын   шулар  жиі кездеседі. Қысқа  импульстар  кезінде есту  мүмкіншілігінен  айырылу  ықтималдылығы  артады.

Дайындамаларды  суық  беттік   қалыптау  кезінде  шудың  аса  жоғары   деңгейлері  бақыланады, олар  115-120 дБА жетеді.

Шуды  төмендетудің   тиімді  әдістерінің  бірі  оны  пайда  болу көзінде  төмендету. Бұл әдістерге   соққылы  механизмдерді соққысыздарға, тісті  берілістерді  белдікті  механизмдерге  алмастыру  әдістері  жатады.  Пайда  болу  көзінде  шуды  төмендетудің   қолайлы  әдісі   бәсеңдету  материалдарын  пайдалану  болып  табылады.  Бұл  мақсатта  бейметалдар (пластмасса,  ағаш, полиэтилен және  т.б.), түсті  металлдар  пайдаланыла  алады.

Әдебиеттерді  сараптай шолу соққы  кезінде  шуды   төмендетудің  тиімді  әдістерінің  бірі темір негізінде  бәсеңдету  материалдарын  пайдалану  болатынын  анықтауға  мүмкіндік  берді. Өкінішке  орай  бұл  қорытпалар  қалыптау  өнеркәсібінде   пайдаланылған  жоқ.  Қалыптау  өнеркәсібінде   шуды  төмендету  әдістері  жеке  қорғану  құралдарын, экрандарды  пайдаланумен шектеледі, олардың  кері  әсері: белгі  беру  сигналдарын  көлегейлеу, төменгі  тиімділік, еңбек  кеңістігін тарылту  болып табылады.

Қалыптау  өнеркәсібінде  шуды  пайда  болу  көзінде  төмендетудің   өзекті  жолдарының  бірі  темір негізінде  бәсеңдету  металл  материалдарын пайдалану.

Жұмыстың мақсаты соққы  кезінде  пайда болатын  қалыптау өндірісінің   шуын төмендету  болып  табылады.

Жұмыстың  негізгі идеясы жоғарғы  бәсеңдету  қасиеттері  бар  қорытпаларды  дайындау  және  қалыптау  өндірісінің  соққы  үрдісінің  физикалық  моделін  жасау.

Зерттеу  міндеттері:

-                     беттік  қалыптау  кезінде  дайындама  ретінде  пайдаланылатын  беттік болаттардың маркаларының  акустикалық  және  бәсеңдету  қасиеттерін  бағалау;  

-                     суық беттік  қалыптау   жұмыстары  кезінде   қалып жұмысының  соққысын  зерттеуге  арналған құрылғыны  дайындау;

-                     суық қалыптау  үшін металл беттерді  дайындауға   ұсыныла  алатын  жоғарғы  бәсеңдету  қасиеттері  бар  қорытпаларды  дайындау;

-                     қалыптау  өндірісі  шуын  төмендету  ұсыныстарын  жасау.

Зерттеу әдістері. Берілген жұмыста әдебиеттерге шолу, отандық және шет елдердің соққылы шуды төмендету тәжірибесі, физикалық моделдеуді, нақты сынақтарды, сонымен қатар, математикалық статистиканы қолданатын кешенді зерттеулер әдістемесі пайдаланылды.

Акустикалық   зерттеулер (соққы  кезінде  дыбыс  қысымы деңгейі) беттік  қалыптау  кезінде   қалып жұмысы үрдісі  моделін  көрсететін  автор дайындаған құрылғыда  жүргізілді.  Дайындалған  болаттардың   механикалық сипаттамалары  (МТ-1; МТ-2; МТ-3; МТ-4) стандартты  әдістемелер  бойынша  зерттелді  (үзілуге  беріктілік  шегі, ұзындығы  бес есе  және  он есе  үлгілерде  үзілуден  кейінгі  салыстырмалы  ұзару; қалыпты  серпімділік  модулі, ығысу  модулі, ішкі  үйкеліс,  логарифмдік  декремент, салыстырмалы  шашырау, микроқұрылым, өзіндік  электркедергісі; дәннің  өлшемі, Бриннель  және  Роквелл  бойынша   қаттылық.)

