Процесс изготовления детали "крышка передняя аксиально-поршневого насос-мотора МГ112/32"

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обоснование рациональности способа горячей объемной штамповки

1.1 Анализ конструкции детали

1.2 Характеристика материала детали

1.3 Преимущества штамповки на КГШП

1.4 Преимущества индукционного нагрева

1.5 Выбор способа штамповки поковки

2. Холодная и горячая поковки

2.1 Исходные данные

2.2 Горячая поковка

3. Технологический процесс

3.1 Определение размеров исходной заготовки

3.2 Определение усилия отрезки заготовки

3.3 Определение коэффициента раскроя и нормы расхода металла

3.4 Выбор операций и переходов штамповки

3.5 Температурный режим штамповки

3.6 Индукционный нагрев заготовок

3.7 Определение размеров осаженной заготовки

3.8 Определение усилия штамповки

3.9 Смазочные материалы

3.10 Определение усилия обрезки облоя

3.11 Термическая обработка поковок

3.12 Очистка поковок от окалины

4. Проектирование штампов

4.1 Проектирование штампа КГШП

4.2 Эксплуатация штампов

Литература

ВВЕДЕНИЕ

В данной работе будет смоделирован процесс изготовления детали «крышка передняя аксиально-поршневого насос-мотора МГ112/32 ». 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.

1. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОСТИ СПОСОБА ГОРЯЧЕЙ ОБЪЕМНОЙ ШТАМПОВКИ

1.1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ ДЕТАЛИ «КРЫШКА ПЕРЕДНЯЯ»

Чистовая деталь «крышка передняя» является представителем класса осесимметричных деталей изготовляемых осадкой в торец и выдавливанием штампуемых элементов за два перехода с применением осадки. Является телом вращения.

Габаритные размеры:

Наружный диаметр (наибольший) - 140 мм;

Наружный диаметр (нижний) - 90 мм;

Высота - 32, 5 мм;

Внутренний диаметр - 72 мм.

Материал детали - Сталь 40Х, сталь конструкционная, легированная. Хромистая. ГОСТ 2590-88. Ее механические характеристики приведены в табл.1 и табл.2.

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА МАТЕРИАЛА ДЕТАЛИ

Таблица 1. - Химический состав и механические свойства.

Тип стали

Марка стали

Содержание в %

Мех. Свойства на термически обработанных образцах

Твердость НВ после отжига не более

углерода

никеля

кремния

марганца

серы

фосфора

медь

хрома

у в, МПа

у ф, МПа

д, %

Ш, %

Сталь конструкционная легированная. Хромистая

Сталь 40Х

0, 36-0, 44

до 0, 3

0, 17-0, 37

0, 5…0, 8

до 0, 035

до 0, 035

до 0, 3

0, 8-1, 1

980

360

10

45

Таблица 2. - Механические свойства стали при ковочных температурах

Материал стали	tисп, °С	у0, 2, МПа	ув, МПа	д, %	Ш, %	Кш, %/МПа	Состояние материала и условия использования
Сталь 40Х	700	140	175	33	78		Образец диаметром 10 мм, длиной 50 мм кованый и отожженный. Скорость деформирования 5 мм/мин, скорость деформации 0, 002 1/с.1
	800	54	98	59	98
	900	41	69	65	100
	1000	24	43	68	100
	1100	11	26	68	100
	1200	11	24	70	100

1.3 ПРЕИМУЩЕСТВА ШТАМПОВКИ НА КГШП

Кривошипные горячештамповочные пресса (КГШП) по сравнению с молотами обладают рядом преимуществ.

Повышенная точность получаемых поковок благодаря постоянству хода пресса и определенности нижнего положения ползуна, что позволяет уменьшить отклонения размеров поковок по высоте.

Увеличенный коэффициент использования металла вследствие более совершенной конструкции штампов, снабженных верхним и нижним выталкивателем, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны, припуски, напуски, допуски и тем самым приводит к экономии металла и уменьшению последующей обработки поковок резанием.

Улучшенные условия труда вследствие меньших шумовых эффектов, вибрации, и сотрясения почвы, чем при работе на молотах, и относительно спокойным безударным характером работы.

Возможность применения автоматических перекладчиков заготовок.

