Расчет изготовления шатуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

В данной курсовой работе представлен расчет изготовления шатуна. В работе приведена технологическая характеристика детали. Разработаны чертежи холодной и горячей поковки; назначены допустимые отклонения формы и размеров поковки; определен тип поковки и разработаны технологический процесс ее штамповки; произведен расчет и выбор штамповой оснастки и соответствующего оборудования для выполнения технологических операций. Согласно рекомендациям, назначены термические режимы нагрева заготовки под штамповку и выбрано необходимое нагревательное оборудования. Назначены мероприятия по эксплуатации и по технике безопасности, указан состав и уровень работников, требуемый для выполнения технологических операций; назначены мероприятия по техническому контролю качества поковок и по эксплуатации штамповой оснастки.

ПРЕСС, ШТАМП, ШАТУН, ПОКОВКА, РУЧЕЙ, ОБЛОЙ, ЗАГОТОВКА, МАТРИЦА, ПУАНСОН, ВСТАВКА.



Введение

В современном машиностроении ковкой и штамповкой изготавливают заготовки и детали массой от грамма до сотен тонн с размерами от миллиметра до десятка метров. На нынешнем этапе развития отечественной промышленности особую актуальность приобретает экономия материальных и энергетических ресурсов, снижение себестоимости выпускаемой продукции.

В данной курсовой работе представлен расчет изготовления шатуна, с использование литературы, которая позволяла выбрать оптимальную технологию и правильно ее рассчитать. В курсовой работе приведены расчеты поковки с назначением допусков, припусков. Согласно классификации, определен ее тип и спроектирован технологический процесс объемной горячей штамповки, произведен расчет и выбор соответствующего оборудования. Представлены требуемые меры по технике безопасности.

В данной курсовой работе представлено практическое применение навыков и теоретических знаний по дисциплине «Технология ковки и горячей штамповки». Согласно применяемым на производстве технологиям, обоснован выбор переходов технологического процесса.



1. Технологическая характеристика детали

Анализ формы детали. Расчетная схема шатуна представлена на чертеже формата А3.

Деталь представляет собой стержень с двумя полыми цилиндрами на концах (см. рис.)

Деталь относительно небольшой высоты при соотношении

,

что позволяет отнести ее к плоским.

Материал детали - Сталь 45, химический состав которой приведен в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Химический состав стали

Сталь 45	С	Si	Mn	Cr, не более
	Содержание в %
	0,42 - 0,50	0,17 - 0,37	0,50 - 0,80	0,25

Определим массу детали:

,

где - объем детали как сумма геометрических фигур

- плотность стали,



;

где

Тогда

Тип производства - мелкосерийный.

Деталь может быть получена горячей объемной штамповкой из горячекатаного проката цилиндрической или квадратной формы.

По функциональному назначению деталь выполняет функцию рычага, работающую на изгиб, растяжение и сжатие. При работе детали возможно распределение рабочих напряжений вдоль оси детали. Штамповку можно осуществлять как по одной так и по две заготовки из одной с последующей разрубкой. Поковку можно получить из проката или фасонированной заготовки



1.1 Обоснование выбора способа штамповки

Штамповку осуществляем в открытом штампе. При этом на поковке по линии разъема образуется облой.

В соответствии с заданием тип производства - мелкосерийный. В соответствии с формой детали поковка может быть получена горячей штамповкой из мерной заготовки по одной поковке.

Данной формы поковку рационально штамповать в открытых штампах, поскольку в этом случае, несмотря на дополнительный объем металла, предназначенного для образования облоя, можно штамповать, применяя дешевые виды проката, и не предъявить высокие требования к точности мерных заготовок. Поковка данной детали может быть получена штамповкой на молотах и КГШП. По форме поковки получаемые на перечисленном оборудовании будут аналогичны, разница между нами будет состоять в величинах штамповочных уклонов и точности получаемых поковок. При штамповке на КГШП применяют сортовой прокат. Штамповка заданной детали на КГШП имеет ряд недостатков:

- нет фасонирования заготовок;

- для получения детали требуется большое количество ручьев;

- конструкция штампов для КГШП более сложная;

- необходимость очистки от окалины;

- неэкономичность применения КГШП при мелкосерийном производстве.

1.2 Способ нагрева заготовок

Нагрев заготовок производится в пламенной печи. Температура печи 1270 єС.

Для данной стали 45.

