Разработка металлосберегающего технологического процесса изготовления поковок деталей самолетов ИЛ-76 и ТУ-204

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Высокие темпы развития отечественного авиастроения и экономики требуют увеличения и улучшения качества продукции.

В современном авиастроении существенно возрастает роль развития кузнечно-штамповочного производства (КШП). В современной металлообработке кузнечная промышленность занимает высокое место. Продукцию кузнечных цехов (поковки) применяют практически во всех отраслях . Без поковок невозможно представить современное авиационное производство. Оснащение кузнечно-штамповочного производства высокоэффективным оборудованием создает благоприятные условия для ускоренного совершенствования и применения новых высокопроизводительных технологических процессов изготовления поковок.

Современная структура продукции КШП в машиностроении примерно такова: кованые поковки, изготавливаемые из слитков - 16%, из проката -14%, штампованные поковки - 70%. Развивающаяся специализация производства способствует дальнейшему расширению применения штамповки. Замена ковки прогрессивными методами штамповки, вальцовки-прокатки позволяет максимально приблизить форму и размеры поковок к контурам готовых деталей (сократить припуски и напуски) и тем самым более экономно расходовать металл за счет снижения отходов в стружку в процессе обработки резанием. При этом высвобождается значительная часть парка металлорежущих станков, снижаются затраты легированной стали, расходуемой на изготовление режущего инструмента, сберегаются энергетические ресурсы. Кроме того, следует учесть, что в процессе ковки (штамповки) обрабатываемый металл претерпевает не только наружные (контурные), но и внутренние (структурные) изменения, способствующие при правильном режиме обработки повышению прочности деталей по сравнению с изготовленными обработкой резанием или методами литья. Значительное повышение прочности деталей достигается термической обработкой поковок. Детали изделий, испытывающие повышенные удельные нагрузки, изготавливаются, как правило, из термически обработанных поковок. Современное КШП оснащается усовершенствованными типами нагревательного оборудования, способствующего снижению угара металла. В распоряжении конструкторов имеется богатый выбор конструкционных и инструментальных материалов. Все это позволяет создавать прочные, надежные в эксплуатации изделия, удовлетворяющие современным высоким требованиям.

Однако производительность труда, качество и себестоимость продукции КШП зависят от конструкторских и технологических разработок. Эти показатели в значительной мере обусловлены профессиональной подготовкой рабочих, непосредственно занятых в КШП, - кузнецов-штамповщиков. Огромная роль принадлежит инженерам и рабочим, непосредственно на производстве занимающимся внедрением последних достижений науки и техники: прогрессивных технологических процессов, высокопроизводительного оборудования, средств механизации и автоматизации.

Продукт, получаемый в результате ковки или объемной штамповки, называют поковкой. Поковку для одной и той же детали можно получить и ковкой и штамповкой.

В кузнечных цехах с серийным и особенно крупносерийным и массовым производством процесс изготовления поковок осуществляется методом горячей объемной штамповки, отличающийся высокой производительностью, меньшими по сравнению с коваными поковками припусками на обработку резанием и суженными допусками на размеры. При объемной штамповке поковка представляет собой по существу оттиск ручья. Инструмент при объемной штамповке является специализированным, т.е. предназначен только для детали только одного наименования. Проектирование и точное изготовление штампа позволяет получить форму и размеры поковки максимально приближенными к размерам детали. В то время как при ковке, где формообразование происходит за счет последовательного применения различных приемов и операций, а инструмент является универсальным, точность поковок в основном определяется мастерством кузнеца. Для получения детали из штампованной поковки, как правило требуется лишь незначительная механическая обработка, когда кованная поковка, даже при самой высокой квалификации рабочего получается менее точной, а ее поверхность менее грубой.

Недостатком объемной штамповки является необходимость применения специального и часто весьма сложного инструмента (штампов) для каждого наименования деталей, что значительно удорожает процесс изготовления изделия. В то время, как ковка дает возможность при помощи простого и дешевого инструмента изготавливать поковки разнообразной формы и любой массы: от самых маленьких (конская подкова) до очень крупных (коленчатый вал современного океанского теплохода). Но ковка деталей, особенно сложной формы требует высокой квалификации кузнеца, что не так обязательно для объемной штамповки.

Поэтому, в виду дороговизны инструмента, объемную штамповку применяют обычно в условиях серийного и массового производства, где особенно высокая производительность и большая точность поковок. Инструмент постоянно находится в эксплуатации и затраты на его изготовление окупаются.

Метод объемной штамповки заключается в деформировании нагретого металла в штампе- специализированном инструменте индивидуального назначения.

В процессе деформирования металла, происходящем в ограниченной стенками штампа полости, называемой ручьем штампа, заготовка приобретает форму и размеры ручья штампа. Благодаря противодавлению стенок штампа течение металла, выживаемое внешними силами (ударом молота, нажатием пресса), характеризуется определенной направленностью и высокой интенсивностью пластического перемещения частиц заготовки по всему охваченному деформированием объему (отсюда название «объемная штамповка»).

В зависимости от сложности формы поковки штамп для ее изготовления может иметь один или несколько ручьев. Одноручьевые штампы применяют для штамповки простых по конфигурации поковок. Штамповку сложных по форме поковок осуществляют в многоручьевых штампах, в заготовительных ручьях которых заготовка предварительно фасонируется, получая форму, близкую к очертаниям окончательного ручья. Сложные поковки можно также штамповать в одноручьевом штампе при условии применения фасонных заготовок (например, периодического проката), либо предварительной обработки заготовок на другом оборудовании (например, ковочных вальцах).