Более высокой производительности в 1, 4…2 раза при штамповке поковок шестерен, так как деформация на прессе в каждом ручье происходит за один ход, а на молоте за несколько ударов.

Более высокому КПД, достигающему 6…8%; экономический (приведенный к энергии топлива) КПД пресса в 2…4 раза выше, чем у молота.

Снижение себестоимости продукции за счет снижения расхода металла и эксплуатационной стоимости.

Работа на прессах более простая, так как не требуется регулировка энергии удара, не требуется высокой квалификации рабочих.

1.4 ПРЕИМУЩЕСТВА ИНДУКЦИОННГО НАГРЕВА

К преимуществам электронагрева относятся:

1. Экономия и большая скорость нагрева металла, отсутствие необходимости подачи воздуха в камеру нагрева (как в случае применения печей для поддержания горения топлива), что значительно уменьшает окалинообразование. Потери металла в виде окалины при индукционном нагреве составляют всего 0, 2…0, 4 % масса нагреваемого металла, что почти в 10 раз меньше чем при пламенном нагреве.

2. Повышение стойкости штампов. При уменьшении окалины на металле стойкость штампов повышается, так как окалина оказывает абразивное воздействие.

3. Повышение производительности труда. Большая скорость нагрева позволяет увеличить температуру начала штамповки, так как перегрев металла при малых выдержках в нагретом состоянии происходит при более высоких температурах. Штамповка при более высоких температурах целесообразна из - за меньших затрат работы на деформацию, что приводит к повышению производительности.

4. Улучшение условий труда. Отсутствие грязи и копоти на рабочем месте улучшает условия труда в горячих цехах, что приближает условия работы в них к условиям работы в холоднопрессовых цехах.

5. Повышение качества продукции. Равномерность нагрева и точный контроль температурного режима при электронагреве позволяют обеспечить однородные структуру и свойства металла, сократить тепловые виды брака и увеличить точность размеров поковок за счет уменьшения колебания величины усадки при их остывании.

6. Отсутствие необходимости в тщательной очистке поковок; экономия времени на очистку заготовок от окалины перед штамповкой; простота обслуживания нагревателей; удобство применения защитных атмосфер в нагревательных индукторах и т. д.

1.5 ВЫБОР СПОСОБА ШТАМПОВКИ

Учитывая приведенные выше преимущества штамповки на КГШП, а, также учитывая конструктивные особенности детали - тело вращения, диаметрального размера в плане, можно сделать вывод о том, что для изготовления данной детали оптимальным вариантом будет применение технологии горячей штамповки на КГШП в открытом штампе, с применением индукционного нагрева, так как это позволит увеличить коэффициент использования материала и производительность, а также позволит исключить обязательное участие в процессе высококвалифицированного рабочего.

Последовательность технологических операций для изготовления поковки детали «крышка передняя» приведена ниже. Разделка сортового проката на заготовки для штамповки на сортовых ножницах. Нагрев заготовки до ковочных температур в индукционном нагревателе. Штамповка на КГШП за два перехода включающая в себя предварительную осадку и основную формообразующую операцию. Обрезка облоя и пробивка отверстия. Контрольные операции.

2. ХОЛОДНАЯ И ГОРЯЧАЯ ПОКОВКИ

2.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Деталь: «крышка передняя»

Штамповочное оборудование - КГШП.

Нагрев заготовок индукционный.

Исходные данные по детали:

Материал - Сталь 40Х, сталь конструкционная, легированная. Хромистая.

Масса поковки - 2, 04кг.

Исходные данные для расчета:

1.Класс точности - Т4 [3, стр28, табл.19], так штамповка на КГШП, в открытом штампе.

2.Группа стали - М2. [3, стр.8, табл.1].

3. Степень сложности - С2

4. Конфигурация поверхности разъема плоская (П)

5.Исходный индекс 12.

Имея чертеж холодной поковки, создаем 3D модель горячей поковки.

2.2 ГОРЯЧАЯ ПОКОВКА

В зависимости от температурного режима штамповки, подберём коэффициент теплового расширения конкретно для стали 40Х для того, чтобы спроектировать ручей поковки.

Примем температуру штамповки на КГШП 1180°С.

