Размещено на http://www.allbest.ru/

36

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

Разработка технологического процесса горячей штамповки заготовки для крышки

Введение

Штамповочное производство в ряду металлообрабатывающих производств занимает одно из основных мест в машиностроении. В связи со своей специализацией и концентрацией штамповочное производство имеет крупносерийный и массовый характер. Такие производства оснащаются современным оборудованием, средствами механизации и автоматизации.

Основной задачей современного штамповочного производства является придание заготовкам путем пластической деформации формы и размеров, приближающихся к форме и размерам готовых деталей.

Продукцией штамповочного производства являются поковки, которые подвергаются термической обработке для обеспечения требуемой структуры и механических свойств. Штампованные детали имеют лучшие механические свойства, чем литые. Поэтому тяжелонагруженные детали машин, в особенности, работающие при динамических нагрузках, изготавливают из поковок.

Современное штамповочное производство позволяет изготавливать поковки массой от десятков грамм до сотен килограммов, с размерами от нескольких миллиметров до нескольких метров.

В данной курсовой работе изложены результаты по разработке технологического процесса горячей штамповки детали «Крышка». Сделана технологическая характеристика детали; разработаны чертежи холодной и горячей поковки; разработан технологический процесс штамповки. Обоснован выбор типа штамповой оснастки для выполнения штамповочных операций, выбрано штамповочное и нагревательное оборудование. Назначены мероприятия по техническому контролю качества поковок, по эксплуатации штамповой оснастки и по технике безопасности.

Данная курсовая работа направлена на приобретение практических навыков и теоретических знаний по дисциплине «Технология ковки и горячей штамповки», согласно применяемым в современном производстве технологиям.

1. Технологическая характеристика детали

1.1 Анализ формы детали

Деталь круглой формы диаметром , представляет собой заготовку для крышки, которая имеет сквозное отверстие диаметром мм и двусторонними внешними выборками глубиной и . Заготовка получается путем осаживания и прошивки.

Деталь имеет следующие параметры:

Таблица 1.1.1 - Размеры детали

№ варианта	Размеры,	Марка стали
	D	D1	D2	H	H1	H2
52	100	60	40	50	30	15	35ХНМ

Рисунок 1.1.1 - Расчётная схема детали

Материал детали - сталь 35ХНМ, химический состав которой приведен в табл. 2

Поковка

Таблица 1.1.2 - Химический состав стали

Сталь	Содержание, %
	Хромистая
	С	Si	Mn	Cr	Cu	Ni	P	S
35XНМ
	0,3-0,4	0,17-0,37	0,5-0,8	1,3-1,7	0,3	1,3-1,7	0,03	0,03

Данная сталь относится к группе М2.

Судя по максимальному размеру заготовки, готовая деталь может использоваться в редукторах с большим передаточным числом, может быть составной частью деталей работающих в агрессивных средах (из-за наличия в своем составе хрома) деталь таких размеров во время работы испытывает нормальные и касательные, изгибающие и контактные напряжения. Во время работы зубчатого детали в ней будут возникать нормальные напряжения, поэтому необходимо обеспечить симметричность детали, следовательно, необходимо проводить симметричную деформацию относительно оси детали.

Проанализируем механические характеристики стали 35ХНМ при ковочных температурах:

состояние стали - пресованное;

скорости деформирования ;

деформация ;

при температуре сталь обладает отличной ковкостью.

2. Обоснование выбора способа штамповки

Деталь «шестерня «относится к первой группе поковок второй подгрупе (штамповка вдоль оси заготовки).

Для данной детали необходима высокая точность изготовления и тип производства серийный, поэтому штамповку будем производить на КГШП.

КГШП имеет ряд преимушеств по сравнению:

- повышенная точность размеров, полученных на КГШП поковок из-за постоянства хода пресса;

- более высокая производительность, на 30-50% чем на молоте;

- безударный характер работы;

- более высокая надежность прессовой эксплуатации;

- применение штамповщиков более низкого разряда (3) по сравнению с молотами (5-6);

- себестоимость поковок ниже по сравнению с молотами;

- возможность автоматизации передачи заготовок.

Но также КГШП имеет ряд недостатков:

- дороговизна оборудования по сравнению с молотами;

- вероятность заклинивания и сложность вывода из этого положения;

- более тяжелая конструкция штампов и их наладка.