Ручей, в котором при смыкании верхней половины штампа с нижней заготовка приобретает очертания и размеры поковки (с учетом усадки), называется окончательным (чистовым) ручьем. Известны два типа окончательных ручьев: открытый - с канавкой для облоя (заусенца) и закрытый - без канавки для облоя. Соответственно типу окончательного ручья штамп называют открытым или закрытым. Штамповка в открытых штампах сопровождается образованием вокруг поковки предусмотренного облоя, удаляемого обычно на обрезных прессах. Для поковок, получаемых в закрытых штампах, облой не предусматривается.

Безоблойная штамповка имеет важные преимущества: экономится металл за счет устранения облоя; отпадает потребность в оборудовании и штампах для обрезки; сокращается состав бригады; экономится электроэнергия. Однако наряду с преимуществами безоблойная штамповка имеет существенные недостатки: повышенные требования к точности размеров заготовок; недопустимость скосов на торцах; необходимость тщательной очистки от окалины заготовок и ручьев штампов; точное центрирование заготовки при ее установке в штампе; резкое снижение стойкости штампов. Несмотря на это безоблойная штамповка является перспективной и находит все более широкое применение. Наиболее распространена штамповка в открытых штампах.

Перспективной является также изотермическая штамповка, заключающаяся в осуществлении процесса пластического деформирования горячей заготовки в инструменте, нагретом до ковочных температур. Изотермическая штамповка эффективна при изготовлении точных поковок из труднодеформируемых металлов в условиях крупносерийного и массового производства. Поддержание требуемой температуры в рабочей зоне (до 1100°С) достигается применением специальных устройств. Одним из существенных преимуществ изотермической штамповки является снижение потребных усилий деформации.

В зависимости от типа применяемых кузнечных машин различают штамповку ' на молотах, прессах, горизонтально-ковочных и специализированных машинах; комбинированная штамповка осуществляется последовательно на разных машинах. Различают так же и другие разновидности горячей объемной штамповки, к которым, в частности, относятся: скоростная, в режиме сверхпластичности, жидкого металла в период кристаллизации, выдавливанием и др.

Дальнейшее совершенствование процессов горячей объемной штамповки повышает точность размеров и улучшает качество поверхностей, получаемых при обработке давлением, приводит к тому, что во многих случаях этот способ обработки полностью вытесняет традиционную обработку резанием.

Целями данного дипломного проекта являются разработка металлосберегающего технологического процесса изготовления поковок деталей самолетов ИЛ-76 и ТУ-204, а также совершенствование технологии нагрева и термообработки в электрических печах сопротивления, за счет изменения конструкции печи.

1. Анализ научно-технической литературы

1.1 Анализ научно-технической литературы по горячей штамповке и нагревательным печам

В книге [1] изложены основные сведения о технологии изготовления горяче-штампованных поковок, описаны подготовка исходных материалов и нагрев металла под штамповку, инструмент и технологические процессы ковки и штамповки, отделки и контроля поковок. Рассмотрены устройство и принцип действия нагревательного и кузнечно-штамповочного оборудования, указаны прогрессивные процессы штамповки, приведены сведения об организации и технике безопасности в кузнечно-штамповочном производстве.

В книге [2] даны рекомендации по назначению допусков, припусков и напусков штампованные поковки. Рассмотрены вопросы, касающиеся технологии горячей штамповки и отделочных операций на различном штамповочном оборудовании. Приведены исходные материалы для производства штампованных поковок. Даны основные сведения о штамповочном оборудовании и проектировании кузнечных цехов. Освещены вопросы техники безопасности и экономические вопросы кузнечного производства.

В книге [3] приведены примере проектирования технологических процессов объемной горячей штамповки на различном оборудовании. Даны рекомендации, необходимые для конструирования и расчета штампов и выполняемы в этих штампах ручьев. Приведены сведения по отделки и очистке поковок, контролю их качества, эксплуатации и ремонту штамповой оснастки.

В книге [6] описываются устройство, назначение и принцип действия современных типов кузнечных нагревательных установок для нагрева металла под ковку и штамповку; даются сведения о кузнечно-штамповочном оборудовании и материалах для поковок.

В отдельных главах книги описываются условия экономичного сжигания топлива, приводятся данные о топливе и его свойства; рассматриваются технологические процессы и режимы нагрева заготовок и др.

В книге [13] излагаются основы технологических и теплотехнических расчетов теплообменников и других установок. Даются краткие технические характеристики тепловых установок. По каждому типу установки приводится числовой расчет теплового баланса.

В книге [14] изложены основы выбора оптимальных проектных решений огнетехнических установок. Описанных конструкции элементов установок. Дан анализ улучшения эксплуатационных и технико-экономических показателей их работы.

В книге [15] рассмотрены вопросы математического и экспериментального моделирования воздухонагревателей, горелочных устройств, газоходов, поверхностей нагрева, турбинных установок, камер сгорания и др.

В книге [17] излагаются основы технической термодинамики и теплопередачи. Изложены приложения законов термодинамики к анализу циклов теплообменных конструкций, газотурбинных установок, тепловых двигателей и др. Изложены физические основы теплообмена. Рассмотрены элементарные способы передачи теплоты в теплообменных конструкциях.

2. Разработка технологического процесса изготовления поковки «Винт»

2.1 Деталь №ДП.ГШ. 08.03.00.001- винт

Для разработки технологического процесса выбираем из

номенклатуры деталь № ДП.ГШ.008.03.00.001-винт авиационный (рис.2.1)

Рис.2.1. Деталь - винт авиационный.