Коэффициент линейного расширения для стали 40Х при постоянном давлении при :

Рассчитаем плотность стали:

Рассчитаем на сколько процентов увеличатся линейные размеры холодной заготовки при :

Следовательно, для получения модели горячей поковки необходимо увеличить все линейные размеры холодной поковки на 1.5%

Объём горячей поковки V_п - берем из данных Компас 3D = 295010, 22 мм3

Определим вид перемычки, так как отношение h / d_отв < 0, 4 то вместо плоской наметки используем наметку с раскосом, при этом толщина перемычки S_min =0, 65*S, а S_max =1, 35*S, где S следует определять так же, как и для плоской перемычки по формуле

S = 0, 45 * v d_осн - 0, 25 * h - 5 + 0, 6;

а d₁ - по формуле

d₁ = 0, 12 * d_отв + 3.

S = 0, 45 * v 52 - 0, 25 * 6.3 - 5 + 0, 6 = 3, 6 мм;

S_min = 0, 65 * 3.6 = 2, 3=2;

S_max =1, 35 * 3.6 = 4.86 = 5 мм;

d₁ = 0, 12 * 52 + 3 = 9.24 = 9 мм.

Радиусы закруглений вершин наметок в окончательном ручье рекомендуется определять по формуле

r₁ = r + 0.1 * h + 2;

где r - внутренний радиус закруглений данной поковки, а h - глубина наметки.

r₁ = 6 + 0.1 * 6, 3 + 2 = 8, 63=10 мм;

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

3.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ИСХОДНОЙ ЗАГОТОВКИ.

Объем исходной заготовки подсчитывается по формуле

V_зг = V_п + V _о + V_уг

где V_п - объем поковки;

V_уг - потери на угар, при индукционном нагреве 2% от V_п;

V _о - объем облоя;

V_пер - объем перемычки.

Объем облоя при штамповке на КГШП определяют, используя формулу

V_о = V_мост + V _маг = p * (b * h₃ + h₂ * B),

где V_мост - объем мостика облоя;

V _маг - объем металла в магазине облоя;

p - периметр поковки, мм;

b - ширина мостика, мм;

h₃ - толщина мостика, мм;

h₂ - средняя толщина облоя по магазину, мм;

B - ширина облоя в магазине, мм.

Толщина мостика облойной канавки равна h₃ = 1 мм. По таблице 2.[1.стр184] определяются остальные параметры облойной канавки.

b = 5 мм; h₂ = 2 * h₃ = 2 мм; р = 469, 461 мм.

Ширина облоя в магазине принимается в зависимости от массы поковки, так как масса поковки больше 2 кг, то В = 20 мм.

V _о = 469, 461 * (5 * 1 + 2 * 20) = 21125, 7 мм³.

Масса облоя находится по формуле

М_о = V _о * с,

М_о = 21125, 7 * 7, 4*10^-6 = 0, 156 кг.

Значение радиусов закруглений кромок фигуры ручья, выбирают в зависимости от глубины Н полости фигуры по табл.2 [1.стр148].

В данном случае так как Н = 8, 5 мм, то r = 1, 5 мм.

Определим потери металла на угар

V_уг = 0.02 * V_п = 0, 02 * 295010, 22 = 5900, 2 мм³.

М_уг = V_уг * с,

М_уг = 5900, 2 * 7, 4*10^-6 = 0, 0436 кг

V_п - берем из данных Компас 3D = 295010, 22 мм3

V_заг = 295010, 22 + 21125, 7 + 5900, 2 = 322036, 12 мм3

Следовательно, масса заготовки будет равна

M_заг = с * V_заг,

M_заг = 7, 4 * 10^-6 * 322036, 12 = 2, 38 кг.

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

m = L_заг / D_заг ? 2, 8,

где m - коэффициент, равный 2, 8…1, 5, так как операция осадки производится на КГШП m принимают примерно равное 1, 8.

Задавшись m, можно найти диаметр круглой заготовки по формуле:

d_загґ = 1.08 * ³v (V_заг / m),

d_загґ= 1.08 * ³v (322036, 12 / 1.8) = 60, 8 мм.

По диаметру исходной заготовки выбирается сортовой прокат с размерами, ближайшими к полученным, расчетом. Наиболее подходит прокат диаметр ш 60 мм по ГОСТ 2590 - 88 из марки стали сталь 40Х

круг В - 60 ГОСТ2590 - 88

Сталь40Х ГОСТ 1050 - 88

Длина заготовки определяется по формуле

L_заг =4 * V_заг ґ/ р * d_заг²,

L_заг =4* 322036, 12 / 3, 14 * 60² =114 мм.