3. Способ нагрева заготовок

Нагрев заготовок производится в пламенной печи. Температура печи 1270єС

Для стали 35ХНМ:

- температура начала ковки 1250єС;

- температура окончания ковки 750 єС;

- охлаждение в неотапливаемом поде.

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

Нагрев заготовок под штамповку будет производится в пламенной печи с вращающимся подом, работающим на природном газе или мазуте, производительностью 250…1250 кг/час; расход топлива 96…120 кг/час, размер рабочего хода печи d_п =1100-1900 мм, что позволяет одновременно нагревать 15…20 заготовок. Поковки после ковки подвергаются изотермическому отжигу с целью снятия штамповочных напряжений, снижения твердости под механическую обработку, подготавливаем структуру под окончательную термообработку.

4. Разработка чертежа поковки

4.1 Определение степени сложности поковки

Степень сложности поковки равна отношению массы поковки к массе геометрической фигуры , в которую вписывается поковка:

При определении припусков, допусков и напусков по чертежу детали выполним предварительный расчет массы поковки с учетом положительного предельного отклонения для наружных размеров и отрицательного отклонения для размеров отверстий. Чтобы учесть припуски и напуски, массу детали увеличиваем в раза:

,

где

В расчетную массу поковки не включаем массу той ее части, которая не подвергается деформации, и массу облоя.

%

Поковка имеет степень сложности С1 - обычной сложности

4.2 Назначение напусков, припусков, допусков

Припуск на механическую обработку регламентируется ГОСТ 7505-74 и назначается на номинальные размеры детали в зависимости от класса шероховатости поверхности детали с учетом параметров и требований к детали:

- массы поковки ();

- точности изготовления поковки (класс точности 1);

- группы стали ();

- степени сложности поковки (, определена выше)

Чертеж поковки с назначенными припусками представлен на рис. 1.2.

Рисунок 4.2.1 - Эскиз холодной поковки

Таблица 4.2.1 - Размеры детали с припусками

Размер	Шероховатость	Припуск	Размер поковки	Допуск	Размер холодной поковки
Ш100	Ra 2,5	2,6	105,2	+1,6 -0,8
Ш60	Ra 2,5	2,6	65.2	+1,6 -0,8
Ш40	Ra 2,5	2,5	35	+1,5 -0,7
50	Ra 2,5	2,5	55	+1,5 -0,7
30	Ra 2,5	2,5	35	+1,5 -0,7
15	Ra 2,5-5	2,5	15	+1,5 -0,7

Определим диаметр поковки:

Примечание: 2-двухсторонний припуск на пламенный нагрев. Выбирается в зависимости от размеров поковки.

Допуски на неоговоренные размеры .

Размер поверхности в плоскости разъема штампа определяем с учетом наружного штамповочного уклона в 5⁰ (для наружных поверхностей) и 7⁰ (для внутренних).

При составлении чертежа поковки необходимо назначить, исходя из соотношения геометрических размеров детали (), величины внешних и внутренних радиусов скругления поковки. Недостаточная величина радиусов закругления поковки приводит к росту усилия штамповки и к концентрации напряжений в углах штампа, вызывающей его разрушение. На участках перехода одной поверхности поковки в другую назначим наружные и внутренние радиусы закруглений по ГОСТ 7505-74:

4.3 Определим размеры горячей поковки

В процессе нагрева заготовки в печи, её номинальные размеры увеличиваются, за счет внутреннего расширения. Поэтому необходимо знать размеры горячей поковки для определения размеров подкладного ручья. Размеры горячей поковки отличаются от номинальных размеров холодной на 1,5%, результаты занесём в табл. 4.

Таблица 4.3.1 - Размеры горячей поковки

Размер	Тип размера	Размер горячей поковки
Ш105,2	D	106,8
Ш65,2	D	66,2
Ш35	D	35,53
55	Н	55,83
15	H	15,23

Напусками, согласно стандарту, являются штамповочные уклоны, внутренние радиусы закруглений и перемычки отверстий.

4.4 Выполнение отверстия в поковке

Выполнение сквозных отверстий в поковках, изготавливаемым на КГШП, обязательно, так как ось отверстия совпадает направлением движения бабы молота.