2.2 Анализ назначения детали и технические требования к ней

Деталь "винт" используется в конструкции шасси самолета, поэтому она является особо ответственной деталью. Данная деталь испытывает как крутящие, так и растягивающие напряжения. Поэтому к детали предъявляют высокие технические требования, при этом твердость поверхности должна составлять НРС_Э36...42. После обработки детали в кузнечном цехе она поступает на механическую обработку.

2.3 Анализ технологичности детали

Конструкция детали должна быть технологична, то есть должна быть приспособлена к определенной технологии производства. В связи с этим требуется определить место изготовления и дать оценку технологичности поковки. Технологические процессы ГОШ могут быть наиболее рациональными лишь при условии создания технологичной конструкции или формы детали, допускающей наиболее простое изготовление. Поэтому технологичность горячештамповочных деталей является наиболее важной предпосылкой прогрессивности технологических методов и экономичности производства.

Под технологичностью следует понимать такую совокупность свойств и конструктивных элементов, которые обеспечивают наиболее простое и экономичное изготовление деталей (в условиях данной серийности) при соблюдении технических и эксплуатационных требований к ним. Основными показателями технологичности являются: 1 )наименьший расход материала;

2)наименьшее количество и низкая трудоемкость технологических операций;

3)отсутствие последующей механической обработки; 4)наименьшее количество требуемого оборудования и производственных площадей;

5)увеличение производительности отдельных операций и цеха в целом»

Общим результативным показателем технологичности является наименьшая себестоимость штампуемых деталей.

Винт авиационный относится к оссимметричным поковкам, удлиненной формы с утолщением на конце.

2.4 Выбор материала

Учитывая назначение и технические требования к детали, выбираем для её изготовления Сталь 38Х2МЮА-2 сталь хромоалюминиевую с молибденом.

Химический состав стали хромоалюминиевой с молибденом 38Х2МЮА в %. ГОСТ4543-71.

Таблица 2.1

С	Si	Мп	Сг	Мо	А1
0.35-0.43	0.20-0.45	0.30-0.60	1.35-1.65	0.15-0.25	0.70-1.10

Механические свойства легированной стали 38Х2МЮА после термической обработки ( закалка в воде или масле t = 940° С ) ГОСТ4543-71.

Таблица 2.2

Сталь	о> ,МПа	ав ,МПа	s,%	У,%	KCV ,кДж/ м2
38Х2МЮА	850	1000	14	50	900

Сталь выбираем по стандарту: 38Х2МЮА ГОСТ4543-71. 2.5 Выбор способа изготовления.

Поковка винт является типовой деталью для штамповки на ГКМ, так как при получении таких поковок на молотах, процесс штамповки сильно усложнится, увеличится трудоемкость процесса, при штамповке на молоте образуется большое количество облоя, для которого будут увеличены кузнечные напуски и припуски, следовательно, расход материала увеличивается. При получении таких поковок на КГШП будет большое количество облоя, необходимость использования вальцовки приводит к использованию дополнительного оборудования, что экономически не выгодно. При штамповке на молотах, КГШП необходимо производить полный нагрев заготовки, тогда как при штамповке на ГКМ нагревают отдельные части заготовки, вследствие чего уменьшаются потери металла на угар, уменьшается расход электроэнергии.

Поковка "винт" является характерной для изготовления на ГКМ. Поковки, изготавливаемые на ГКМ, делят на 6 основных групп. По классификации данная поковка относится к первой группе, к первой подгруппе.

Штамповка данной поковки может осуществляться за 3 перехода: два наборных (в коническом пуансоне); третий переход - формовочный.

2.6 Разработка чертежа поковки

Чертеж поковки разрабатывают на основании чертежа готовой детали или чертежа обработанной поковки, поставляемой заказчику, с указанными на них размерами шероховатостью поверхностей, маркой материала, и установочными базами. При этом устанавливают припуски на обработку резанием, допуски на изготовление поковки и внешние радиуса поковки. Назначают напуски на отверстия и проточки, внутренних радиусов закруглений и штамповочных уклонов.

В припусках для последующей обработки должны быть учтены: вмятины от окалины, слой обезуглероженного металла, искажение формы поверхности и другие возможные дефекты.

В допусках учитывают недоштамповку по высоте, колебание размеров ручья штампа в результате износа, сдвиг половин штампа и ряд других факторов.

Наружные радиусы закруглений предусматривают для предотвращения напряжений и образования разгарных трещин в углах гравюры ручья штампа, снижения усилий, необходимых для заполнения углов и обеспечения плавного изменения направления волокон. Наименьшие значения радиусов зависят от массы поковки и глубины ручья.

Радиусы закруглений внутренних углов поковки влияют на условия течения металла, стойкость штампа и качество поковок. Внутренние радиусы должны быть в 3-4 раза больше наружных, в противном случае возможно образование зажимов или перерезание волокон.

1. Исходные данные:

1.1 Материал-Сталь38Х2МЮА :сталь хромоалюминиевая с молибденом. Легирующие элементы: С-(0.35-0.43)%; Si-(0.20-0.45)%; Мп-(0.30-0.60); Сг-(1.35-1.65); Мо-(0.15-0.25); А1-(0.70-1.10).Масса детали:4,7кг

2. Исходные данные для расчета (расчет выполняется по [5]).

