Формообразование заготовок объёмной штамповкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Задание на курсовой проект

Введение

1. Разработка чертежа поковки

1.1 Определение массы детали и ориентировочный расчет массы поковки

1.2 Определение степени сложности поковки

1.3 Определение припусков и допусков на размеры поковки

1.4 Определение радиусов закруглений и штамповочных уголков

2. Облой и облойные канавки

2.1 Выбор облойной канавки

2.2 Расчет облойной канавки

2.3 Определение объема и массы облоя

3. Определение переходов штамповки и размеров заготовки

3.1 Определение размеров исходной заготовки

3.2 Выбор переходов штамповки

3.3 Расчет коэффициента использования металла

4. Термический режим объемной штамповки

4.1 Определение температурного интервала и режима нагрева стали

4.2 Охлаждение готовых поковок

4.3 Угар и обезуглероживания стали при нагреве

5. Конструирование и расчет ручьев молотового штампа

5.1 Расчет и построение заготовительных ручьев

5.2 Предварительный ручей

5.3 Окончательный ручей

5.4 Отрубной ручей

6. Конструирование молотового штампа, выбор заготовки для штампа

6.1 Определение толщины стенок молотового штампа и выбор заготовок для штампа

6.2 Расположение ручьев в молотовом штампе

7. Определение массы падающих частей штамповочного молота и выбор оборудования

7.1 Определение усилия обрезки облоя

Список использованных источников

Задание на проектирование

Номер варианта	Материал	Класс точности	d1	d2	d	b	К	М	L
2.4	40Х	Т4	35	25	20	150	40	8	165

Рисунок 1 - Эскиз детали

Введение

Кузнечно-штамповочное производство является одним из основных способов изготовления заготовок и деталей, сочетающим в себе высокую производительность и качество получаемых поковок.

Кузнечные цеха являются основными заготовительными цехами на большинстве машиностроительных заводов страны. Это объясняется тем, что производство поковок характеризуется повышенными механическими свойствами изготовленных деталей и точностью заготовок, позволяющими использовать их в наиболее ответственных узлах машин.

Дальнейшее совершенствование процессов горячей объемной штамповки, повышение точности размеров и улучшение качества поверхностей, получаемых при обработке давлением, приводит к тому, что во многих случаях этот способ обработки полностью вытесняет традиционную обработку резанием.

Формообразование заготовок объёмной штамповкой основывается на пластической деформации, т.е. пластичности обрабатываемых материалов, позволяющей осуществлять существенные формоизменения заготовок без разрушения.

Пластическая обработка металлов рабочей частью специального инструмента (штампа) для придания телу заданной формы и размеров называется штамповкой.

Данным способом получают весьма разнообразные по форме и размерам изделий из металла, пластмасс и других материалов с различной степенью точности размеров, механическими и другими характеристиками и качеством поверхности.

При горячей объёмной штамповке формообразование заготовки происходит в полости ручья штампа на различных видах оборудования. Штамповка осуществляется в одноручьевых и многоручьевых штампах. Поковки простой конфигурации штампуются обычно в одном окончательном ручье. Одноручьевая штамповка не требует сложных штампов и позволяет более эффективно использовать мощность штамповочного агрегата.

Для обеспечения объёмной штамповки применяется инструмент -штамп, состоящий из двух или более частей, при сопряжении которых образуется объёмная внутренняя полость соответствующая готовой поковке.

Объёмная штамповка осуществляется в двух видах штампа, как в закрытых, так и в открытых штампах. В данном проекте штамповку будем проводить в открытых штампах, что значительно снижает степень износа штампа и усилие деформирования.

В современной металлообрабатывающей промышленности кузнечно - штамповочное производство является одним из основных способов изготовления заготовок и деталей. Свободной ковкой и объемной штамповкой изготавливают заготовки и детали массой от десятков граммов, до сотен тонн, размерами от сантиметров до нескольких десятков метров. Свободной ковкой и горячей объемной штамповкой перерабатывают 7…8% выплавляемой стали.

1. Разработка чертежа поковки

1.1 Определение массы детали и ориентировочный расчет массы поковки

Определяется объем детали, который складывается из суммы объемов ее частей.

Рисунок 1.1 - Рычаг

Объем детали определяется по формуле:

(1.1)

,

(1.2)

, (1.3)

Масса детали определяется по формуле:

(1.4)

где с -плотность стали;

V - объем детали.

