Разработка техпроцесса штамповки и формоизменяющий инструмент на деталь "шестерня"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Технология ковки и горячей штамповки непрерывно развивается в соответствии с совершенствованием и прогрессом в машиностроении, в частности, в металлообработке. Изготовление заготовок и деталей ковкой и горячей штамповкой является прогрессивным и важным направлением в металлообработке, позволяет экономно расходовать материалы, достигать высокого качества выпускаемых изделий, улучшать физико - механические свойства металлов и сплавов. По производительности способ горячей штамповки является одним из самых эффективных методов металлообработки.

В данном курсовом проекте необходимо разработать техпроцесс штамповки и формоизменяющий инструмент не деталь «шестерня».

При разработке технологического процесса необходимо:

- сконструировать поковку и рассчитать ее массу;

- определить способ штамповки, а также группу и подгруппу, к которой принадлежит поковка по классификации молотовых поковок;

- определить массу, форму и размеры заготовки с учетом отходов;

- сконструировать ручьи и выполнить чертеж штампа;

- определить массу падающих штамповочного молота и выбрать молот;

- составить технологическую карту штамповки.

Чертеж холодной поковки, штампуемой на молоте составляется по чертежу готовой детали. При составлении чертежа холодной поковки в первую очередь выберем линию разъема штампа. Для повышения прочности поковки, для экономии на отходах, а также для упрощения обрезного инструмента принимаем линию разъема, проходящую по середине самого большого диаметра равного 195,2 мм. При назначении припусков и допусков, определение штамповочных уклонов, радиусов закругления я руководствовался ГОСТ 7505-89.

1. ОПИСАНИЕ ДЕТАЛИ

кузнечный штамповка заготовка молот

Материал детали - сталь 25ХГТ (по ГОСТ 4543-71): 0,22-0,29% С; 1,0-1,3% Cr; 0,8-1,1% Mn; 0,03-0,09% Ti; 0,17-0,37% Si; не более: 0,3% Cu, 0,3% Ni, 0,035% S, 0,035% P.

Масса детали находится расчетом элементарных объемов детали, умноженной на плотность. Размеры, необходимые для расчета объемов берутся из чертежа детали.

где - плотность металла

2. РАЗРАБОТКА ХОЛОДНОЙ И ГОРЯЧЕЙ ПОКОВКИ, РАСЧЕТ ЗАГОТОВКИ, ПЕРЕХОДОВ ШТАМПОВКИ

2.1 Исходные данные для расчета

Масса поковки (расчетная):

где - расчетный коэффициент ([1], стр. 8, табл. 2.3)

Класс точности - Т5 ([1], стр. 6, табл. 2.2)

Группа стали - М2 ([1], стр. 5, табл. 2.1)

Степень сложности - С1([1], стр. 7)

Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр):

Диаметр

Высота

Масса описывающей фигуры:

Степень сложности определяется путем вычисления отношения массы поковки к массе геометрической фигуры в которую вписывается форма поковки.

Получаем:

Что соответствует первой степени сложности С1.

Конфигурация поверхности разъема штампа - плоская ([1], стр. 5, табл.2.1)

Исходный индекс - 14 ([1], стр. 10, рис.2)

2.2 Припуски и кузнечные напуски

Основные припуски на размеры ([2], табл.4, стр.12)

2,3 - диаметр 128 мм и чистота поверхности 2,5;

2,2 - диаметр 72 мм и чистота поверхности 1,25;

1,9 - толщина 46,4 и чистота поверхности 20.

Дополнительные припуски, учитывающие смещение по поверхности разъема штампа - 0,4 мм ([2], табл. 4 стр.14), отклонение от плоскостности - 0,5 мм ([2], табл. 5 стр.14).

Штамповочный уклон ([3], табл. 3.5 стр.70):

На наружной поверхности - не более 7°, принимаем 7°,

На внутренней поверхности - не более 10°, принимаем 10°.

2.3 Размеры поковки и их допускаемы отклонения

Размеры поковки, мм:

Диаметр принимаем 133 мм;

Диаметр принимаем 66 мм;

Толщина принимаем 51 мм.

Радиус закругления наружных углов ([1], стр. 13, табл. 7), внутренних .