2.1 Расчетная масса поковки К_Р * М_д = 1,6 * 4,7 = 7,52 кг (2.1)

где К_Р -расчетный коэффициент (См. табл.3.1 [5])

2.2 Класс точности - Т5, т.к. штамповку производим на ГКМ. (См. табл.3.3)[5]

Группа стали - М2, т.к. используемый материал имеет массовую долю углерода - 0,38%, суммарную долю легирующих элементов - 3.1%).(См. табл.3.2) [5]

Степень сложности С2, т.к. штамповку производим за 3 перехода. (См. п.3.3) [5]

Конфигурация поверхности разъема штампа - П (плоская).

Исходный индекс 16. (См. табл.3.4) [5]

3. Припуски и кузнечные напуски:

3.1 Основные припуски на размеры: (См. табл.4.1) [5] 2.0 мм - 070 мм, шероховатость поверхности 20 мкм; 2.0 мм - 042 мм, шероховатость поверхности 20 мкм;

мм - 034 мм, шероховатость поверхности 1,5 мкм;

мм - толщина 719.6, шероховатость поверхности 20 мкм;

мм - толщина 44, шероховатость поверхности 20 мкм;

мм - толщина 6, шероховатость поверхности 2.5 мкм;

3.2 Дополнительные припуски, учитывающие:

- смещение по поверхности разъема штампа - 0,4 мм; (См. табл.4.3)

- изогнутость, отклонения от плоскостности и от прямолинейности,

(См. табл.4.4 [5]): ^70 - ОАмм. ф42 - ОАмм. 034 - ОАмм.

4. Размеры поковки и их допускаемые отклонения.

4.1 Размеры поковки:

070+(2,0+0.4+0.4) * 2= 75.6 мм, принимаю 076 мм;

042+(2,0+0.4+0.4) * 2= 47.6 мм, принимаю 048 мм;

034+(2,7+0.4+0.4) * 2=41мм, принимаю 041 мм; толщина 44+(2.2+0.4) = 46.6 мм, принимаю 47 мм; толщина 6+(2.3 + 0.4) = 8.7 мм, принимаю 9 мм; толщина 719.6+(2.8 + 0.4) = 722.8 мм, принимаю 723 мм;

Радиус закругления наружных углов - 3,6 мм.

Штамповочный уклон - 7°

4.4 Допускаемые отклонения размеров, мм:

толщина 541^; толщинаЗ^/ толщина ⁷²³ч,9 '*>

Допуск длины стержня - 6,0 мм.(1)

Неуказанные предельные отклонения размеров(См. п. 5. 5) - 1,5 допуска соответствующего размера поковки с равными допускаемыми отклонениями. [5]

Неуказанные допуски радиусов закругления - 2,0 мм. (См. табл.5.8) [5]

Допускаемые отклонения:

от плоскостности и от прямолинейности - 2,0 мм; (См. табл. 5. 6) [5] от изогнутости - 2,4 мм. (См. табл. 5. 6) [5]

Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа- 1 мм. (См. табл. 5. 2) [5]

Отклонение от соосности диаметра стержня 034 - 1 мм. (См.

табл.5.5) [5]

Допускаемые отклонения штамповочных уклонов - (7±1,7)°(См. примечание 1 к табл. 5. 8). [5]

Допускаемое отклонение торца стержня: (См. рис. 5.1) [5]

х=2.87 мм; у=32.8 мм; Наклон среза 7°.

2.7 Определение объема и массы поковки и заготовки, размеров исходной заготовки

Объем поковки определяю, разбив чертеж поковки на простые тела, как сумму объемов этих тел.

Рис.2.2. Разбивка поковки на элементарные тела

Определяю объем и массу поковки:

V -V + V + V + V -V (22}

^Y ПОК --^у\^^г2^'!>^^уИ ^у 5 V/⁴"^/

F, = 3,14 * 20² * 723 = 908088 мм²

V₂ =--3,14-6-(38²+38-24 + 24²) = 18413 мм²

V, =- -3,14 * 14 -(38²+ 38- 40.5 + 40.5²) = 67746 мм² V, =-* 3,14* 34-(38²+ 38-40.5 + 40.5²) = 164526 мм²

V, =-3,14-15³-0.5 = 7065 мм²

^упок = (908088 +18413 + 67746 + 164526 - 7065) -1.005 * 1151708 мм²

(2.3) Определяю размеры заготовки:

V_3Ar=V_noK\

Выбираю

Определяю длину высаживаемой части заготовки:

F-площадь поперечного сечения прутка

F = nR² =3.14-20.5² =1319.585л<л1² ₌ YmL = ²⁵⁷⁷⁵° = 195.33 мм. (2.7)

F 1319.585

2.8 Раскрой сортового проката. Определение нормы расхода металла

Наиболее распространенным способом получения заготовок для

горячей штамповки из прутков и штанг сортового проката является резка на пресс-ножницах, как наиболее дешевая и производительная.

На машиностроительные предприятия сортовой металлопрокат поставляется в основном интервальной, кратной и мерной длины.

Прутки стали горячекатаной (ГОСТ 2590-71) поставляют длиной: от 3 до 10м из углеродистой обыкновенного качества и низколегированной стали; от 2 до 6м из качественной углеродистой и легированной стали; от 1,5 до 6м из высоколегированной стали.

Раскрой интервального проката

Поставляемые партии проката могут иметь значительные колебания длин штанг. При резке такого проката на заготовки образуется торцевые (концевые) отходы, которые связаны с наличием металлургических дефектов (заусенцев) на концах штанг и отход, образующийся из-за колебаний длин штанг, который называется некратностью.

Длину некратности принимаю равной половине длины заготовки:

L_H = 0,5 * L₃ = 0,5 * 872.8 = 436.4 мм.