Объем поковки определяется по формуле:

(1.5)

где Кр - расчетный коэффициент, устанавливается в соответствии с [1, таблица 20] , Кр=1,35.

Масса поковки определяется по формуле:

(1.6)

1.2 Определение массы описываемой фигуры и степени сложности поковки

Класс точности по заданию Т4 [1, таблица 19]

По заданию марка стали для изготовления детали 40Х. Содержание углерода около 0,40%, следовательно выбирается группа стали M2, в соответствии с [1, таблица 1]

Степень сложности поковки вычисляется путем вычисления отношения массы (объема) поковки к массе (объему) геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки Объем формы определятся по формуле:

(1.7)

Сложность поковки принимается С2[1, приложение 2].

Исходный индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений определяется в зависимости от массы, марки стали, степени сложности и класса точности поковки. Исходный индекс составит 10 [1, чертеж 9].

1.3 Определение припусков и допусков на размеры поковки

Штамповкой нельзя получить абсолютно точные поковки, поэтому назначаются допуски. Допуски учитывают недоштамповку поковки по высоте, износ ручья штампов, сдвиг штампов и другие факторы. Если чистота поверхности и точность поковки, обусловленная допусками, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к готовой детали, то больше никаких припусков не назначают. Если допуски или чистота поверхности оказываются неудовлетворительными, то рассматривают возможность получения более точных поковок с применением калибровки, чеканки, улучшения самого процесса штамповки и нагрева и т.д. В случае, если и это не дает решения вопроса, то назначают припуски на последующую обработку резанием. В припуски входят дефектный слой металла, вмятины от окалины, искривление поковки, обезуглероженный слой и т.д. Этот дефектный слой удаляют при обработке резанием.

При требуемой более высокой точности назначают дополнительный припуск на обработку резанием. Кузнечный припуск на сторону включает также и отрицательный допуск на сторону. Поэтому припуск и допуск взаимно связаны и зависят друг от друга. Припуски назначают только на отдельные поверхности поковки, в большей части поверхности сопряжения с другими деталями.

Допуски, припуски и кузнечные напуски при горячей штамповке стали назначаются по ГОСТ 7505-89 для поковок массой до 250 кг и с линейным габаритным размером не более 2500 мм.

Принимается шероховатость 1,25 [1, таблица 3].

Основные припуски на размеры принимаются в соответствии с [ГОСТ 7505-89, таблица 3]:

1,5 - толщина 20 мм;

1,6- толщина 40 мм;

1,9 - длина 165 мм;

1,5 - диаметр 35 мм;

1,5 - диаметр 25 мм;

1,5 - диаметр 8 мм.

Дополнительные припуски, учитывающие смещение разъема штампа [1, таблица 13]:

1,0 - диаметр 25 мм.

1,0 - длина 165 мм

Отклонение от прямолинейности принимается в соответствии с [1, таблица 5]:

0,5 - толщина 20 мм;

0,5 - толщина 40 мм.

Отклонение межцентрового расстояния принимается в соответствии с [1, таблица 6], 0,5 - на размере 150 мм.

Размеры поковки составят:

, принимается 24мм,

, принимается 171мм,

, принимается 44мм,

, принимается 41мм,

, принимается 20мм,

, принимается 4мм.

Допускаемые отклонения принимаются в соответствии с [1, таблица 8]:

- толщина ;

- длина

- диаметр .

Допускаемая величина остаточного облоя определяется в соответствии с [1, таблица 10] при классе точности Т4 принимается 0,6мм.

Допускаемая величина высоты заусенца на поковке по контуру обрезки облоя для поковок массой до 1кг не должно превышать 2мм.

Допускаемое наибольшее отклонение от концентричности пробитого отверстия для класса точности Т4 1,5мм.

1.4 Определение радиусов закруглений и штамповочных уклонов

Все пересекающиеся поверхности поковки сопрягаются по радиусам.

Допуски радиусов закруглений наружных углов поковки для класса точности Т4 принимается 2,0мм в соответствии с [1, таблица 7].

Внутренние радиусы закругления принимаются в 3 раза больше наружных и составят 6,0мм.

На все вертикальные поверхности поковки назначаются штамповочные уклоны, которые необходимы для того, чтобы поковку можно было легко и быстро вынуть из штампа после штамповки. Кроме того штамповочные уклоны облегчают заполнение полости штампа.

Штамповочные уклоны принимаются в соответствии с [1, таблица 18] не должны превышать:

- наружные 7° , принимается 5°;

- внутренние 10°, принимается 7°.