После поступления сортового проката его транспортируют на участок резки сортового проката на заготовки с помощью мостового крана. Производится контроль прутков на стеллах, диаметр ш 60 мм диаметр проверяют штангенциркулем. Если на поверхности сортового проката обнаруживаются, дефекты они должны быть удалены перед дальнейшей обработкой. Затем данный прокат нагревают до температуры 450°С и разрезают на заготовки с помощью сортовых кривошипных закрытых ножниц.

3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ОТРЕЗКИ ЗАГОТОВКИ

ковка штамповка индукционный нагрев

Для разделения металла на заготовки используется операция отрезки, так как способ штамповки в открытом штампе не требует высокой точности исходной заготовки, а сам процесс отрезки на кривошипных закрытых сортовых ножницах является высокопроизводительным и экономичным.

Усилие резки.

Усилие отрезки зависит от характеристик прочности разрезаемого металла, площади поперечного сечения прутка, схемы отрезки и скорости деформирования.

P_опер = k * у_ср * F_ср,

где k - коэффициент, учитывающий состояние режущих кромок ножей, k = 1, 6.

у_ср = 0, 7 * у_вр,

у_ср = 0, 7 * 690 = 483 МПа,

F_ср - площадь среза

F_ср = р * d_заг² / 4,

F_ср = 3, 14 * 60² / 4 = 2826 мм².

Тогда по формуле

P_опер = 1, 6 * 483 * 2826 = 2184 кН.

По найденному усилию и диаметру отрезаемой заготовки выбираются сортовые кривошипные закрытые ножницы для разрезки сортового проката на заготовки машиностроительного назначения модели Н1534, [1.стр194]. Их технические данные приведены в табл. 3.

Табл.3 - технические данные ножниц

Номинальное усилие, кН	2500
Число ходов в минуту	40
Наибольший размер разрезаемого проката, мм	круг	100
	квадрат	90
	полоса	300
Наибольшая длина отрезаемой заготовки, мм	630
Мощность привода, кВт	20
Габаритные размеры, мм	7000* *3050*3000
Масса ножниц в тоннах	12, 7
Элементы опорного конца, мм с f lзаж	40 20 60

3.3 ОПРЕДЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА РАСКРОЯ И НОРМЫ РАСХОДА МЕТАЛЛА

Выберем прокат немерной длины, так как в условиях массового производства экономически это наиболее выгоднее. Норма расхода на поковки, изготовляемые из металлопроката немерной длины, рассчитывается по формуле.

N = q /n * l_р.у. / (l_р.у. - l_обр - l_н - l_заж ) * К_уг,

где q - масса заготовки, q = 2, 38 кг,

n - количество поковок из одной заготовки, n = 1,

l_р.у - средняя длина немерного проката, l_р.у = 3750мм,

l_обр - длина обрезки дефектного конца, мм,

l_обр = 0, 5 * d_заг,

l_обр = 0, 5 * 60 = 30 мм.

l_н - наименьшая длина некратности, мм

l_отх = (l_заж + l_н),

l_отх - длина отхода, мм. Так как l_заг > l_заж, то

l_отх = (l_заг + 0, 5 * d_заг) / 2,

l_отх = (114 + 0, 5 * 60) / 2 = 72 мм

К_уг = 1, так как температура нагрева меньше 750С^°.

Тогда

N = 2, 38 / 1 * 3750 / (3750 - 30 - 72) *1 = 2, 447 кг,

Коэффициент использования металла

К_им = М_дет / N,

К_им = 0, 937 / 2, 447 = 0, 383 кг.

Коэффициент раскроя

К_р = М_заг / N,

К_р = 2, 38 / 2, 447= 0, 97.

Коэффициент точности поковки

К_пок = М_дет / М_пок,

К_пок = 0, 937 / 2, 12 = 0, 44.

Коэффициент точности заготовки

К_заг = М_пок / М_заг, (26)

К_заг = 2, 12 / 2, 38 = 0, 89.