Расчетная интервальная длина штанг для качественной стали конструкционного назначения принимаю 1_РИ = 3692 мм.

Расчетное количество отрезаемых заготовок при этом составляет:

N = (1_РИ -L_T)/L₃= (3692-20.5)/872.8 = 4.2; (2.9)

Принимаю 4 заготовки.

Раскройный коэффициент:

K = (L_m-L_T-L_H)/L_m =(3692-20.5-436.4)73692 = 0,88. (2.10)

Раскрой кратного проката

Штанги кратного проката могут иметь различную длину в определенном интервале размеров. Однако, они должны удовлетворять условию двойной кратности: быть кратными величине длины отрезаемых заготовок L₃ с учетом доли отхода на торцевой обрезок L_T и кратными длине L_K, которая не должна быть меньше Z_min (минимально допустимая длина штанги интервального проката), определяемой по прейскуранту (для горячекатаной качественной стали всех сечений L_min = 2000 мм).

20 5 L_KP = 872.8 + =^ = 879.6 мм;

L_K = N-L_KP = 3-879.6 = 2639 мм; L_mm < 2639 < I_max

Раскройный коэффициент:

К_Р =(L_K-A_max-L_T)/L_K= (2639 -30 -20.5) /2639 = 0,98. (2.14)

Раскрой мерного проката

Штанги мерного проката также кратны длине отрезаемой заготовки, но в отличие от интервального проката имеют одну и ту же длину:

L_m=N-L₃+ L_T

где N - число заготовок при раскрое штанги длиной I_max на отрезки L,

Рис.2. 5. Схема раскроя мерного металлопроката

« i* ,	Lz	L3	Ls	lj	* t* *	**Lm*.
			Lrn

N = (6000 - 20.5) / 872.8 = 6.85 ; Принимаю N = 6 шт .

I_M=N-I₃+I_r=6- 872.8 + 20.5 = 5258

Раскройный коэффициент:

К_Р =(5258-30-20.5)75258 = 0,99.

Ку - коэффициент, учитывающий потери металла на угар.

Выбираю мерный способ раскроя проката т.к. при таком методе раскроя меньше отходов.

Усилие необходимое для разрезки проката Р = л--20.5²-о-_СР = 3.14-20.5²-620 = 818.2кЯ (2.16)

2.9 Установление режима нагрева заготовок и выбор типа нагревательной установки

Температурный интервал штамповки является одним из самых основных является одним из основных термомеханических параметров, без знания которого невозможна разработка рационального технологического процесса штамповки. Температурный интервал имеет верхний и нижний пределы. Нагрев металла сопровождается изменением структуры и механических свойств металла: снижение прочностных свойств, а следовательно и снижение сопротивления деформированию; уменьшение требуемой мощности оборудования.

Температурный интервал штамповки зависит от: массы заготовки, химического состава металла, металлургической технологии, степени деформации. Необходимо различать допустимый и рациональный интервал штамповки. Рациональный интервал штамповки. Рациональный интервал устанавливается на основе допустимого интервала и опыта освоения технологического процесса.

Температурный интервал определяют по диаграмме состояния стали, пластичности и рекристаллизации. Для стали 38Х2МЮА-2 температурный интервал составляет:

max температура нагрева металла перед штамповкой - 1200°С;

min температура окончания штамповки - 800°С. [1]

При выборе типа нагревательного устройства необходимо учитывать следующие требования:

должна быть обеспечена требуемая температура;

равномерный нагрев по поверхности и по сечению;

минимальное окисление поверхности или образования угара и т.д. В нашем случае необходимо применение электрической печи сопротивления, т.к. она повышает производительность труда, позволяет провести полную автоматизацию и обеспечить высокую стабильность процесса, улучшить условия труда и сократить потери металла на окалинообразование. Электрический нагрев концов заготовок целесообразно выполнять в специальных печах - очковых.

Технология нагрева заготовок.

Заготовки перед высадкой на ГКМ будем нагревать в электрической печи сопротивления СИЗ .Пруток загружается в печь через специальные отверстия в дверце печи. Количество одновременно нагреваемых заготовок - 12. Ориентировочное время нагрева заготовки до нужной температуры - 15 минут. Спустя 15 минут пруток готов к штамповке на ГКМ. Из печи достают один пруток на его место устанавливают следующую заготовку т.о. пока происходит штамповка, нагревается следующая партия заготовок. При наличии двух и более печей можно организовать процесс нагрева т.о. что у нас всегда будут заготовки, нагретые до нужной температуры.

Таблица 2.3 Характеристика печи

№ п/п	Параметр	Ед. изм.	Значение параметра
1	Мощность	кВт	134
2	Мощность на нагревателях	кВт	129
3	Номинальная температура	°С	1200
4	Напряжение питающей сети	В	380
5	Напряжение на нагревателях	В	152 \ 380
6	Число тепловых зон	Шт.	1
7	Удельный расход электроэнергии	кВтч/к г	0.284
8	Масса садки	т	1.2
9	Мощность холостого хода	кВт	30
10	Среда в рабочем пространстве		Эндогаз
11	Расход защитной атмосферы	мъ 1ч	20
12	Время разогрева до рабочей температуры	ч	9
13	Размеры рабочего Длина пространства Ширина Высота	мм	2200 1100 700
14	Масса электропечи	т	10.97
15	Масса футеровки	т	5.32

2.10 Расчет переходов штамповки

Волокнистое строение получаемой высадкой поковки является одним из показателей ее качества. Помимо требования симметричного расположения волокон к поковкам предъявляют также требование повторения линиями макроструктуры рабочего контура штампуемой детали. Рабочий контур детали обычно соответствует контуру высаженной части поковки только частично. Расположение рабочего контура детали в верхней торцевой части поковки нежелательно на участке контура, соответствующего диаметра d заготовки, т.к. на этом участке линии макроструктуры наклонены к контуру детали под углом а ->0.