Деталь имеются сквозные отверстия. При штамповке на молотах нельзя получить сквозное отверстие в поковке. Для облегчения последующей пробивки в поковке получают наметку с перемычкой-пленкой небольшой толщины

Для данного отверстия применяется наметка с плоской пленкой, представленная на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Наметка молотовой поковки (плоская)

Толщина пленки определяется по формуле:

(1.8)

Т.к. толщина пленки не должна быть менее 4мм, то принимается S=4мм.

Объем перемычек определяется по формулам:

 (1.9)

(1.10)

2. Облой и облойные канавки

2.1 Выбор облойной канавки

Штамповка в открытых щтампах характеризуется тем, что щтамп в процессе деформирования остается открытым. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа является переменным. В этот зазор вытекает облой, закрывая выход из полости штампа и заставляя металл заполнять ее. Кроме того, в конце деформирования в облой выжимаются все излишки металла, находящиеся в полости.

Проектом принимается канавка типа I, представленная на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Облойная канавка

Она обеспечивает большую стойкость выступа (мостика), т.к. верхний штапм прогревается меньше, чем нижний.

2.2 Расчет облойной канавки

Фактический объем поковки составит:

(2.1)

,

(2.2)

, (2.3)

Масса поковки определяется по формуле:

(2.4)

где с -плотность стали;

V - объем поковки.

Толщина заусенца в мостике определяется по формуле:

(2.5)

где Fn - площадь сечения поковки.

,

Толщина заусенца в мостике по формуле (2.5) составит:

Размеры облойной канавки принимаются в соответствии с [2, таблица 3]:

- h0=1,0мм;

- h1=3мм;

- R=2,0мм;

- b=8мм;

- b1=25мм;

- площадь поперечного сечения облойной канавки Sоб.к=0,91 см2.

2.3 Определение объема и массы облоя

Объем облоя (без учета внутренней пленки) определяется как произведение средней площади его поперечного сечения на длину линии, проходящей через центр тяжести поперечных сечений заусенца или приближенно по формуле:

(2.6)

где Рn - периметр поковки по линии разъема.

(2.7)

где - коэффициент, учитывающий степень заполнения облойной канавки: зависит от формы поковки (или элемента поковки) и сложности сечения [2, таблица 4];

-- площадь поперечного сечения облойной канавки.

(2.8)

Объем облоя по формуле (2.6) составит:

поковка заготовка объёмный штамповка молот

3. Определение переходов штамповки и размеров заготовки

3.1 Определение размеров исходной заготовки

Объем заготовки определяется по формуле:

(3.1)

где - объем поковки;

- объем облоя;

- объем перемычки;

- объем угара составляет 2% от объема заготовки:

Масса заготовки определяется по формуле:

(3.2)

Проводится расчет размеров заготовки, с учетом того, что штамповка производится поперек оси заготовки и есть подкатной ручей.

Длина заготовки определяется по формуле:

(3.3)

Площадь поперечного сечения определяется по формуле:

 (3.4)

3.2 Построение расчетной заготовки

Расчетной называется условная (воображаемая) заготовка с круглыми
поперечными сечениями, площади которых равняются суммарной площади соответствующих сечений поковки и облоя.

Отсюда следует, что:

(3.5)

где - площадь поперечного сечения расчетной заготовки в произвольном месте;

- площадь поперечного сечения поковки в произвольном месте;

So - площадь сечения облоя;

- площадь сечения канавки для облоя, определяемая по таблицам для канавки типа I;

- коэффициент заполнения канавки.

Диаметр расчетной заготовки в произвольном месте определяется из равенства:

(3.6)

(3.7)

Рассчитав ряд значений , для характерных поперечных сечений поковки, отложив отрезки полученных диаметров на линиях этих сечений симметрично по отношению к оси и соединив отрезками прямых и плавными кривыми концевые точки, получим чертеж расчетной заготовки или эпюру приведенных диаметров.

,

,

,

3.3 Расчет коэффициента использования металла

Необходимый общий коэффициент подкатки для элементарной расчетной заготовки определяется по формуле:

(3.8)

4. Термический режим объемный штамповки

4.1 Определение температурного интервала и режима нагрева стали

С целью придания металлу необходимой пластичности и уменьшения сопротивления пластическому деформированию заготовки перед ковкой и штамповкой, нагревают. От правильного нагрева зависит качество изделия, угар металла, нормальные условия работы.