3.4 ВЫБОР ОПЕРАЦИЙ И ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ

Поковки, штампуемые на КГШП, подразделяют:

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

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

Поковка детали «крышка передняя» является осесимметричной поковкой, круглой в плане, изготовляемой осадкой в торец и последующим выдавливанием. По всем этим признакам она относится к 1- ой группе 2 - ой подгруппы [1.стр 179].Учитывая принадлежность поковки к этой группе и подгруппе ее можно получить за два перехода с применением осадочной площадки. Штамповка производится в открытом штампе.

В технологическом процессе используются четыре операции

1. осадка.

2. окончательная штамповка.

3. обрезка облоя.

4. Пробивка отверстия.

3.5 ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ШТАМПОВКИ

После разрезки проката на сортовых ножницах по скату - рольгангу заготовки попадают в тару, которая транспортируется мостовым краном к индукционному нагревателю для нагрева.

Температура металла:

- под осадку 1200 °С;

- под штамповку 1200 °С;

- обрезка облоя и пробивка отверстия 950 °С.

3.6 ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВ ЗАГОТОВОК

Индукционные нагреватели применяемые в кузнечно-штамповочном производстве, конструктивно состоят из средств нагрева - индукторов и механизмов загрузки, перемещения и выгрузки нагреваемых заготовок.

Параметры индуктора получены из практики индукционного нагрева заготовок перед штамповкой на отечественных заводах [2.стр.263.табл.5], они приведены в табл.4

Табл.4 параметры индуктора

Внутренний диаметр, мм	130
Длина обмотки, мм	760
Число витков	40
Число заготовок в индукторе	4
Частота тока, кГц	2, 5
Напряжение, В	750
Средняя мощность генератора, кВт	155
Темп выдачи заготовки, с	33
Время нагрева заготовки, с	132
Производительность, кг/ч	425

Для работы при напряжении 127 В индуктор подключается через понижающий трансформатор.

Данный нагреватель является нагревателем методического действия. В таком нагревателе заготовки перемещаются с постоянной скоростью с помощью пневматического механизма. В индукторе одновременно находятся 4 заготовки. Транспортирование нагретых заготовок для последующих операций осуществляется по цепному транспортеру.

3.7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОСАЖЕННОЙ ЗАГОТОВКИ

Осадка заготовок производится с целью приближения размеров заготовки к размерам поковки и тем, самым снизить работу деформации в окончательном ручье и повысить его стойкость. При осадке удаляется подавляющее количество окалины, образующейся при нагреве заготовки. Процесс осадки производится до уменьшения высоты исходной заготовки на величину равную h_oc = h_п + 10мм.

h_oc = 36, 5 + 10 = 46, 5мм.

Но при исследовании было выявлено, что усилие необходимое для окончательной штамповки после такой осадки больше, чем усилие, в случае осадки h_oc = 37мм. Также известно, что наиболее полное заполнение ручья штампа происходит в случае, когда D_зг максимально приближен к D_п. Поэтому было принято решение выполнять данную операцию на высоту 37мм.

D_о = 60 мм,

Н_о =114 мм.

D = 108 мм,

H = 37 мм.



После операции осадки штамповщик перекладывает заготовку клещами в окончательный ручей.

3.8 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ШТАМПОВКИ

Окончательную штамповку проводят в открытом ручье. Температура заготовки перед штамповкой t = 1100°С.

Расчет усилий штамповки на КГШП необходимо выполнять с максимально возможной точностью, так как при использовании пресса с недостаточным усилием может произойти авария, а при использовании пресса по завышенному усилию пресс будет использоваться нерационально.

Усилие при штамповке осаживанием в открытых штампах определяют по формуле

Р = у_т *{(1, 5+ м_о * b/ h_о )*F_о +(2* м * b/ h_о -0.375 +1.25* ln d/h_о )* F_п}

где у_т - предел текучести металла при температуре штамповки, МПа;

м_о - коэффициент внешнего трения (на мостике облоя); в расчете

принимается его максимальное значение, равное 0, 5;

b, h_о - ширина и толщина мостика облоя, мм;

F_о - площадь проекции мостика облоя, мм²;

d - диаметр поковки, мм;

F_п - площадь проекции поковки на плоскость разъема, мм²;

Предел текучести металла принимают приблизительно равным временному сопротивлению растяжению при соответствующих температуре и скорости деформации. В нашем случае

у_т = 70 МПа.