- температура начала ковки 1200 єС;

- температура окончания ковки 800 єС;

- охлаждение на воздухе.

Процесс нагрева должен обеспечить достижение требуемой температуры заготовки, достаточно распределенной по сечению, минимальное окисление и обезуглероживание поверхности металла.

Нагрев заготовок под штамповку будет производиться в пламенной печи с вращающимся подом, работающий на природном газе или мазуте, производительностью 250…1250 кг/час; расход топлива 96…120 кг/час. Размер рабочего пода печи dп = 1100…1900 мм, что позволяет одновременно нагревать 15…20 заготовок. Поковки после ковки подвергают изотермическому отжигу с целью снятия штамповочных напряжений, снижение твердости под механообработку, подготовки структуры под окончательную термообработку.

1.3 Разработка чертежа поковки

Чертеж поковки шатуна разработан на основании чертежа готовой детали с учетом номинальных размеров, шероховатости, обозначением исходных баз механической обработки по ГОСТ 7505 - 89.

Для этого устанавливают положения плоскости разъема штампа, группу стали, степень сложности.

Плоскость разъема штампа располагаем по середине высоты. В этом случае в плоскость разъема попадают два наибольших габаритных размера поковки, а глубина полости ручья будет минимальной.

Определим массу поковки:

Принимаем Мпок = 1,5 Мдет

Мпок = 1,5 · 852 = 1,278 кг



Определим степень сложности поковки.

Фигура, описывающая поковку - параллелепипед, имеющий следующие размеры:

Длина 164 мм, высота - 40 мм; ширина - 55 мм;

Поковка имеет степень сложности С2.

Класс точности (по условию) - II;

Назначение напусков, припусков и допусков.

Назначаются в зависимости от:

- массы поковки (1,28 кг);

- точности изготовления поковки (класс точности II);

- группы стали (М2);

- степени сложности поковки (С2, определена выше)

Чертеж поковки с назначенными припусками представим чертеже формата А3.

В процессе нагрева заготовки в печи, ее номинальные размеры увеличиваются, за счет внутреннего расширения. Поэтому необходимо знать размеры горячей. Размеры горячей поковки отличаются от номинальных размеров холодной на 1.015%, результаты занесем в таблицу.



Таблица 1.2 - Размеры детали с припусками

Размер детали	Шероховатость, Ra	Припуск	Размер поковки	Ти размера	Допуск	Размер холодн поковк	Размер горяч поковк
40	6,3	(0,5+2,3)·2	45,6	Н		45,6	46,3
25	6,3	(0,5+2,3)·2	30,6	Н		30,6	31
Ш30	2,5	(0,5+2,3)·2	24,4	d		24,4	24

Допуски на неоговоренные размеры ±1,0 мм;

Допускаемая величина торцовых заусенцев 2 мм

Размер поверхности в плоскости разъема штампа определяем с учетом наружного штамповочного уклона в 7є (для наружных поверхностей) и 10є (для внутренних).

Назначим радиусы закруглений по ГОСТ 7505 - 74

Rвн = 5+1,0 мм; Rнар = 2+1,0 мм;

Определим толщину перемычки

Принимаем s = 3 мм;

1.4 Определение точной массы поковки

Объем поковки осуществляется в следующей последовательности:

;



D1 = 63 мм; D2 = 50 мм; D5 = 41 мм; D6 = 30 мм; D4 = 16,9 мм; D3 = 24,4мм; Н1 = 45,6 мм; Н2 = 30,6 мм;

где а = 32 мм; в = 34 мм; h = 17 мм;

Определим массу поковки

Мп = с · Vп = 7,85 · 168,4 = 1,32 кг.

Рассчитанная масса поковки попадает в интервал масс, по которым были назначены припуски и допуски.



2. Определение переходов штамповки

Выбор осуществляется формой и размерами поковки, а так же способом штамповки и видом штамповочной машины. Полость окончательного ручья является точной копией конфигурации горячей поковки и строится по чертежу горячей поковки. Для размещения заусенца по периметру относительно окончательного ручья предусматривается заусенечная канавка, форма и размер которой определяются в зависимости от сложности поковки и толщины заусенца в мостике канавки

где Fn - площадь поковки в плане

.Принимаем , номер канавки 4.

Выбираем облойную канавку по рекомендациям. Принимаем: h0 = 1,6мм; h1 = 3,5 мм; R = 2 мм; Sоб.кан = 1,13 см2 = 113 мм2; b = 9 мм; b1 = 25 мм; r = 0,8 мм.

