Штамповка детали "гайка"

Штамповочные уклоны

Так как для штамповки применяется КГШП с выталкивателем в закрытом штампе, штамповочный уклон по наружной поверхности принимаем 2°, по внутренней поверхности 5°.

2.4 РАЗМЕРЫ ШТАМПОВКИ И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОТКЛОНЕНИЯ

Радиусы закруглений принимаем 3мм, на зубьях - 2 мм.

Допуск - отклонение размера штамповки от номинального, обусловленное неточностью изготовления, недоштамповкой, износом ручья штампа и т.д. Допуск зависит от массы штамповки, степени сложности, группы стали, и размеров поверхностей.

2.4.1 Допускаемые отклонения размеров

(d) 92,4^+1,6_-0,9;

(d) 65^+1,6_-0,9;

(d) 40 ^+1,4_-0,8;

(d) 17^1,4_-0,8;

(h) 20^+1,4_-0,8;

(b) 20^+1,4_-0,8;

(b) 13,7^+1,4_-0,8;

(h) 10^+1,4_-0,8;

2.4.2 Неуказанные предельные отклонения размеров

Допуск размеров, не указанных на чертеже штамповки, принимается равным 1,5 допуска соответствующего размера штамповки с равными допускаемыми отклонениями.

2.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ НАМЕТКИ

К кузнечным напускам относятся штамповочные уклоны, внутренние радиусы скруглений и наметки. Их назначают с целью увеличения стойкости рабочих элементов штампов.

Так как диаметр отверстия в гайке > 30мм, сквозное отверстие на ступице штамповки диаметром 20 мм нужно закрыть наметкой под прошивку, оно будет получено в результате последующей механической прошивки.

Толщина наметки определяется по формуле S_min = ,

S = 5 мм;

Диаметр перемычки определяется по формуле

Радиусы закруглений вершин перемычек в окончательном ручье

Угол скоса перемычки -

Диаметр плоского участка

2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ ШТАМПОВКИ

Определение массы штамповки производится путем, умножения объема штамповки на плотность стали.

m = V*с.

При определении объема штамповки используется программа Autodesk Inventor. Результаты расчета объема приведены ниже:

Свойства документа:

Материал: {Сталь, легированная}

Плотность: 7,850 г/см^3

Масса: 1,091 кг (Относительная погрешность = 0,000091%)

Площадь: 24420,8 мм^2

Объем: 139014,5 мм^3

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

В предлагаемом технологическом процессе используются две операции:

1. Штамповка

2. Прошивка наметки

3.1 ВЫБОР ОПЕРАЦИЙ И ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ

Штамповки, получаемые на КГШП, подразделяют:

В зависимости от характера формоизменения и течение металла при формоизменении - на два класса: класс штамповок получаемых с преобладанием процесса осадки, и класс штамповок, получаемых с преобладанием процесса выдавливания.

В зависимости от конфигурации и сложности изготовления - на пять основных групп. Методы изготовления учитывают при выделении подгрупп штамповок.

Штамповка детали «гайка» является осесимметричной, круглой в плане, изготовляемой осадкой в торец с одновременным выдавливанием. По всем этим признакам она относится к 2-ой группе 3-ей подгруппе [5]. Учитывая принадлежность штамповки к этой группе и подгруппе ее можно получить за один переход. Штамповка производится в закрытом штампе.

3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ

Объем исходной заготовки подсчитывается по формуле

V_заг = V_п + V_уг,

где V_п - объем штамповки;

V_уг - потери на угар, при индукционном нагреве - 0,5% V_п;

Определим потери металла на угар

V_уг = 0,005 * V_п = 0,005 * 139014,48 = 695,1 мм³

Следовательно, объем заготовки будет равен

V_заг = 139014,5 + 695,1 = 139709,6 мм³

Размеры заготовки во избежание ее искривления при обработке, должны удовлетворять условию

m = L_заг / D_заг ? 2,8,

где m - коэффициент, равный 1,5 - 2,8 примем m=1,5. Выбрав m, можно найти диаметр круглой заготовки по формуле:

d_заг? =

d_заг?= мм

По диаметру исходной заготовки выбирается сортовой прокат с размерами, ближайшими к полученным расчетом. Наиболее подходит прокат обычной точности прокатки (В), o60^+0,5_-1,1 мм по ГОСТ 2590 - 71 из марки стали 12Х18Н9Т ГОСТ 1050 - 88.