Определим размеры конической полости первого наборного перехода. Их определяют на основе расчетного конуса, для которого диаметр меньшего основания d_p - d, диаметр большего основания.

D_p =Ј_r -d, где е_р = 1,83 - 0,0626 * ц/ > 1,25 [3]

е_р = 1,83 - 0,0626 * 4.76 = 1.532024 Принимаю Ј-^=1.5.

D_P = 1.5-41 = 61.5 лш.

е_р = 1,83 - 0,0626 * 3.2 = 1,62968.

Принимаю Ер =1.63

Исполнительные размеры конуса: Диаметр большего основания:

D_K2 = d_kl * s_p = 42.23 * 1.63 = 68.8 мм,

Диаметр меньшего основания:

d_K2 = 42.23мм;

е_к = ,J(l,63² +1,63 +1)- 0,75 * I² - 0,5 = 163; D_K2 = 1,63-61,5 = 98.4 мм.

2.11 Определение усилий штамповки и выбор оборудования

Наибольшие усилия возникают при штамповке в окончательном формовочном ручье, поэтому выбираем номинальное усилие пресса в зависимости от усилий, возникающих в чистовом ручье.

Выбираю ГКМ с усилием 400-пс [ 1 ] Основные параметры ГКМ по ГОСТ 7023-70

Таблица 2.4.

п/п	Наименование параметра	Ед. изм	Значение параметра
1	номинальное усилие развиваемое высадочным ползуном	тх.	400
2	максимальное усилие	т.е.	400
3	ход подвижной матрицы	мм	SM=80
	высадочного ползуна		8=200
	высадочного ползуна после закрытия матриц		SP =125
	обратный высадочного ползуна при закрытых матрицах		S06 = 40
4	число непрерывных холостых ходов ползуна в 1 мин		не менее 80
5	наибольшее расстояние Ы между грудной плитой станины и клином в его нижнем положении ползуна	мм	560
6	наибольшие размеры длина матриц	мм	L=280
	высота		Н=320
	ширина		В=120
7	наибольший размер зева для прохода заготовки Ъ	мм	50
8	расстояние L2 между высадочным ползуном в его крайнем переднем положении и матрицами	мм	55
9	размеры мест крепления блоков матриц	мм	Ь, = 20
			А = 7
			/'=70
10	размеры мест крепления блоков пуансонодержателей	мм	В, =80
			А, = 330
			А2 =380
			/, =120
			/2 =120
11	регулировка клином С	мм	7
12	производительность	кг/ч	120
13	наибольший диаметр обрабатываемого прутка	мм	40

2.11 Отделочные операции

2.11.1 Термическая обработка поковок (отжиг)

Отжиг применяется в качестве предварительной термообработки для снятия внутренних напряжений, улучшения обработки резанием, устранение структурной неоднородности и подготовки к следующей термообработке.

Температура отжига t=800 °C.

2.11.2 Очистка поковок от окалины

Для очистки поковок от окалины используется дробеметно-дробеструйная камера периодического действия. [2] Параметры дробеметно-дробеструйной камеры

Таблица 2.5

№ п/п	Параметр	Ед. изм.	Значение параметра
1	Производительность	т/ч	5-7
2	Внутренние размеры камеры	м	4,5x4,5x3,0
3	Грузоподъемность тележки	т	10
4	Диаметр поворотного стола	мм	3200
5	Число аппаратов	дробеметных	шт.	2
		дробеструйных		1
6	Габаритные размеры камеры (длина х ширина х высота)	м	9,5x10x6
7	Производительность одного аппарата	дробеметного	кг/мин	250
		дробеструйного		25

2.12 Разработка конструкции штампов, деталирование

2.12.1 Выбор конструкции штампов

При конструировании ручьев штампов и их элементов следует пользоваться в качестве исходных данных расчетами по переходам штамповки. Штамповку поковки осуществляем в закрытых ручьях. Высадку производим как в ручьях пуансона так и в ручьях матрицы.

При конструировании штампа проверяют возможность применения конструкции блоков матриц типа I [2] и только в случаях, когда не удается расположить все вставки в одном блоке, применяют другие конструкции блоков.

2.12.2 Конструктивная проработка штамповочных ручьев

Размеры зажимной части ручья - d=41 мм - диаметр заготовки, 1-152.5мм - длина зажимной части, d=0 мм, т.к. штамповку ведем с применением прижима. Такие же зажимные вставки применяем во всех ручьях при штамповке.

Рис.2.9. Схема конструкции наборной части ручья

1_М > (195.33 + 0,5 -41) -131.5 = 84 мм.

Длина пуансона:

1_П = 1₇ - (l_p + Ј₂ ) ; l_z = 870 мм ; 1_П = 870 - (245 + 2,5) = 622.5 мм .