Қорғауға шығарылатын негізгі ғылыми қағидалар  мен  нәтижелер:

- пуансон  мен  беттік  металл дайындамалардың  соққысы  үрдісін физикалық  модельдеу, пуансон  моделін  дайындамасының  2,2 h биіктіктен еркін  түсірумен  қамтамасыз  етіледі (h – пуансон  моделі  биіктігі), бұл кезде  беттік  металл дайындама   мен  пуансонның   массалары  ара қатынасы  1:2,5 болуы  тиіс;

-эвтектоидқа  дейінгі  қорытпаны  лантанмен (0,15%), хроммен (0,42%), кальциимен (0,15%), марганецпен (0,65%) көміртегінің   төменгі  мөлшерінде  (0,24%) біріккен легірлеу, изотермиялық  күюдіруден соң   ферритті-перлитті құрылым   құруға  мүмкіндік береді, ол  жеткілікті  беріктілік  пен иілімділікті  қамтамасыз  етеді (σВ=408 МПа,  δ5=29% , δ10=30%), еңбек  шарттарын  жақсартады.

Диссертациядағы ғылыми жаңалықтар:

-        моделдеудің  жоғарғы  дәрежесімен, конструкция  жеңілдігімен және  өлшеудің  жоғарғы  дәлдігімен  сипатталатын  қатты  денелер соққысы  үрдісін  зерттеудің  жаңа  құрылғысы жасалды, ол қалыптау құрал-жабдығының жұмысы  үрдісін моделдейді, еркін  түсетін  пуансон моделімен  қозғалыссыз тұратын  модель – беттік  металл дайындамадан  тұрады;

- соққы  кезінде  төменгі дыбыс  бөлуге ие, лантанмен (0,15%), хроммен (0,42%), кальциимен (0,15%), марганецпен (0,65%) легірленген  жаңа  бәсеңдеткіш қорытпа  дайындалды.

Дыбыс деңгейінің   соққы  кезінде  өшуі  себебі дайындамаға  механикалық  әсерде магнитті  домендердің   қайта  бағдарлануында магнитомеханикалық  гистерезис  механизмі  әсері және металл құрылымы ақаулары, бейметалл кірінділер,  дән қалыңдығының  дыбыс  толқыны   қозғалысымен сипатталатын әсерінде  шекарасынан  тыс  бәсеңдетуі болып табылады.   

Жаңа бәсеңдеткіш МТ-3 үлгісінің негізгі конструктивті,  технологиялық және  технико-эксплуатациялық  мінездемелері: химиялық құрамы 0,24% С, 0,65% Mn, 0,42% Cr, 0,15% La, 0,15% Ca, қалғаны  темір) келесі   акустикалық, механикалық және  бәсеңдету  қасиеттеріне  ие: 320 МПа (sв- созылу  кезінде  беріктілік  шегі); 29%  (d5 , бес  есе  ұзындығы   бар үлгілерде  салыстырмалы  ұзару); 30%  (d10 он есе  ұзындығы   бар үлгілерде  салыстырмалы  ұзару); 10,48·106 Ом ·м (ρ, өзіндік  электркедергісі);  104 дБА (соққы  кезінде  дыбыс деңгейі); 7,7·1010 Па (ығысу  модулі); 17,589· 1010 Па (Юнг модулі); 16,58110-3 Па (Q-1, ішкі  үйкеліс).

 Ғылыми – зерттеу   жұмысын енгізу  дәрежесі: зерттеулер   нәтижиелерін  тәжірибиелік - өндірістік  тексеру  жұмыстары ЖШС «Шумомер» ғылыми-енгізу мекемесі және ЖШС«КВОиТ зауыты» мекемелерінде  жүзеге  асырылады.  Шудың  төмендеуі  дәрежесі  6 – 10 дБА.