Для выполнения углубления применим плоскую наметку. Толщина обычной плоской наметки определяется по формуле:

,

где диаметр наметки под отверстие;

глубина наметки.

Чертеж поковки представлен на рис. 1.3.



Рисунок 4.4.1 - Эскиз горячей поковки

4.5 Определение точной массы поковки

Масса поковки определяется с учетом положительного предельного отклонения для наружных размеров и отрицательного отклонения для внутренних размеров, с учетом массы металла на угар при нагреве заготовки.

Определим объем поковки:

Определим массу поковки без учёта массы на угар:

Масса на угар:



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

5. Определение переходов штамповки

В данном пункте определим виды и количество переходов, необходимых для изготовления данной поковки. Выбор ручья определяется, прежде всего, формой и размерами поковки, а также способом штамповки, типом штампа.

Данная поковка относится к поковкам первой группы 2-й подгруппы [2, таб. 4, стр183.].

При штамповке подобных деталей применяют только заготовительный ручей 3 - 1 в зависимости от группы и подгруппы поковки, то есть площадку для осадки. Назначение этого ручья - получение окончательной, отчетливо оформленной поковки в соответствии с требованиями приёмочного чертежа и технических условий.

Поковка деформируется за один рабочий ход. Для данной поковки () осадку заготовки производим на этом же прессе.

5.1 Выбор штамповых ручьев и вариантов штамповки

Полость окончательного ручья является копией конфигурации горячей поковки и строится по чертежу горячей поковки. Для размещения заусенца по периметру окончательного ручья предусматривается заусенечная канавка.

5.2 Выбираем облойную канавку

деталь штамповка поковка заготовка

По рекомендациям [2, стр. 183-184] принимаем тип облойной канавки 1, так как он обеспечивает большую стойкость мостика, так как верхняя половинка штампа прогревается меньше, Размеры облойной канавки выбираем в зависимости от массы поковки при Мпок = 2.791 кг принимаем канавку размеры которой представлены в табл. 5.

Таблица 5.2.1 - Размеры облойной канавки [2, таб. 7, стр. 65]

Усилие КГШП, МН	h0, мм	h1, мм	b, мм	R, мм	R1, мм
16	2	6	6	2	15

Рисунок 5.2.1 - Эскиз облойной канавки

5.3 Определение величины заусенца

Объём заусенца:

,

Где, ,

6. Определение расчётных размеров заготовки

Расчетные размеры заготовки определяются в зависимости от способа штамповки, вида оборудования и типа штампа.

Объем поковки с облоем У

Объём заготовки с учётом угара

,

где - угар, % ().

При диаметре поковки , работе печи на природном газе, принимаем

Расчетной заготовкой называется условная заготовка с круглым сечением, площадь поперечного сечения равна суммарной площади соответствующего сечения поковки и заусенца.

Размеры заготовки, во-избежании ее искривления при обработке, должны удовлетворять условию:

[2.стр. 79]

- коэффициент, учитывающий отрезку заготовок. Чтобы облегчить отрезку заготовок принимаем (при нём заготовка имеет наименьшую толщину).

Задавшись m можно найти диаметр круглой заготовки по формуле:

Тогда размеры заготовки

6.1 Определим размеры осаженной заготовки, исходя из формулы:

7. Расчет усилия штамповочной машины

где - диаметр поковки();

- предел текучести материала при данной температуре();

- ширина мостика облойной канавки();

- толщина мостика облойной канавки().

По ГОСТ 6809-70 выбираем пресс горячештамповочный кривошипный пресс имеющий следующие параметры приведенные в таблице 6:

Таблица 7.1 - Основные параметры КГШП.

Номинальное усилие пресса	кН	6300
Ход ползуна	мм	200
Частота непрерывных ходов ползуна	мин-1	100
Размер штамподержателя	мм	1000
Размер бабы	мм	750
Наименьшее расстояние между столом и подштамповой плитой ползуна в его КНП	мм	560
Размеры стола слева направо В спереди назад L	мм мм	640 820
Размеры ползуна слева направо В1 спереди назад L1	мм мм	600 600

8. Конструкция и расчет ручьев

Штамп КГШП представляет собой определенный блок с направляющими колонками и другими деталями, в которых закрепляется вставки с ручьями, размеры блоков и вставок зависят от усилия пресса.