Тепловой режим обработки включает в себя:

- температурный интервал штамповки;

- продолжительность нагрева (способность нагрева);

- температура загрузки заготовки в печь;

- способ охлаждения готовой поковки.

Температурный интервал штамповки имеет два предела. Верхней предел для предотвращения пережога. Максимально допустимая температура нагрева для стали 40Х - 1220°С. Нижний предел - минимально возможная температура охлаждения металла для избежание появления внутренних трещин. Минимально допустимая температура нагрева для стали 40Х - 870° С.

ДТ = 1220 - 870 =350°С

Полное время нагрева заготовок в пламенных печах определяется по формуле:

(4.1)

где t - время нагрева заготовок от 0 до 1220°С;

d - диаметр заготовки;

kt - коэффициент, зависящий от теплопроводности (kt = 10 для проката из малолегированных сталей );

- поправочный коэффициент, учитывающий способ укладки заготовок в печи при нагреве, =1 для одиночных заготовок.

4.2 Охлаждения готовых поковок

Охлаждение металла, так же как и нагрев, вызывает различные температурные и структурные изменения. При неправильном охлаждении поковки эти изменения ведут к появлению значительных внутренних напряжений, способствующих образованию трещин и короблению. Для избежания образования трещин необходимо охлаждать по возможности медленно. На практике применяют охлаждение поковок на воздухе с песком, вместе с печью.

Охлаждение заготовок начинается сразу после выдачи из печи и продолжается, как в процессе транспортирования к штамповочному агрегату, так и в процессе штамповки.

Охлаждение поковок проводится в колодцах с песком.

Время остывания определяется по формуле:

(4.2)

4.3 Угар и обезуглероживание стали при нагреве

Недостатками пламенного нагрева являются угар и обезуглероживание. Потери в угар при нагреве заготовок в пламенных печах до 2,5%, обезуглероживание на глубину до 2 мм.

Ликвидацию угара можно достичь следующими способами:

- нагрев металла в специальных атмосферах;

- нагрев в продуктах неполного горения газообразного топлива - в печах малоокислительного или безокислительного нагрева;

- в расплавленных солях или стали;

- применение специальных обмазок.

Методы избежания обезуглероживания:

- ускоренный нагрев;

- специальные атмосферы при нагреве;.

- нагрев в расплавленных средах;

- нанесения защитных покрытий.

5. Конструирование и расчет ручьев молотового штампа

5.1 Расчет и построение заготовительных ручьев

Заготовительные ручьи служат для предварительного глубокого деформирования исходной заготовки, для предания ей формы, удобной для штамповки.

Построение профиля ручья заключается в построении такой фигуры, которая вписывается в контур поковок в плане для расчетной заготовки с головкой (dЭ > dcp).

Поковка относится к I группе, следовательно, при ее штамповке применяются следующие заготовительные ручьи:

- формовочный;

- подкатной открытый;

- подкатной закрытый;

- протяжной.

5.2 Предварительный ручей

Для повышения стойкости штампа (окончательного ручья) выполняют черновой (предварительный) ручей по форме и размерам близкий к окончательному (чистовому). Отличие состоит в назначении больших уклонов (1ч2°) на глубокие полости и больших радиусов закругляется радиусом на 3ч7 мм больше, чем в чистовом. Облойная канавка не выполняется, облой вытекает на плоскость разъема штампов.

Черновой ручей принимается на 4...6 % больше, чем чистовой ручей

d=24+0,04•24=24,96мм,

L=171+0,04•171=177,84мм,

K=44+0,04•44=45,76мм,

d1=41+0,04•41=42,64мм,

d2=20 - 0,04•20=19,20мм,

M=4 - 0,04•4=3,84мм,

b=151+0,04•151=157,04мм.

5.3 Окончательный ручей

Полость окончательного ручья выполняют по чертежу горячей поковки, так как поковка после штамповки охлаждается, и ее размеры уменьшаются. Поэтому для получения требуемых размеров поковки необходимо, чтобы размеры полости окончательного ручья были больше размеров холодной поковки на величину усадки. Для стали, усадка составляет 1,5%.

d=24+0,015•24=24,36мм,

L=171+0,015•171=173,57мм,

K=44+0,015•44=44,66мм,

d1=41+0,015•41=41,62мм,

d2=20 - 0,015•20=19,7мм,

M=4 - 0,015•4=3,94мм,

b=151+0,015•151=153,27мм.