Пайдалану аймағы: беттік  қалыптау  үрдістерінде  жоғары  шу  деңгейімен  сипатталатын қалыптау  өндірісі (машина  жасау, станок  жасау).

Жұмыстың экономикалық  тиімділігі: МТ-3 бәсеңдету  қорытпасын енгізу  нәтижелері  бойынша ЖШС «Шумомер» ғылыми-енгізу мекемесінде   шудың  төмендеуі  әсерінің  экономикалық  тиімділігі  - 450 000 теңге.

Зерттеу  объекті  дамуы  жайында  болжам: Еңбек жағдайын жақсартуға бағытталған, оның ішінде шу мен дірілді төмендету бойынша жасалатын іс-шаралар еңбек қорғау саласындағы мемлекеттік саясаттың маңызды бөлігі болып табылады. Өңделген болаттар өнеркәсіп кәсіпорындарында шексіз қолданысқа ие бола алады. Техникалық әдебиеттерді талдау көрсеткіштері өндірістік шуды төмендетудің өзекті мәселе екендігін көрсетті. Өнеркәсіп құбырлары, тау-кен жабдықтары үшін демпфирлеуші металл материалдарын өңдеуде ғылыми даму өсті, яғни демпфирлеуші болаттар, бірнеше түсті балқымалар өңделді. Бірақ та, осы күнге дейін мұндай демпфирлеуші болаттар өңдірілмеген болатын.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RESUME

 

Turlybekova Meruert Ryskeldievna

 

Use of damping alloys in repousse manufacture.

 

An actuality of  research. Noise of impulse origin is the most widespread and harmful industrial factor.

One of the high-production and effective manufactures is repousse manufacture. However it is characterized by high noise level and vibrations. Industrial noise and sound vibration accentuate working conditions, negatively influence on worker’s health. Intensive vibration of repousse equipment is the reason of damage of designs of machines and mechanisms and reduction of terms of their operation.

All these facts accent rate designers and technologists' attention on the problem of decreasing in parameters of noise and vibration. Often noise impulse and voice-frequency most harmful for worker's health prevail in repousse manufacture.   The probability of hearing loss increases at short impulses. Especially high noise levels are observed in the preparations of cold sheet punching, reaching 115-120 dB. One of effective methods of decreasing noise is its clearing in sources of occurrence. Among such methods the following is indicated: replacement of impulsed mechanisms to non-impulse, replacement of gearings, etc. The most comprehensible method of noise decreasing in a source of occurrence is the usage of damping materials. Nonmetals (plastic, wood, polythene), nonferrous metals can be used.

The analytical review of the literature has allowed defining, that one of modern methods of noise decreasing at impacts is the usage of damping materials on an iron basis. Unfortunately, these alloys were not used in repousse manufacture. Methods of noise decreasing in  repousse manufacture were limited by using of means of an individual defense, screens which added negative effects ; masking action of warning signals, low efficiency, obstacle of working space.

         However the most actual for noise decreasing in its source in repousse manufacture is the use of damping metal materials on an iron basis.

The purpose of work is industrial noise decreasing of repousse manufacture created at impact.

The basic idea of work consists in physical modeling process of impact of repousse   manufacture and development of alloys with raised damping properties.

Research problems:

·     to estimate acoustic and damping  properties of standard sheet marks of steel , used as preparations in sheet punching.

·        to develop the device for impact process research at stamp's work at operation of cold punching,

·        to develop alloys with raised damping  properties which can be recommended for metal sheets manufacturing for cold punching,

·        to develop recommendations on noise decreasing  in  repousse  manufacture.

 A method of research. Complex technique of researches including the analytical review, patent search, and generalization of domestic and foreign experience in noise decreasing at impact, physical modeling, natural tests, and also mathematical statistics application were used in this research.