Найдем суммарную площадь поковки и облоя

,

где - площадь поперечного сечения расчетной заготовки в произвольном месте.

- площадь поперечного сечения поковки в произвольном месте; рассчитанная по размерам холодной поковки.

- коэффициент заполнения облойной канавки (в зависимости от массы, группы поковки и номера канавки), Размещено на http://www.allbest.ru/

= 0,5.

Sоб.кан - площадь облойной канавки.

Все расчетные данные заносим в таблицу.

Таблица 2.1 - Расчетные данные

№	см2	Sоб.кан, см2
0	-	2,26	2,26	1,69
1	12,16	1,13	13,29	4,12
2	19,1	1,13	20,2	5
3	22,5	1,13	23,87	5,5
4	19,0	1,13	20,13	5
5	17,44	1,13	18,57	4,86
6	19,0	1,13	20,13	5
7	22,5	1,13	23,87	5,5
8	19,1	1,13	20,2	5
9	12,16	1,13	13,29	4,12
10	5,61	1,13	6,74	3
11	5,61	1,13	6,74	3
12	5,61	1,13	6,74	3
13	6,5	1,13	7,63	3,12
14	9,5	1,13	10,63	3,7
15	10,9	1,13	12,03	4,0
16	9,5	1,13	10,63	3,7
17	6,5	1,13	7,63	3,12
18	-	2,26	2,26	1,69

Диаметр средней заготовки определяем по формуле:

где

Высота эпюры среднего сечения



Определим коэффициент подкатки:

Выбираем комбинацию ручьев

Протяжной Кп = 1,2;

Подкатной открытый Кп = 1,3;

Предварительный Кп = 1,1;

Окончательный Кп = 1,05;

Кп = 1,2 · 1,3 · 1,1 · 1,05 = 1,8

Кпо ? Кп.

Протяжной ручей применяют для увеличения длины исходной заготовки за счет уменьшения площади ее поперечного сечения в соответствии с формой поковки. По заготовке наносят ряд ударов, сопровождаемых кантовкой и ее перемещением в осевом направлении.

Подкатной открытый ручей применяют для увеличения площади поперечных сечений заготовки за счет уменьшения поперечных сечений в других местах. Обработка в этом ручье обеспечивается наибольший набор металла, чем обработка в протяжном ручье.

Предварительный ручей применяют для получения формы близкой окончательной. Используя для повышения стойкости окончательного ручья, уменьшения прилипания заготовки в ручье и улучшения условий течения металла.

Окончательный ручей применяют для получения окончательной отчетливо оформленной поковки в соответствии с требованиями приемочного чертежа и технических условий.



3. Определение размеров заготовки

Размеры заготовки зависят от объема и конфигурации поковки, их рассчитывают по размеру для различных видов и способов штамповки.

Определим площадь заготовки

=

- объем головки расчетной заготовки

lг - длина головки расчетной заготовки.

Принимаем в качестве заготовки горячекатаный прокат квадратного сечения со стороной

принимаем 45 мм;



Определим длину заготовки:

=

- объем поковки;

- объем облоя;

д = 1,5% - потери на угар.

- периметр по центру тяжести облоя



4. Расчет усилия штамповочной машины

Усилие при штамповке в открытых штампах для удлиненных в плане поковок определяют по формуле

где - приведенный диаметр поковки, мм

- площадь поковки в плане, ;

ln - длина поковки в плане; ln = 174 мм;

bср - средняя ширина поковки в плане

Принимаем МПЧ = 1000 кг.

Тип молота М212;

Энергия удара, кДж - 25;

Номинальная МПЧ, тонн-1;

Число ударов в 1 мин - 90;

Расстояние между направляющими в свету, мм - 500

Наименьшая высота штампа без хвостовика Н, мм - 220.



5. Конструирование и расчет ручьев штампа

Полость окончательного ручья выполняют по чертежу горячей поковки. Так как поковка после штамповки охлаждается и размеры ее уменьшается, то для получения требуемых размеров поковки необходимо, чтобы размеры полости окончательного ручья были больше на величину усадки (для стали усадка 1,5 %).

Определим конструктивные параметры протяжного ручья

Раствор а = 0,9 ·ас,

где

а = 0,9 · 3,2 = 2,9 см. Принимаем 30 мм.