Допускаемы отклонения размеров ([2], табл. 8 стр.17), мм:

Диаметр

Диаметр

Толщина

Допускаемое отклонение смещения по поверхности разъема штампа - 1,0 мм ([2], табл. 9 стр.20)

Допускаемая величина остаточного облоя - 1,2 ([2], табл. 10 стр.21)

Допускаемая величина заусенца - 5,0 мм ([2], табл. 11 стр.22).

Допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки - 1,5 мм ([2], табл. 12 стр.23).

Допускаемое отклонение от плоскостности - 0,6 мм ([2], табл. 13 стр.23).

2.4 Наметка отверстий и перемычки под прошивку

При прошивке поковок с отверстием возможно получение наметок.

Проверяем возможность получения наметки:

Полученный диаметр оказался меньше диаметра отверстия, т.е. наметка выполняется. В данном курсовом проекте принимаем наметку с плоской пленкой. Толщина пленки находится по выражению:

где d - диаметр отверстия поковки

h - глубина ручья

Диаметр перемычки определяется по формуле

2.5 Расчет горячей поковки

Номинальные размеры на чертежах холодной и горячей поковок отличаются между собой не величину тепловой усадки, которая соответствует величине линейной усадки, равной 1,3%.

Получаем: Диаметр принимаем 135 мм; Диаметр принимаем 67 мм; Толщина принимаем 52 мм.

2.6 Уточненный расчет массы и объема поковки

Объем поковки:

,

Масса поковки:

3. ВЫБОР ТЕМПЕРАТУРНОГО ИНТЕРВАЛА ШТАМПОВКИ И ПОДБОР НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ

Температурный интервал горячей штамповки является одним из основных термомеханических параметров, который включает в себя диапазон температур от максимальной в печи до температуры окончательной штамповки, т.е. температурный интервал имеет верхние и нижние границы.

Для легированной стали типа 25ХГТ верхний предел 1200°, нижний предел 800°С.

Для нагрева металла в кузнечном производстве широко применяют различные печи, установки и приспособления. Для нагрева данной поковки выбираем индуктор типа КИН4-750\1Ш. При индукторном нагреве по сравнению с обычным в пламенных печах значительно повышается производительность нагрева. Кроме того, слой окалины уменьшается в 4 - 5 раз, обезуглероживания практически не происходит. К тому же обеспечивается точность температур нагрева заготовки, что исключает перегрев.

Ниже приведены параметры индукторов и режимы индукционного нагрева стальных заготовок.

Внутренний диаметр - 140 мм;

Длина обмотки - 1200 мм;

Число витков - 67;

Число заготовок в индукторе - 9;

Напряжение - 750 В;

Средняя мощность генератора - 465 кВт;

Темп выдачи заготовки - 16 с;

Производительность - 1460 кг/ч;

Время нагрева - 144 с.

Эти параметры и режимы получены из практики индукционного нагрева заготовок перед штамповкой.

Толщина тепловой изоляции индуктора выбрана в зависимости от диаметра заготовки и равна 15 -20 мм.

Витки индуктора должны быть расположены таким образом, чтобы не было встречного магнитного поля.

В индукционных нагревательных устройствах индуктор рекомендуется устанавливать горизонтально или с небольшим наклоном. Вертикальное расположение оси индуктора нежелательно из-за значительного угара металла (до 3%) вследствие большого притока воздуха из окружающего пространства в индуктор.

Примечание. Принятые обозначения: КИН - кузнечный индукционный нагреватель; следующая цифра за аббревиатурой - порядковый номер нагревателя; цифра перед косой чертой - мощность; после черты - частота (кГц); механизм передвижения заготовок: П - пневматический, Ш - шаговый,

ИК - комплексная установка из индукционного нагревателя КИН и тиристорного преобразователя частоты типа ТПЧ; ИН - комплексная установка типа КИН и одного или нескольких машинных преобразователей частоты типа ОПЧ.

4. РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИ ШТАМПОВКЕ НА МОЛОТАХ

Штамповка на молотах зависит от способа штамповки, формы и размеров изготавливаемых поковок. Имеет место два способа штамповки: штамповка плашмя (ось заготовки перпендикулярна действующему усилию) и штамповка осадкой в торец (ось заготовки параллельна действующему усилию). В данном курсовом проекте мы используем штамповку плашмя.

4.1 Конструирование облойной канавки

Наибольшее распространение получила облойная канавка с плоским мостиком и магазином.