Acoustic researches (levels of sound pressure at impact) were put on the installation developed by the author, modeling process of work of a stamp at sheet punching. Mechanical characteristics of developed steels  (МТ-1, МТ-2, МТ-3, МТ-4) were investigated by standard techniques (strength on break, relative lengthening on samples of fivefold and tenfold length after break , the module of normal elasticity, the module of shift, internally friction, logarithmic decrement, relative dispersion, a microstructure, specific electro resistance, the size of grain, hardness by Binnel and Rockwell).

The basic scientific points  and results, for report :

·        physical modeling of process of a punch and sheet metal preparation impact provided with  punch's model falling on  preparation model from the height of 2,2 h ( h - height of punch model ), thus the weights ratio of sheet metal preparation and a punch should be as 1 : 2,5.

·        joint    alloyed by lanthanum (0,15%), chrome (0,42%), calcium (0,15%), manganese (0,65%) at the low maintenance of carbon (0,24%) allows to create after isothermal annealing of  ferro-pearlite  structure providing sufficient resistant and plastic properties (σВ=408 МПа,  δ5=29% , δ10=30%) and the lowered characteristics of sound generation at punching ( 5-7 dB lower , than  standard steels ), that allows to improve working conditions.

Scientific novelty of research is in  following:

·        the new device for research of impact process of  firm bodies, modeling the process of repousse equipment work , consisting of  falling model-punch and motionlessly  model-sheet of the metal preparation, differing from analogues by higher level of modeling, by simple design and the raised accuracy of measurement;

·        new damping  material alloyed by lanthanum  (0,15%), by chrome (0,42%), calcium (0,15%), the manganese (0,65%), possessing the lowered sound generation at impact is developed

The reason of attenuation of sound levels at impact is the mechanism action as maghet-mechanical hysteresis, consisting in reorientation of magnetic domains at mechanical influences (impacts) on preparation, and grain border damping, consisting in influence of metal structure defects, nonmetallic inclusions and thickness of sub grains to sound wave movement.

The basic  constructive, technological and technical usage characteristics of  new damping  sample МТ- 3 (0,24%C,  0,65%Mn, 0,42%Cr, 0.15%La, 0,15% Ca,  the rest is -iron) have the following acoustic, mechanical and damping  properties: 320 МПа (strength at a stretching), 29%  (relative lengthening after break on samples of fivefold length), 30% (relative lengthening after break on samples of tenfold length), 10,48 *106 Ohm *м (specific electro resistance), 104 dB (a sound level at impact), 7,7 *10 Pа (the module of shift), 17,589*10 Pа (module by Yunga), 16,581*10 (internal friction).

Degree of use of  scientifical research :  industrial experimental  check of results of research has been carried out at LTD  scientifically  enterprise " Shumomer " and LTD  " Factory KVO&T  ". The effect of noise decreasing was 6-10 dB.

Sphere of application : repousse manufacture characterized by raised noise level on operations of sheet punching(mechanical engineering, machine-tool construction).

Economic efficiency of work:  the application of damping alloy МТ-3 on LTD

" Shumomer " has made expected economic benefit of  450 000 tenge per  year.

Forecast for a research object development. Events directed at the improvement of working conditions in this case due to reduction of the noise and vibration constitute an important part of state policy in the sphere of Labor Safety. Developed laminated spring steels will definitely be used in the industry. Analysis of technical literature shows that problem on reduction of in-plant noise is topical. There are some scientific achievements in the development of damping metallic materials for pipe industry, mining equipments, damping cast irons and some nonferrous alloys have been developed. But damping laminated spring steels have not been developed yet.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 28.04.2008

Формат 60х84 1/16. Бумага ксероксная

Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз.

_________________________________________________________

 

Издание Казахского национального технического

 университета им. К.И. Сатпаева

Издательский центр КазНТУ им. К.И. Сатпаева, г. Алматы, ул. Ладыгина, 32