Расчет размеров 2-го наборного ручья

штамповка поковка электрический печь

D_n >D_K +0,2-(D_K+l_K) + 5 = 68.8 + 0,2 -(68.8 + 1 14) + 5 = 110.36 мм; (2.22)

D_M =D_n +2-^ =110.36 + 2-2 = 114.36 мм , принимаю D_M =114,4 мм ;

I _п = l_z - (1_Р + S₂ ) = 870 - (245 + 3) = 622лш. (2.23)

Расчет размеров формовочного ручья

Диаметр матрицы:

D_M = В_ф = 121.6 мм ;

Диаметр пуансона:

D_n =D_M +2-S = 121. 6 + 2-2 = 125,6 мм ; (2.24) где 8 = 2. [2]

Длина пуансона:

l_n =l_z -(l_p +/_ф) = 870-(245 + 34) = 591 мм. (2.25)

Рис.2.10. Схема конструкции формовочного ручья

Конструктивные размеры штампа

Размеры вставок в блоке матриц по [3]

Размеры хвостовиков пуансонов по [3]

Размеры элементов формовочного пуансона [3]

Размер упор-клещей [3]

Нормирование детали штампа, их размеры ЬхВхНым

Блок матриц 485x400x590

Блок пуансонов 61 Ох204х 710 [2]

Определим штамповое пространство ГКМ и сопоставим конструктивно с размерами штампа.

Рис.2. 12. Схема размещения штампа на ГКМ

Штамповое пространство ГКМ (L) состоит из размера матриц (L2), длины пуансонодержателя (L1), и свободного пространства, по которому определяют длину пуансонов. По размерам штампового пространства определяют габаритные размеры штампов.

Для конструирования штампа необходимо определить расстояние между торцом пуансонодержателя и опорной поверхностью матриц (Iz):

где 1=1 720 мм [2].

1_г = 1720 -850 = 870 мм.

Расчетную высоту штампа определяю по формуле:

H = ^D_K+0,3-^(D_K+l_K) + lO-(N + l), (2.26)

где D_K - наибольший диаметр перехода штамповки в каждом ручье; 1_К - длина перехода в каждом ручье N - число переходов

Я = (61.5 + 68.8 + 98.4) + 0,3 * (61.5+ 131.5+ 68.8+ 114+ 98.4+ 46.7)+ 10-(3 + 1) = 425 лш

Н * 425 мм .

2.13 Расчет норм времени на штамповку

Составными частями нормы времени на горячей штамповке является:

1)основное (машинное) время;

2) вспомогательное время;

3) время на обслуживания рабочего места, отдых о личные надобности;

4)подготовительно-заключительное время ГКМ совершает 80 ходов в минуту, режим работы - одиночный ход, включение машины ножное. Основное время определяют, как произведение количества ручьев в штампе на время одного хода ползуна машины. Вспомогательное время включает в себя время на загрузку и выгрузку заготовок из печей; очистку от окалины; подачу нагретых заготовок на штамповку, установка заготовки в ручей штампа и перемещение заготовок по ручьям штампа, снятие поковок со штампа, удаление окалины, смену клешей и т.п.

Время на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности включает в себя затраты на: раскладку и уборку инструментов, уборку рабочего местд, подстройку и регулировку оборудования в процессе работы, загрузка дроби в бункеры дробометных барабанов, пуск и остановку оборудования и т.п.

Подготовительно-заключительное время складывается из затрат времени на: получение производственного задания, инструктаж, ознакомление с работой, установку н снятие штампов и т.п.

Исходные данные:

материал- Сталь 38Х2МЮА ;

масса заготовки - 9.04 кг;

размеры заготовки - 41x872.8;

количеств поковок из заготовки- 1 шт.;

масса поковки-9.04 кг.,

количество ручьев в штампе - 3 шт.;

усилие машины в конце хода - 1.6МН.;

тип муфты включения - пневматическая;

бригада-2 человека;

10) тип производства - массовый, крупносерийный

Таблица 2.6

Л»И.Я. 1		Содержание работы	Учитываемы и фактор	Поворяе-мость	R,	яма
						Основное	Вспомогательное
1	7	3	л	5	fi	1	8
1	10	2	Взять заготовку	Масса			0,036
	с,		со станины	заготовки
	44		клещами, установить	9.04кг
2	6		Штамповать	Число	3	0,031*3=
	с,		(высадка в	двойных		=0,094
	31		ручьях)	ходов в 1 мин
				-80
3	10	14	Переложив	Масса	2	_	0,0142*2=
	с,		заготовку из	заготовки			=0,0284
	46		ручья в ручей	9.04 кг
			нажать педаль
4	10	33	Отложить	Масса	1	_	0,025
	50		заготовку на стол (расстояние 2 м)	заготовки 9.04кг
5	10	47	Рмячятт, ттттямтт	Vr.wrrn^			0092
			пуансон
	52
			Итого на поковку	-		0.094	0.1814

Таблица заполняется по примеру приведенному справочнике «Общемашиностроительные нормативы времени на ГШ» Расчет норм штучного времени при штамповке на ГКМ Норма штучного времени определяется по формуле:

Т_ш=(Т₀+Т_В)*\а ПО [4], СТр. 6,

где to -основное время;( Т₀=0,094мин); Т_в -вспомогательное время; Т_в=0,1814мин;

где а_абс -время на организационно техническое обслуживание в % от оперативно времени : а_а^_с =11%;

а_отл -время на отдых и личные надобности в % от оперативного времени : а_отл=16%

Следовательнок=1,27([4],карта35,стр.126)

2.14 Планировка рабочего места

С целью обеспечения эргономических условий при выполнении технологических операций определяем схему организации рабочего места.

Рис.2.11 Схема организации рабочего места для агрегата ГКМ усилием 4-00 т.е.