Длина заготовки определяется по формуле

L_заг =

L_заг = мм

После поступления сортового проката его транспортируют на участок резки сортового проката на заготовки с помощью мостового крана. Производится контроль прутков на стеллах, диаметр o60^+0,5_-1,1 мм проверяют штангенциркулем. Затем данный прокат нагревают до температуры 450°С и разрезают на заготовки с помощью дисковой пилы.

3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБА ОТРЕЗКИ ЗАГОТОВКИ

Для разделения металла на заготовки используется дисковая пила, так как способ штамповки в закрытом штампе требует высокой точности исходной заготовки и высокого качества поверхности распила. Резка проводится в холодном состоянии. Преимущества разделки пилами: чистая поверхность, возможность отрезки точных заготовок, отсутствие упрочнения металла в приторцевых зонах, универсальность (возможность разрезать прутки разных сечений без смены инструмента).

К недостаткам дисковых пил можно отнести резкий шум, загрязнение рабочего места и воздуха отходами металла, значительная стоимость инструмента, потребность в заточных станках. Характеристика используемой дисковой пилы приведена в Табл.3.

Таблица 3 Техническая характеристика дисковой пилы для холодной резки металла (модель MAC NTA350)

Скорость резания определяется по формуле:

Где v - скорость резания в м/мин;

D = 350 - диаметр пильного диска в мм;

n = 60 - число оборотов пильного диска в минуту.

Машинное время резки определяют по формуле

Где T_м - машинное время резки в минутах;

B = 60 мм - ширина разрезаемого материала в направлении подачи;

s_мин = 250 мм/мин - средняя минутная подача.

3.4 ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВКИ

Заготовки могут иметь следующие дефекты: наружные трещины, продольные риски, заусенцы, закат, плены.

К внутренним дефектам металлургического происхождения относятся расслоения, представляющие собой остатки усадочных раковин и рыхлости слитка; скопления неметаллических включений.

Способ зачистки определяется видом заготовки, ее материалом, величиной дефекта. Обработку катаной заготовки осуществляют на мощных специальных токарных станках.

Перед разделкой металла местные дефекты глубиной менее 0,5 от величины минусового допуска удаляют, а изогнутый прокат правят. Заготовки с дефектами глубиной более 0,5 от величины минусового допуска отбраковывают. Дефекты удаляют вырубкой пневматическим зубилом, зачисткой абразивным кругом, огневой зачисткой (выплавкой сварочным электродом) в холодном или подогретом состоянии.

При большом числе дефектов проводят обдирки на обдирочных, фрезерных или строгальных станках в зависимости от формы и вида исходного материала. Обработанные участки поверхности должны иметь плавные переходы. Если глубина дефектов на исходных заготовках превышает предельно допустимую, то металл считается бракованным.

Заготовки всех сплавов обычно обтачивают, устраняя тем самым поверхностные дефекты, которые могут привести к снижению качества поковок или их браку. Кроме того, по кромкам торцов заготовок снимают фаски: 1,5 - 5 мм [4]

3.5 НАГРЕВ ЗАГОТОВОК

Электропечи сопротивления целесообразно применять для нагрева под ковку и штамповку заготовок небольшого сечения и сложной формы, а также в случаях, когда предъявляются особо высокие требования к качеству нагрева. Для нагрева стальных заготовок до температуры 1200-1250⁰ С служат электрические печи с карборундовыми нагревателями.

Параметры камерной печи Г-50 с карборундовым нагревателем приведены в Таблице 4

Таблица 4. Параметры печи Г-50

Транспортирование нагретых заготовок для последующих операций осуществляется по цепному транспортеру.

3.6 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ШТАМПОВКИ

После разрезки проката на дисковых пилах по скату - рольгангу заготовки попадают в тару, которая транспортируется мостовым краном к индукционному нагревателю для нагрева. Температура металла под штамповку 1150°С;

В программе QForm был смоделирован процесс штамповки изделия типа шкив, минимальная и максимальная температуры в течение процесса представлены на рис.4, данные температуры не выходят за рамки температурного интервала деформации, обосновывая правильность выбора температуры нагрева заготовки.

3.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ШТАМПОВКИ

Штамповку проводят в закрытом ручье. Температура заготовки перед штамповкой t = 1100°С. Расчет усилий штамповки и объема заготовки на КГШП требует высокой точности, так как при использовании недостаточно мощного пресса возможно его заклинивание, а при завышенном усилии - нерациональное использование.