В штампе КГШП для одного ручья предусмотрена одна пара вставок (верхняя и нижняя). При штамповке на КГШП во всех ручьях (кроме ручья для осадки) предусматривают облойные канавки.

Вставки в блоках желательно устанавливать согласно очередности переходов штамповки. Однако при этом необходимо учитывать, что наибольшим усилием пресса обеспечивается по центру штампа поэтому в случае если усилие штамповки в окончательном ручье близко к номинальному - ручей устанавливают по центру. И сходя из усилия пресса 6,3 МН выбираем размеры универсального блока для пресса, т.к. габаритные размеры блока не подходят, то выбираем:

Таблица 8.1 - Размеры универсального блока

Усилие КГШП, МН	В, мм	L, мм	Н, мм
16	900	1040	666

8.1 Расчет вставки окончательного ручья

Ручьи во вставках выполняются по чертежу горячей поковки.

Рассчитаем размеры вставок по номограмме определим расстояние от ручья до края вставки

Определим ширину вставки:

Принимаем нормализованные вставки по МН 4809 с размерами:

Таблица 8.1.1 - Размеры призматической вставки

Н, мм	L, мм	B, мм	L1, мм
125	320	240	294

Размещено на http://www.allbest.ru/

36

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 8.1.1 - Эскиз вставки

Так как при штамповке на КГШП ручьи имеют малые штамповочные уклоны, во вставках представлены выталкивающие механизмы для лучшего удаления поковки из ручья, в зависимости от формы поковки и вероятности ее застрявания предусматривают выталкиватели поковок из верхней или нижней вставки или обеих вставок одновременно.

Ручьи с узкими и глубокими полостями плохо заполняются металлом из-за скопления воздуха и продуктов сгорания смазки. Для вывода газов в атмосферу на дне глубоких полостей ручьев предусмотреть газоотводящие каналы, диаметр которых 1,2-1,5 мм. Назначаем материал вставок:

Сталь 5ХНМ ГОСТ 75950-75; Твердость HB 401-444

8.2 Расчет вставок осадочного ручья

Площадка для осадки должна быть достаточна для размещения на ней после осадки заготовки. При осадке между плоскими бойками продолговатая заготовка преобразуется в бочкообразную форму т.к. торцов ее торцов обжатый метал течет в основном в направлении длины, в средней части заготовки почти весь обжатый метал течет в ширину.

Назначаем материал вставки:

Сталь 5ГС ГОСТ 75950-75

Твердость НВ 341-415

9. Конструирование штампа для обрезки облоя

9.1 Обрезка облоя

Обрезка облоя производим в горячем состоянии. При горячей обрезке уменьшается вероятность появления трещин и уменьшается сопротивление срезу, чем при холодной.

Для обрезки облоя и удаления перемычки используем простой штамп.

Зазор между пуансоном и матрицей выбираем в зависимости от размеров поковки и углом угол штамповочного уклона

[2, таб. 1, стр. 483].

1-пуансон, 2-матрица, 3 - поковка.

Рисунок 9.1.1 - Схема обрезания заусенца

Размеры крупных матриц выбирают в зависимости от диаметра обрезаемой поковки

9.2 Расчет усилия обрезного пресса

Необходимое усилие обрезки облоя определяют по формуле [2, стр. 482]:

,

где действительная толщина среза облоя;

,

где возможная недоштамповки;

периметр среза;

предел прочности материала при

Штамп устанавливаем на обрезной пресс усилием .

Основные параметры кривошипного пресса представлены в табл. 7:

Таблица 9.2.1 - Основные параметры пресса для обрезки заусенца

Номинальное усилие	МН	1
Число ходов ползуна в минуту	мин-1	40
Ход ползуна	мм	180
Наибольшое расстояние между столом и ползуном в его кнп	мм	380
Толщина подштамповой плиты	мм	50

9.3 Конструкция и крепление пуансона и матрицы

Высота пуансона:

где - закрытая высота штампа;

- толщина нижней плиты;

- толщина матрицы;

- толщина пуансонодержателя;

- размер поковки от поверхности прилегания ее к пуансону до линии разъема.