Площадь проекции мостика облоя находится по формуле

F_о = р / 4 * (d_н² - d_в² ),

где d_н - наружный диаметр мостика облоя,

d_в - внутренний диаметр мостика облоя.

F_о = 3, 14 / 4 * (159² - 153² ) = 1469, 52 мм².

F_п = р * d_п² / 4,

F_п = 3, 14 * 149, 5² / 4 = 17544, 9 мм²,

По формуле (26) определим усилие штамповки

Р=70*{(1, 5+ 0, 5* 5/ 1)*1469, 52+(2*0, 5*5/1-0.375 +1.25* ln 149, 5/1 )*17544, 9}=13, 4МН.

По полученному значению усилия штамповки выбирается пресс горячештамповочный усилием 16 МН, так как технологическое усилие штамповки должно быть меньше 85% от номинального усилия пресса.

Р < 85% Р_н,

Так как Р < 0, 85 * 16 МН, т.е. Р < 0, 85 * 16 МН, пресс отвечает данному условию.

Выбираем пресс модели КБ8042. Пресс предназначен для производства поковок из черных и цветных металлов. Технические характеристики пресса приведены в табл.5.

Табл.5 - Техническая характеристика пресса КБ8042

Номинальное усилие, МН	16
Ход ползуна, мм	300
Частота непрерывных ходов ползуна, мин-1, не менее	85
Частота одиночных ходов ползуна, мин-1, не более	16
Наименьшее расстояние между столом пресса и надштамповой плитой ползуна в его нижнем положении, мм	660
Величина регулировки расстояния между столом и ползуном, мм	10
Верхний выталкиватель
Величина хода, мм	40
Усилие, МН, не менее	63
Нижний выталкиватель
Величина хода, мм	32
Усилие, МН, не менее	100
Размеры стола, мм
Слева направо	1080
Спереди назад	1020
Размеры ползуна, мм
Слева направо	824
Спереди назад	944
Размеры окон в стойках пресса, мм
Ширина	630
Высота	710
Расстояние между стойками в свету, мм	1050
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	90
Расход сжатого воздуха за цикл, м3	0, 42
Давление воздуха в пневматической системе
Наименьшее, МПа (кг / см2 )	0, 5
Наибольшее, МПа (кг / см2 )	0, 7
Габариты пресса, мм
Слева направо	4850
Спереди назад	3600
Высота пресса от уровня пола, мм	5570

3.9 СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

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

При горячей штамповке поковок осаживанием в открытых штампах применяют графит с маслом, соляный раствор с маслом (машинным) или без масла и смазывающее - охлаждающие жидкости на основе спиртово - сульфидной барды. В нашем случае используется смазка «графит-вода».

3.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЯ ОБРЕЗКИ ОБЛОЯ

Обрезка облоя производится в горячем состоянии при температуре t = 950°С в обрезном штампе совмещенного действия на прессе.

При одновременной обрезке и пробивке общее усилие определяют по формуле

Р = Р_обр + Р_пр,

Необходимое усилие обрезки облоя или пробивки перемычки определяется по формуле

Р = (1, 5…1, 8) * 10^-6 * S * t * у_в,

где S - периметр среза, мм;

S_обр = р * d_п = 3, 14 * 149, 5 = 469, 43 мм,

S_пр = р * d_отв = 3, 14 * 52 = 163, 28 мм

t - действительная толщина среза, мм;

t_обр = z_обр + n;

t_пр = z_пр + n + u.

где n - возможная недоштамповка, которую принимают равной положительному допуску на размер поковки по высоте, n = 1, 6 мм;

z_обр = 1 мм, z_пр = 8, 57 мм; u - износ выступа под наметку в штампе (принимают равным 2 мм).

По формуле (31) определим действительную величину срезаемого облоя

t_обр = 1 + 1, 6 = 1, 6 мм,

t_пр = 8, 57 + 1, 6 + 2 = 12, 17 мм.

у_в - предел прочности при температуре обрезки, определяется по табл.2.

По формуле (30) определим усилия обрезки и пробивки

Р_обр = 1, 65 * 10^-6 * 469, 43 * 1, 6 * 69 = 0, 0855 МН,

Р_пр = 1, 65 * 10^-6 * 163, 28 * 8, 57 * 69 = 0, 159 МН.

Определим общее усилие

Р = 0, 0855 + 0, 159 = 0, 245 МН.