Lисх = 1,4 · 45 = 63 мм;

с = 1,1Азг = 49,5 мм; Принимаем 50 мм;

l1 = 45 + 10 = 55 мм.

R = 0,25 · c = 0,25 · 49,5 = 12,3 мм. Принимаем 12 мм;

R1 = 2,5 · c = 2,5 · 49,5 = 120 мм.

В = ц · Азг + 10 = 1,3 ·45 + 10 = 75 мм;

Определим конструктивные параметры подкатного открытого ручья

n = 0,2 Азг + 6 = 0,2 · 45 + 6 = 15 мм;

m = (1ч2)n = 20 мм;

hmax = м · dэ max;

где м = 1,05

hmax = 1,05 · 5,5 = 60 мм;



Размеры концевой канавки.

а = 8 мм;

b = 30 мм;

c = 30 мм;

R3 = 5 мм;

R4 = 12 мм;

Ширина ручья должна находиться в пределах 50 < B < 90

Принимаем В = 75 мм;



6. Конструирование и расчет отрубного ручья штампа

Для отделения штампованной поковки от прутка применяют отрубной нож, расположенный на переднем углу штампа

Определим конструктивные параметры отрубного ручья:

При двух заготовительных ручьях и Н > 150 мм;

В = Dзг + (20 ч 25) мм;

В = 45 + 20 =65 мм;

Н = Dз



7. Конструирование штампа для штампа для обрезки обоя

Обрезку облоя проводим в горячем состоянии поковки, поскольку поковку изготавливают из стали с содержанием углерода более 0,4% и в холодном состоянии может возникнуть трещины.

Для обрезки облоя используем простой штамп без направляющих колонок, поскольку зазор между пуансоном и матрицей равен 1 мм, это > 0,5 мм, поскольку если зазор < 0,5 мм, то необходимо применять направляющие колонки для обеспечения большей точности и постоянного взаимоположения матрицы и пуансона.

7.1 Усилие обрезки и выбор обрезного пресса

Необходимое усилие (Нм) обрезки облоя или пробивки перемычек определим по формуле

S - периметр среза;

t - действительная толщина среза облоя 3,5 мм;

ув = 150 МПа - предел прочности при температуре обрезки

При обрезке облоя в матрицах со скошенными режущими кромками усилие обрезки Рск определяют по формуле



Штамма устанавливаем на обрезной пресс усилием 1,6 МН;

Параметры пресса

Номинальное усилие, кН - 1600;

Ход ползуна, мм - 250;

Число ходов ползуна в мин - 40;

Наибольшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении, мм - 450;

Размер стола, мм - 800 Ч 800;

Зазор между пуансоном и матрицей при обрезке облоя (д = 1 мм, при б = 7 ч 15є, h = 5 ч 10є мм)

7.2 Конструкция и крепление матриц

Обрезную матрицу делаем составную. Режущий контур матрицы изготовляют по контуру поковки в плоскости разъема с припуском на слесарную подгонку по размерам обрезной поковки. Обрезную матрицы изготовляем с режущими кромками без цилиндрического пояска.

В верхней части матрицы выполняем ступеньку шириной b1 = 10 мм; h1 = 10 мм. На ступеньке матрицы делается канавка под литник, глубина которой равна глубине канавки в окончательном ручье штампа, а ширина на 2 мм больше. Стенку провального окна в матрице выполняют с уклоном 5є.

Габаритные размеры:

В = Dnmax + 2b = 62 + 2*45 = 150 мм;

L = ln + 2b = 174 + 2*45 = 260 мм;

Выбираем параметры матрицы плиты:

h = 40 мм;d1 = 20 мм;

d = 10 мм;l2 = 40 мм;

l = 25мм;b2 = 40 мм;

l1 = 30 мм;h2 = 8 мм;

c = 20 мм;

Параметры крепления

b = мм;d = M16;

7.3 Конструкция и крепление пуансонов

При обрезке толстых поковок у которых расстояние от плоскости разъема до плоскости соприкосновения с пуансоном h > 5 ч 8 мм пуансон не входит в матрицу и является давящим инструментом.

Рассчитаем высоту пуансона

Высоту обрезных пуансонов определяют исходя из размера закрытой высоты штампового пространства

Закрытая высота штампа

h1 - толщина подкладной плиты пресса, h1 = 35 мм;

Высота штампового пространства определяет необходимую высоту нижней плиты штампа. Высокие нижние плиты (коробчатые) рассчитаны на удаление обрезанных поковок из выгребного окна коробчатой плиты и используются на обрезных прессах с усилием не менее 1 МН.