Усилие при штамповке осаживанием в закрытых штампах определяют по формуле

штамповка кузнечный заготовка деталь

где r₁ = 3 мм - радиус закругления штамповки около пуансона;

r₂ = 2 мм - радиус закругления угла дна матрицы;

d = 97,5 мм - диаметр штамповки;

F_п - площадь в мм² проекции штамповки на плоскость, перпендикулярную к направлению движения ползуна пресса;

H_п - высота штамповки в мм;

_т - предел текучести материала штамповки при температуре конца штамповки в МПа;

= 87 МПа;

По полученному значению усилия штамповки выбирается КГШП номинальным усилием 6,3 МН, так как технологическое усилие штамповки должно быть меньше 85% от номинального усилия пресса.

Р < 85% Р_н,

Так как Р < 0,85 * 6,3 МН, пресс отвечает данному условию. Это необходимо, для того чтобы избежать перегрузки пресса. На Рис. 7 изображены напряжения в металле по окончанию штамповки, полученные в результате расчета в программе QForm.

Технические характеристики пресса приведены в Таблице 5.

Таблица 5 Техническая характеристика пресса

3.8 СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Технологические смазочные материалы при штамповке на КГШП применяют с целью снижения трения и усилия деформирования, охлаждения инструмента и предотвращения его разупрочнения, улучшения качества поверхности изделия при уменьшении износа инструмента. Одно из основных требований к смазочному материалу - хорошая экранирующая способность, т.е. способность надежно разделять поверхности деформируемой заготовки и инструмента.

При горячей штамповке штамповок осаживанием в закрытых штампах применяют графит с маслом, соляный раствор с маслом (машинным) или без масла и смазывающе-охлаждающие жидкости на основе спиртово-сульфидной барды [3].

В данном случае использована смесь графита с маслом, наносимая на заготовку распылением.

3.9 ОЧИСТКА ШТАМПОВКИ ОТ СМАЗКИ И ОКАЛИНЫ

Удаление смазки с поверхности штамповок производится электролитическим обезжириванием в щелочном растворе.

После нагрева на штамповках остается слой окалины, который необходимо очистить, так как этот слой препятствует последующей механической обработке и ухудшает качество поверхности штамповок. Существуют несколько способов очистки. Наибольшее применение имеют травление, галтовка, дробеметная очистка и очистка сжатым воздухом.

В данном случае применяется очистка сжатым воздухом. Этот способ применяют для очистки кованных и штампованных изделий от окалины.

3.10 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ШТАМПОВОК

Целью термической обработки штамповок является снятие остаточных напряжений после штамповки, улучшение обрабатываемости резанием, подготовка структуры стали и получение требуемых технологических и механических свойств.

Схема технологического процесса при термической обработке для штамповки из стали 12Х18Н9Т:

- Нормализация - нагрев до температуры 855-900⁰C и выдержка в течение 2 часов с последующим охлаждением на воздухе

- Высокий отпуск - нагрев до температур 600-700⁰C, выдержка в течение 15 часов и последующее медленное охлаждение в печи [6].

3.11 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ШТАМПОВКИ

Качество штамповок определяется точностью их геометрической формы и размеров, механическими свойствами, структурой и отсутствием поверхностных и внутренних дефектов. Получение качественной штамповки зависит от правильной разработки чертежа штамповки, проектирования и выполнения технологического процесса штамповки, а также организацией работы технического контроля, в задачи которого входит не только выявление, но и предупреждение брака. Применяемые методы послеоперационного контроля представлены в Табл. 6.

Таблица 6 Послеоперационный контроль штамповки

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШТАМПОВ

4.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШТАМПА КГШП

Штампы КГШП имеют сборную конструкцию, благодаря чему упрощается изготовление сменного инструмента, и создаются условия для экономии дорогих инструментальных сталей. Штампы состоят из державок и цилиндрических вставок, в которых выполнены ручьи, и блоков, в которых через державки закрепляют вставки. Размеры универсальных блоков для прессов нормализованы по МН 4808 - 63 …4812 - 63 и зависят от номинального усилия пресса [6].

Таблица 7 Размеры штампового блока

Клиновая подушка пресса позволяет регулировать закрытую высоту блока. Наилучшие эксплуатационные показатели имеют блоки, для которых закрытая высота выбрана по формуле

,

Примем закрытую высоту штампа равной 600 мм.