Рисунок 9.3.1 - К расчету высоты пуансона

Выбор материала для элементов штампа производим по рекомендациям [2, таб3, стр. 557-556] и представлены в табл. 8.

Таблица 9.3.1 - Материал элементов штампа

Деталь штампа	Марка стали	Номер госта	Твердость, НВ
Плита нижняя	30Л	ГОСТ 971-75	?255
Матрица	8Х3	ГОСТ 5950-73	363-415
Пуансонодержатель	Сталь 45	ГОСТ 1050-88	?217
Пуансон	8Х3	ГОСТ 5950-73	363-415

Обрезная матрица делается цельной. Цельные матрицы применяются главным образом для круглых заготовок, когда изнашивание режущих кромок по контуру матрицы происходит равномерно. Режущий контур матрицы изготавливают по контуру поковки с припуском на слесарную обработку (подгонку) по размерам обрезаемой поковки.

В верхней части матрицы выполняют ступеньку. Стенку провального отверстия выполняют с уклоном . Габаритные размеры матрицы определяют по диаметру поковки.

Матрица крепится винтами под углом . Винты выбираются в зависимости от диаметра матрицы.

При диаметре матрицы принимаем винты [2, таб. 7, стр. 487]

9.4 Конструкция пуансонодержателя

Ширина и длинна хвостовика должны быть равными или несколько большими соответствующих максимальных размеров рабочей части пуансона.

Размеры пуансонодержателя:

, , , , , , ,

, .

Рисунок 9.4.1 - Пуансонодержатель

10. Способ резки проката, расчет баланса метала

10.1 Выбор способа резки проката

Штамповка осуществляется из заготовок из горячекатаной круглой стали. Характер производства мелкосерийный.

В условиях мелкосерийного производства резка прутков на заготовки рационально осуществлять на сортовых ножницах. Для предотвращения дефектов прутки диаметром более 100 мм необходимо нагревать до температуры 400…500°С.

Схема резки производится без отхода металла путём сдвига отрезной части прутка по поверхности разделения под действием приближающихся ножниц.

Это наиболее экономичный и распространенный способ резки. Допуски на длину заготовки составляет .

Рисунок 10.1.1 - Схема полуоткрытой резки с активным режимом

Усилие резки:

где - коэффициент, зависящий от схемы отрезки и скорости деформирования; - предел текучести материала при температуре отрезки (,); -площадь поперечного сечения заготовки.

Для резки принимаем сортовые ножницы модели Н1838А усилием . Наибольший диаметр круглого сечения разрезаемого проката .

10.2 Расчёт баланса металла

Для определения отхода металла при резке на ножницах на мерные заготовки (длинной ) выбираем стандартную штангу ГОСТ 2590-71 из круглой горячекатаной стали диаметром и длинной определяем отход (некратность):

Длина торцевого отрезка:

Некратность:

,

где количество заготовок.

Принимаем из одной штанги.

Суммарный отход металла при резке проката:

,

где количество штанг в партии:

,

где программа выпуска

Составим баланс металла:

Таблица 9.2.1 - Баланс металла

Масса	кг	%
Штанг	1147,6	100
Поковок	1063,9	92,7
Отходов при резке	4,7	0,4
Отходов при штамповке	79	6,9

Выход годного:

Коэффициент весовой точности:

11. Организации рабочего участка

Организации рабочего участка производится с учётом типа штамповочной машины, способа нагрева и других параметров.

Размещение основного оборудования, средств механизации технологических и транспортных операций должно способствовать высокой производительности и безопасности условий труда.

Средства механизации операций штамповки и транспортировки заготовок, поковок и отходов представлены в таблице 11

Таблица 11.1 - Средства механизации штамповки

Средства механизации	Назначение	Количество агрегатов
Манипуляторы	Подача заготовок	2
сбрасыватели	Сбрасывание поковок и заусенцев со штампа	2
Загрузочные механизмы	Загрузка печей	1
Разгрузочные механизмы	Разгрузка печей	1
Транспортёры	Межоперационные передачи	3
Электрические тележки	Установка штампов	1

Спроектированный участок располагает следующим оборудованием для осуществления всего технологического процесса получения детали:

- основное оборудование (КГШП6,3МН, обрезной пресс 2,5МН, нагревательная печь);

- сменное оборудование (автокар 3т, сортовые ножницы 6,3 МН);

- вспомогательное оборудование (кран - балка 3т, загрузочная машина 5т, манипулятор 2т)

12. Требования безопасности к кузнечнопрессовому оборудованию

Во время штамповки на КГШП необходимо соблюдать некоторые правила:

- соблюдать температурный интервал штамповых заготовок;

- располагать заготовку в ручье штампа строго в установленном месте, используя каждый ручей по назначению;

- своевременно смазывать штампы во избежание застревания поковок и перегревания штампа;

- периодически охлаждать сильно нагретый ручной инструмент в бочке с чистой водой;

- ни при каких обстоятельствах не вводить руки в зону опускания ползуна пресс.

Для удаления застрявшей заготовки из ручья штампа применять только приспособления указанные в технологической карте.

Кузнец должен регулярно проверять исправность крепления штампа в процессе работы, при обнаружении неполадки немедленно остановить пресс

13. Мероприятия технического контроля качества поковок

Контроль качества поковок включает проверку механической прочности геометрических размеров, подсчет количества годных поковок.

Приборы для контроля качества поковок приведены в таблице 7

Таблица 13.1 - Универсальные измерительные приборы для контроля качества поковок

Инструмент	Размер, мм	Точность, мм	Назначение
Линейка метрическая	0-500	1,0	Контроль длины заготовки и габаритов поковки
Штангенциркуль	0-150	0,1	Контроль габаритов поковки
Угольник	90	-	Контроль перпендикулярности плоскости
Угломер	360	1	Контроль углов между плоскостями или осями
Радиусомер (набор для наружных закруглений)	0,5-15	через 0,5	Контроль закруглений в поковках и штампах
Циркуль измерительный	50	-	Разметка отверстий

Для обеспечения длительной работы штампа при эксплуатации необходимо:

- правильная его установка и надёжное закрепление на молоте;

- своевременный ремонт мест закрепления;

- постоянство температуры штампуемой заготовки;

- постоянство хорошей смазки штамповочных ручьев;

- удаление окалины заготовок для поступления их в штамповочный ручей

Заключение

В данной курсовой работе представлена методика расчета изготовления заготовки для крышки из стали 35ХНМ. В первой части курсовой работы разработан технологический процесс горячей штамповки заготовки для крышки. Приведены технологическая характеристика детали: установлены соотношение размеров детали, степень точности изготовления поковки, группа стали поковки, степень сложности поковки; разработаны чертежи холодной и горячей поковки; назначены допустимые отклонения формы и размеров поковки; определен тип поковки и разработан технологический процесс её штамповки; произведен расчет и выбор штамповой оснастки и соответствующего оборудования для выполнения технологических операций.

Во второй части работе разработаны конструкции штампа молотового и штампа для обрезки облоя и пробивки отверстия. Выбраны и рассчитаны основные конструктивные элементы этих штампов.

В заключительной части согласно рекомендациям, назначены термические режимы нагрева заготовки под штамповку и выбрано необходимое нагревательное оборудование; назначены мероприятия по эксплуатации и по технике безопасности, назначены мероприятия по техническому контролю качества поковок и по эксплуатации штамповой оснастки.

В графической части курсовой работы представлены сборочные чертежи молотового штампа и штампа для обрезки облоя и пробивки отверстия, а также чертежи некоторых деталей штампа для обрезки облоя и пробивки отверстия.

Список используемой литературы

1. Семёнов Е.И. Ковка и объёмная штамповка. - М.: Высш.шк. 1972-345 с

2. Ковка и объёмная штамповка: Справочник /Под ред. Е.И. Семёнова: в 2 т.-Машиностроение, 1986. - Т2 - 563 с.

3. Ковка и объёмная штамповка стали: Справочник /Под ред. В. Сторожева: в 2т. - Т1 Машиностроение, 1967. - 435 с.

4. Ковка и объёмная штамповка стали: Справочник /Под ред. М.В. Сторожева: в 2 т.-Т2 Машиностроение, 1967. - 435 с.

5. Методические указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Технология ковки и горячей штамповки»

Размещено на Allbest.ru

...