В зависимости от габаритов матрицы выбираем параметры нижней плиты для крепления матриц винтами: L = 340 мм; B = 260 мм; H = 200 мм; b1 = 90 мм; h1 =100 мм; B1 = 220 мм; B2 = 150 мм; h3 = 36 мм; L1 = 270 мм; l1 = 80 мм; l2 = 75 мм; n = 8 мм; n1 = 4 мм; t = 60 мм; t1 = 70 мм; A = 160 мм;

Высота пуансона:

Нп = Ншт - (Ннп + Нм + Нд) + е - hn;

где Ншт - высота штампового пространства; Ншт = 415 мм;

Ннп - толщина нижней плиты; Ннп = 160 мм;

Нм - толщина матрицы; Нм = 50 мм;

Нд - толщина пуансонодержателя;

hn - размер прилегания пуансона; hn = 9 мм;

е = (3ч5)h0 = 4*1,6=6,4 мм;

Толщина пуансонодержателя равна Нд = 80 мм;

Нп = 415 - (160 + 50 + 80) + 6,4 - 9 =122,4 мм;

Съемник не устанавливаем, поскольку, при обрезке облоя пуансон не входит в матрицу, и зазор между пуансоном и матрицей д > 0.5 мм;

Выбираем пуансонодержатель

Ширина и длина хвостовика должны быть равными или несколько большими соответствующих максимальных размеров рабочей части пуансона. Параметры пуансонодержатлея:

В = 210 мм; L = 200 мм; B1 = 90 мм; H = 80 мм; h1 = 38 мм; h = 39 мм; B2 = 57 мм; b1 = 35 мм; b = 90 мм;



8. Мероприятия по эксплуатации штампов и техники безопасности

шатун штамп усилие матрица

Подогрев

В нормальных условиях при горячей штамповки температура штампов должна быть 150 - 300 єС. Нагрев до более высоких температур опасен из - за самоотпуска штамповочной стали. Штампы нагревают с помощью газовой горелки.

Охлаждение.

Применяют наружное и внутренне охлаждение штампов. Выбираем внутреннее. Оно обеспечивает подачу охлаждающей жидкости непрерывно, и тепло отводится в том же направлении, что и разогрев. Это увеличивает стойкость штампа (примерно в 2 раза).

Смазка.

Смазка должна снижать трение, быть бездымной, не терять смазочных свойств при работе, разогреве, предотвращать налипание металла на инструмент и обеспечивать высокую стойкость. Применять смазку следующего состава: чешуйчатый графит ГОСТ 4404 - 78 - 30 - 40% масло цилиндровое ГОСТ 6411 - 76 - 70 - 60%.

Способ применения: механическое распыление.

При работе на прессах предъявляют требования по технике безопасности.

Рабочее место должно быть обеспечено с минимальным риском опасности и угрозы на жизнь человека, ограниченно защитными экранами, предохраняющие от несчастного случая (теплового излучения, отлетающей окалины).

Для избегания травм рабочий должен использовать очки защитные (034 - 76 У) ГОСТ 12. 4. 013 - 85 и клещи У6692 - 0023.



Заключение

В данной курсовой работе рассмотрен технологический процесс производства шатуна из стали 45. В первой части работы произведена разработка технологического процесса получения детали, где кратко описывается служебное назначение детали. Проанализирована и проведена возможность получения горячей штамповкой.

Во второй части работы разработана формоизменяющий и обрезной штампы, обоснован выбор их основных элементов.

Заключительная часть работы содержит сведения о мероприятиях контроля качества поковок, эксплуатации штампов и технике безопасности, предоставлена информация о резке металла на заготовки.

Указаны нормы и правила соблюдения техники безопасности для обеспечения комфортного и производительного труда рабочего персонала.



Список используемой литературы

1. Ковка и объемная штамповка: Справочник / Под редакцией Е.И. Семенова: в 4т - Машиностроение, 1986. - Т1 - 563 с.

2. Ковка и объемная штамповка: Справочник / Под редакцией Е.И. Семенова: в 4т - Машиностроение, 1986. - Т2 - 563 с.

3. Ковка и объемная штамповка: Справочник / Под редакцией В. Сторожева: в 2т - Машиностроение, 1967. - Т2 - 435 с.

Размещено на Allbest.ru

...