5.4 Отрубной ручей

Отрубной ручей служит для отделения штамповочной поковки от прутка, когда из исходной заготовки получают несколько поковок. В данном проекте из исходной заготовки получаем одну поковку, поэтому отрубной ручей не нужен.

6. Конструирование молотового штампа, выбор заготовки для штампа

6.1 определение толщины стенок молотового штампа и выбор заготовок для штампа

Стенки между полостями ручьев и боковыми гранями штампа, а также между ручьями должны обладать достаточной прочностью. Толщина стенок зависит от глубины полости ручьев, уклона прилегающих стенок ручьев и радиуса перехода от стенки к дну полости.

Величина Т определяет влияние параметров менее глубокой смежной полости, со стороны которой возможно разрушение стенки.

Величина Т = 35мм, по номограмме при б2=7°, R=2,0мм; h=22мм,

где h - глубина полости ручья,

б2 - уклон прилегающих стенок ручьев,

R - радиус перехода от стенки к дну полости.

Толщины стенок определяем по формулам:

между ручьем и гранью штампа:

S1 = Т = 35мм (6.1)

между двумя полостями:

(6.2)

Обычно штампы изготавливают из кубиков, размеры которых в плане зависят от числа и размеров ручьев, толщины стенок между ручьями и между ручьями и поверхностями штампа.

Высота кубика выбирается с учетом требуемой прочности штампа и необходимости его возобновления. В первом приближении высота кубика определяется в зависимости от высоты наиболее глубокой полости штампа по формуле:

(6.3)

6.2 Расположение ручьев в молотовом штампе

Ручьи на поверхности разъема штампов координируются относительно центра штампа. Штамповочные ручьи помещаются вблизи центра штампа, а заготовительные ручьи по его бокам. На определенном расстоянии от центра штампа располагаются центры ручьев.

Центром ручья называется точка приложения равнодействующей силе сопротивления деформированию поковки и ручья.

Поковка симметричная, следовательно, центр ручья лежит на оси симметрии.

Кроме окончательного ручья используется предварительный ручей, следовательно, эти ручьи располагают по обе стороны от центра штампа: центр окончательного ручья на расстоянии в 2 раза меньше, чем центр предварительного ручья. Расстояние между центрами ручьев - а; между центром окончательного ручья и штампа - а/3; между центрами предварительного ручья и штампа - 2а/3.

7. Определение массы падающих частей штамповочного молота и выбор оборудования

Масса падающих частей молота определяется по формуле:

(7.1)

где уТ - предел текучести, уТ =350 мПа;

S - площадь поковки в плане вместе с облоем, S= 11,53см2.

Принимаем G=2,0 т, энергия удара 50 кДж, число ударов в минуту 50.

7.1. Определение усилия обрезки облоя

Обрезка облоя и пробивка перемычек производится в холодном и горячем состоянии. При холодной обрезке легче осуществляется подгонка матриц и пуансонов, наладка штампов. Однако при холодной обрезке сопротивление срезу в 3-6 раз больше, чем при горячей, и для крупных поковок с большой площадью среза требуются прессы весьма большой мощности. Холодная обрезка облоя и удаление перемычек у мелких поковок производится в двух отдельных штампах, установленных на одном обрезном или же параллельно на двух прессах.

Горячая обрезка производится у средних и крупных по массе поковок из высоколегированных и высокоуглеродистых сталей, имеющих недостаточную пластичность в холодном состоянии и относительно большую толщину облоя, штампуемых на молотах с массой падающих частей более 1-2 тонны.

Необходимое усилие обрезки облоя и пробивки перемычки определяется по формуле:

(7.1)

где S - периметр среза, мм;

t - действительная толщина среза облоя или перемычки, мм;

- - предел прочности при температуре обрезки, = 100 МПа.

Усилие обрезного пресса определяется по формуле:

Зазор между пуансоном и матрицей при обрезке облоя принимается

Список использованных источников

1. ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные»

2. Кальченко А.А., Рузанов В.В. Учебное пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине Технология ковки и объемной штамповки. - Магнитогорск: МГТУ, 2008.

3. Вербицкий Е.И., Добровольский И.Г. Курсовое проектирование по горячей штамповке: Учебное пособие для технических специальностей вузов. - Мн.: Высшая. школа, 1978.

4. Штампы для горячего деформирования металлов. Под ред. М.А. Тылкина. Учеб. Пособие для вузов. -М., «Высш. школа», 1977.

5. Семенов Е.И. Ковка и объемная штамповка. М, «Высш. школа», 1972.

Размещено на Allbest.ru

...