Обрезной пресс закрепляют за КГШП исходя из следующего соотношения

Р = (0, 07…0, 1) * Р_кр,

Р = 0, 1 * 16 МН = 1, 6 МН

По рекомендации выбираем пресс кривошипный закрытый простого действия усилием 1, 6 МН, КБ2532, техническая характеристика которого приведена в таблице 6. общее усилие разделительных операций меньше 85% номинального усилия выбранного пресса.

Табл.6 - технологическая характеристика пресса КБ2532

Номинальное усилие пресса, МН	1, 6
Технологическая работа пресса за 1 ход, кДж	11
Величина хода ползуна пресса, мм	160
Наибольшая частота непрерывных ходов, мин-1	60
Величина хода нижнего выталкивателя, мм	10
Величина наибольшего хода верхнего выталкивателя, мм	50
Закрытая высота пресса, мм	480
Расстояние от стола до нижнего торца направляющей ползуна, мм	480
Расстояние между направляющими в свету, мм	800
Толщина подштамповой плиты, мм	120
Величина регулировки закрытой высоты пресса, мм	120
Расстояние между стойками в свету, мм	850
Расстояние от верхней плоскости стола до пола, мм	790
Размер подштамповой плиты пресса, слева направо, мм	800
Размер подштамповой плиты пресса, спереди назад, мм	800
Диаметр отверстия под стержень винта, мм	40М12
Количество пазов в подштамповой плите,	3
Размер нижней поверхности ползуна пресса, слева направо	670

3.11 ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОКОВОК

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

Схема технологического процесса при термической обработке для поковки из стали 40Х: по ГОСТ 8479-70 поковки диаметром от 100 до 300мм - нормализация, заключающаяся в нагреве до температуры, превышающей температуру верхней критической точки (АС₃) на 40-50°С, в непродолжительной выдержке для подогрева и завершения фазовых превращений и охлаждения на воздухе. НВ174-217.

Нормализация применяется для измельчения зерна стали, она подготавливает сталь к дальнейшей термической обработке.

3.12 ОЧИСТКА ПОКОВКИ ОТ ОКАЛИНЫ

В кузнечно-штамповочном производстве широко распространен такой метод очистки поковок от окалины как химическое травление. Готовые поковки перед травлением обезжиривать и промывать не требуется. При этом выявляются все поверхностные дефекты (трещины, волосовины, зажимы и т. д.).

Травление стальных поковок производят в следующей последовательности:

1. Заправка ванны:

а) заполнение травильной ванны приблизительно на 70% от ее объема;

б) осторожное прибавление кислот до требуемой концентрации;

в) перемешивание;

г) подогрев ванны до наименьшей рекомендуемой температуры;

д) добавление присадки;

е) перемешивание.

2. Загрузка ванны: загрузка поковок в корзины из дерева, кислотоупорной проволоки, или в корзины, отлитые из кислотоупорной стали; погружение корзин с поковками в ванну с таким образом, чтобы они не соприкасались с трубами и стенками ванны.

3. Травление: начало - при температуре наименьшей из рекомендуемых по мере ослабления концентрации раствора температуру повышают и к концу цикла доводят до наибольшей. Продолжительность процесса травления 15 - 18 минут в зависимости от концентрации раствора и температуры ванны, а также толщины слоя окалины.

4. Промывка от остатков кислоты и железного купороса в ванне с проточной горячей водой повторными погружениями поковок в воду в течении 3 - 5 минут при температуре 60 - 70 °С или в течении 2 - 3 минут при температуре 85 - 90 °С.

5. нейтрализация в щелочной ванне (5-70 г/л NaOH и КОН) при 20°С.

6. промывка в горячей воде (60 - 70 °С) в течении 3 - 5 минут и последующая сушка.

7. контроль качества травления на полное снятие окалины.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШТАМПОВ

4.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ШТАМПА КГШП

штампы кривошипных горячештамповочных прессов имеют сборную конструкцию, благодаря чему упрощается изготовление сменного инструмента и создаются условия для экономии дорогих инструментальных сталей. Штампы состоят из штамповых вставок, в которых выполнены ручьи, и блоков, в которых закрепляют вставки.