Гравюра ручья вставки выполняются по горячей штамповке, с учетом того что нагретая заготовка имеет размеры на 1,5% большие чем холодная.

Размеры цилиндрических вставок:

Таблица 8. Размеры цилиндрических вставок

Таблица 9 Размеры цилиндрических державок

Вертикальный зазор между пуансоном и матрицей в штамповочном ручье принимается равным 0,1 мм на сторону.

Материалы для штампов горячештамповочных прессов:

Таблица 10. Материалы для штампов горячештамповочных прессов [6]

4.2 ЭКСПЛУАТАЦИЯ ШТАМПОВ

Охлаждение штампа проводят с целью уменьшения разогрева поверхности гравюры штампа во время работы. Обеспечивается подачей струи сжатого воздуха на гравюру штампа.

Смазку штампа проводят для уменьшения трения и теплопередачи при деформировании и улучшения извлечения штамповки из штампа после штамповки, что способствует повышению стойкости штампов.

Для смазки штампа применять 3-5% эмульсию КРПД с добавлением серебристого графита (3 - 5%). Способ нанесения на штамп механическое распыление. Одновременно со смазкой из штампа выдувается окалина. Для удаления используется сжатый воздух давлением не ниже 0,4МПа, подаваемый из сопла обдувки окалины.

Основными видами износа являются:

1. Истирание - отрыв частичек металла штампа. Истирание ускоряется при появлении разгара. При достаточной твердости и чистоте поверхности гравюры износ штампа незначителен.

2. Смятие - деформация отдельных частей штампа, где имеются сильный нагрев штампа в процессе работы и высокие давления. При этом образуются поднутрения в полостях и выступах гравюры штампа. Во избежание его появления необходимо тщательно регулировать тепловой режим штампа (ритм штамповки, смазывания и охлаждения).

3. Разгар - образование сети термических трещин на поверхности гравюры. Это наиболее распространенный вид износа. Для повышения разгаростойкости необходимо тщательно регулировать режим работы штампа.

Кроме основных видов износа имеют место налипание и свариваемость деформированного металла с металлом штампа и другие виды износа.

Текущий ремонт штампа:

Мелкие дефекты устраняют без демонтажа штампов. Мелкие трещины зачеканивают тупым пневматическим зубилом или бородком. Наплывы, риски и наварившийся металл удаляют зачисткой ручными шлифовальными пневматическими или электрическими машинками с гибким валом.

Изношенные или сломанные части заменяют новыми. При этом штампы демонтируют.

Капитальный ремонт штампов необходим в том случае, когда штамп сломан или полностью изношен и не подлежит возобновлению. В этом случае дефектный слой металла снимается обработкой резаньем. Крепление вставок позволяет компенсировать подкладками снятый слой металла.

5. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕГО УЧАСТКА

Штамповка на прессах позволяет применять более совершенную организацию технологического процесса и большее число вариантов взаимного расположения оборудования на участках, чем при штамповке на молотах.

При планировке участка надо обеспечить удобную передачу заготовок между печью, прессами и тарой для заготовок и штамповок. Самым дешёвым и надёжным способом передачи штучных заготовок является передача их по склизу без последующего подъёма. Система таких передач обеспечивается расстановкой всего оборудования на участке не на уровне пола цеха, а уступами на разных высотах. В противном случае на каждой передаче необходимо поднимать заготовки вручную или транспортерами. Расстановка оборудования на основных площадях производится в технологической последовательности. При нагреве в индукционных нагревателях периодического действия заготовки удобно подавать к прессу по рольгангам, транспортерам или склизам к рабочему месту штамповщика или непосредственно на штамп пресса.

Список литературы

1. Справочник авиационных материалов ФГУП «ВИАМ»

2. Ковка и штамповка: под ред. Семенова Е. И. том 1. - М, Машиностроение,1986

3. Ковка и штамповка: под ред. Семенова Е. И. том 2. - М, Машиностроение,1986

4. ГОСТ 7505 - 89

5. Ковка и объёмная штамповка стали. Справочник том 1: Сторожев М.В. - М, Машиностроение, 1968

6. Ковка и объёмная штамповка стали. Справочник том 2: Сторожев М.В. - М, Машиностроение, 1968

7. Проектирование технологических процессов кузнечно-штамповочного производства: А.В.Соколов, А.Р. Палтиевич, А.С. Кирилянчик - МАТИ, 2007

Размещено на Allbest.ru