- тара для заготовок;

- электрическая печь

- транспортер;

- приемный стол;

- ГКМ;

- склиз;

- транспортер;

- тара для поковок;

- вентиляция приточная

3. Разработка технологического процесса изготовления поковки «Рамка»

3.1 Анализ назначения детали и технические требования к ней

Деталь "рамка" используется в конструкции самолета, поэтому она является особо ответственной деталью. Данная деталь используется в роли кронштейна в конструкции самолета в большом количестве, следовательно, она должна быть изготовлена из материала, имеющего достаточную прочность и высокую ударную вязкость.

Масса детали 0.45 кг. Заготовка детали - поковка I гр. 1 подгруппа. Деталь не нуждается в тщательной механической обработке. Остальные технические требования по ГОСТ 7505-89.

3.2 Анализ технологичности поковки

Конструкция детали должна быть технологична, то есть должна быть приспособлена к определенной технологии производства. В связи с этим требуется определить место изготовления и дать оценку технологичности поковки. Технологические процессы ГОШ могут быть наиболее рациональными лишь при условии создания технологичной конструкции или формы детали, допускающей наиболее простое изготовление. Поэтому технологичность горячештамповочных деталей является наиболее важной предпосылкой прогрессивности технологических методов и экономичности производства.

Под технологичностью следует понимать такую совокупность свойств и конструктивных элементов, которые обеспечивают наиболее простое и экономичное изготовление деталей (в условиях данной серийности) при соблюдении технических и эксплуатационных требований к ним.

Основными показателями технологичности являются:

наименьший расход материала;

наименьшее количество и низкая трудоемкость технологических операций;

отсутствие последующей механической обработки;

наименьшее количество требуемого оборудования и производственных площадей;

увеличение производительности отдельных операций и цеха в целом.

Общим результативным показателем технологичности является наименьшая себестоимость штампуемых деталей.

Рамка относится поковкам штампуемым перпендикулярно оси заготовки (штамповка плашмя), поковка имеет сложное поперечное сечение, получаемое при значительном выдавливании металла.

3.3 Выбор материала

Учитывая назначение и технические требования к детали, выбираем для её изготовления сплав на основе алюминия АК6.

Таблица 3.1 Химический состав ,% алюминиевого сплава АК6 по ГОСТ 4784-74*.

Сплав	Легирующие компоненты, %
	Си	Mg	Мп	Si
АК-6	2.2	0.6	0.6	0.9

Таблица 3.2 Физические свойства алюминиевого сплава АК-6.

Сплав	Состо-	Тепло-	Удельное	Плот-	Коэффициент	Удельная	Темпе
	яние	провод-	электри-	ность	линейного	теплоемкость	ратура
		ность Л ,	ческое	г /см3	расширения	С,га?м100°С,	плавле
	*	при 25°С,	сопротивле ние		При 20 -100°С,	кДж/(кг-°с]	-ния
		Вт/	р-lCf ,Ом-м
АК6	Т1	175.84	4.1	2.75	-	0.838	-

Таблица 3.2 Механические свойства алюминиевого сплава АК6.

Сплав (состояние поставки)	Вид полу фабрикатов.	Е	°"0.2	°в	8	V	асц	НВ
		МПа	%	МПа
АК6(Т1)	Штампованные	72000	300	410	12	35	260	1050

Сплав на основе алюминия выбираем по стандарту: АК6 ГОСТ4784-97.

3.4 Выбор способа изготовления

Поковка рамка массой 0,61 кг, относится к легким поковкам; производство поковок серийное. При таком характере поковки получают штамповкой на молотах и КГШП. При получении таких поковок на КГШП будет необходимость использовать вальцовки, что приведет к использованию дополнительного оборудования, что экономически не выгодно.

Изготовление данной поковки возможно на паро-воздушном штамповочном молоте (ПВШМ) и на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП) с предварительной вальцовкой. Для изготовления поковок на этих видах оборудования необходимо выполнять следующие требования:

- заусенцы и острые кромки не допускаются. Поверхности и отдельные переходы между частями детали должны быть плавно сопряжены по радиусу, в противном случае возникает концентрация напряжений и возможна поломка инструмента. Также возможно переполнение таких участков металлом, приводящее к браку;

на боковых стенках необходимо делать уклоны с целью облегчения удаления поковки из ручьев;

линия разъема должна обеспечить контроль за сдвигом половин штампа и обеспечить наименьшую глубину ручья.

Конструкция детали удовлетворяет всем выше перечисленным требованиям, следовательно, поковка технологична.

При серийном производстве данную поковку целесообразно изготовлять на паровоздушном штамповочном молоте, так как поковка сравнительно мелкая и неудобная для вальцовки перед штамповкой на кривошипном горячештамповочном прессе. Вот некоторые преимущества штамповки на ПВШМ по сравнению со штамповкой на КГШП: -универсальность молота;

возможность регулирования энергии удара;

возможность осуществления заготовительных операций протяжки и подкатки;

- большая скорость деформирования металла и, следовательно, лучшая заполняемость сложных полостей ручья и более высокая их стойкость без применения сложного инструмента. Скорость падающих частей в момент соприкосновения инструмента с металлом --9 м/с.;

- отсутствие заклинивания рабочих частей;

- дешевая эксплуатация по сравнению с КГШП. Метод требует меньше энергетических затрат. Энергия, расходуемая молотами на деформацию, это -- кинетическая энергия падающих масс бабы, штока с поршнем и верхней частью молота.

Штамповка на молотах имеет также и недостатки:

сложность механизации и автоматизации;

отсутствие направляющих узлов;

- ударный характер нагружения вызывает сильные вибрации инструмента, самого молота и фундамента;

Хотя процесс штамповки на молоте более сложный и трудоемкий, при нем об...