Размеры универсальных блоков для прессов нормализованы по МН 4808 - 63 …4812 - 63 и зависят от номинального усилия пресса, (таблица 9) [1.стр.204].

Табл. 9 - Размеры штампового блока

Усилие пресса, МН	H/Hmin, мм	ВУ, мм	В, мм	L, мм
16	666/660	580	900	1040

Клиновая подушка пресса позволяет регулировать закрытую высоту блока. Наилучшие эксплуатационные показатели имеют блоки, для которых закрытая высота выбрана по формуле [Семенов т2 стр203].

Н = А + 0, 75 * а,

где А - минимальная закрытая высота штамповочного пространства

пресса, мм;

Н - номинальная закрытая высота блока, мм;

а - величина регулирования клиновой подушки стола пресса, мм.

Н = 660 + 0, 75 * 10 = 667, 5,

Примем закрытую высоту штампа равной 666 мм.

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

Размеры призматических вставок (рисунок 8), нормализованы по МН 4808-63…4812-63 и представлены в таблице 10.

Табл.10 - размеры призматических вставок

Усилие пресса, МН	Н, мм	L, мм	В, мм	L1, мм	h1, мм
16	125	360	120, 180, 240, 480	294	106

В нашем случае в блок монтируется три комплекта вставок:

В_У = В^шт + В^осад + В^нап,

где В_У - суммарная ширина ручьевых вставок, мм;

В^шт - вставка для штамповки, мм;

В^осад - вставка для осадки, мм;

В^нап - вставка наполнитель, мм.



Рис.8 - Призматические вставки

В^шт = D^гор_пок + 2 * b + 2 * B,

где D^гор_пок - диаметр горячей поковки, мм;

b - ширина мостика облоя, мм;

B - ширина облоя в магазине, мм.

В^шт = 149, 5 + 2 * 5 + 2 * 15 = 190мм.

Учитывая особенности пакета ковочного штампа, а также размеры заготовок ручьевых призматических вставок принимаем, что В^шт = 240 мм.

Минимально допустимая ширина вставки для осадки находится по формуле

В^осад = D₁ + 20,

где D₁ - диаметр осаженной заготовки, мм.

В^осад = 108 + 20 =128 мм.

Так как мы рассчитали минимально допустимую ширину вставки для осадки, а ширина всех вставок должна быть равна 580 мм, а также учитывая тот факт что окончательный ручей должен находится симметрично относительно центра давления штампа (следовательно, В^осад = В^нап), ширину вставок для осадки и наполнительной вставки найдем по формуле .

В^осад = В^нап = (В_У - В^шт )/2 = (580 - 240) / 2 = 170 мм.

Материалы для штампов горячештамповочных прессов приведены в табл. 11 [1стр.557].

Табл.11

Деталь штампа	Марка стали	Твердость НВ
Плита (блок)	40 ХЛ	352
Вставка осадочная	5ХГС	415
Вставка ручьевая	5ХНМ	444
Колонки направляющие	45	-
Втулка направляющая	Бронза Бр06Ц6С3
Выталкиватели	5ХГС	461

В передней части штампа выполняется выемка под клещи, которые удерживают заготовку за облой при ее удалении из ручья.

4.2 ЭКСПЛУАТАЦИЯ ШТАМПОВ

Нагрев штампов проводят с целью обеспечения оптимальных условий формоизменения и повышения стойкости штампов.

Штампы КГШП нагревают до 200 - 400°С. Подогрев проводят с регламентированной скоростью, вставки штампа нагревают в течении 1 - 1, 5 ч. Штампы завезенный в цех с улицы в холодное время, выдерживают в цехе 4 - 5 ч и только после этого нагревают перед штамповкой.

Нагревать штамп индукционным методом. Переносной индуктор устанавливать между частями нагреваемого штампа. Длительность 0, 5 ч.

Если перерыв в работе штампа составляет более 1 ч, рекомендуется его предварительно разогреть.

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

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

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

Основными видами износа являются:

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

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

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

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

Текущий ремонт штампа

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

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

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

ЛИТЕРАТУРА

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

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

3. ГОСТ 7505 - 89.

4. Справочник по оборудованию для листовой штамповки: Рудман Л. И.- М, Машиностроение, 1988.

5. Справочник конструктора штампов: Рудман Л. И. - М, Машиностроение, 1988.

Размещено на Allbest.ru

...