Высота мостика:

где безразмерный коэффициент,

площадь поковки в плане,

, принимаем 2 мм.

Из таблицы 3.1 ([4], стр. 65 таб. 7) выбираем основные параметры поковки:

R = 2.0 мм

b = 10 мм



Объем заусенца:

где периметр заусенца по замкнутой линии, приближенно равный периметру контура поковки по линии среза заусенца,

коэффициент заполнения заусенечной канавки, который зависит от массы и сложности поковки, ([1], табл. 3.2)

4.2 Выбор переходов штамповки

Выбор переходов штамповки зависит от формы и размеров поковки. А также распределения ее объема по элементам фигуры.

Данная поковка относится к ¦группе (поковка. Штампуемая перпендикулярно оси заготовки), 1 подгруппе типу А (поковка не сложной формы). В соответствии с классификацией молотовой поковки выбираем переходы:

а) заготовительный - площадка для осадки;

б) окончательный - ОР.

4.3 Определение размеров исходной заготовки

Объем заготовки:

где коэффициент, учитывающий угар металла при нагреве,

Определяем диаметр заготовки, отрезаемой от прутка для последующей штамповки:

где коэффициент, учитывающий соотношение H/D без возможности потерь устойчивости заготовки при ее осадке,

Из массива стандартных значений диаметров прутка ([1], стр. 30, табл. 3.5) подбираем ближайший размер .

Допускаемые значения концов заготовки:

Высота прутка

Далее производим оптимизацию размеров облойной канавки.

Толщина мостика облойной канавки:

Принимаем

Ширина мостика облойной канавки:

где обобщенный критерий сложности поковки,

В этом отношении

;

где периметр поковки

периметр описанного цилиндра

площадь сечения поковки,

площадь описанного вокруг поковки цилиндра

абсцисса центра тяжести половины сечения поковки,

радиус поковки в плане

периметр и площадь сечения описанного осевого сечения

периметр и площадь описанного вокруг заготовки цилиндра

абсцисса центра тяжести половины осевого сечения заготовки

Для цилиндрической заготовки , ,

Отсюда ширина мостика будет равна

Расход металла с облоем находим по формуле:

.

где критерий для учета соотношения формы поковки и заготовки, диаметра заготовки и положения наружной и внутренней плоскостей разъема,

где минимальное расстояние между теми плоскостями в сомкнутом штампе, на которые опирается заготовка в исходном состоянии;

расстояние между внутренней и наружной плоскостями разъема штампа.

Тогда получим, что

.

Уточняем массу заготовки

Длина отрезаемой заготовки от прутка

Зависимость между размерами осаженной заготовки, ее массой и критерием сложности поковки имеет следующий вид:

.

Диаметр осаженной заготовки

Высота осаженной заготовки

5. РАСЧЕТ МАССЫ ПАДАЮЩИХ ЧАСТЕЙ МОЛОТА

Масса падающих частей двойного действия определяется по энергии деформации, необходимой для оформления поковки в окончательном ручье.

Теоретический расчет в открытых штампах для круглых в плане поковок:

где сопротивление деформации,

ширина и высота мостика облойной канавки.

.

Согласно ГОСТ 7024-65 ближайший по массе падающих частей молот - 630 кг.

6. КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ МОЛОТОВОГО ШТАМПА

Ширину В, длину L и расстояния от осевых линий до граней контрольного угла штампа без замка определяют графически. Для этого чертим поковку с заусенцем, затем вверх и вправо откладываем расстояние Т, которое определяется по номограмме ([4] стр.115) с учетом таких параметров как: Из номограммы следует, что T = 45 мм.

Площадка для осадки должна быть достаточной для размещения на ней после осадки заготовки диаметром d.

Определяем центр площадки для осадки. Для этого из центра штампа проводим окружность радиусоми биссектрису.

Пересечение данной биссектрисы с окружностью и будет являться центром площадки для осадки.

Далее из центра площадки для осадки проводим окружность диаметром . Так как эта окружность будет представлять собой контур осаженной заготовки, то на расстоянии 10 мм от ее крайних точек проводят две взаимно перпендикулярные линии.

Принимаем глубину строгания 5 мм, высоту контрольного угла - 100 мм от плоскости разъема.

Высоту кубика выбирают с учетом требуемой прочности штампа и необходимости его возобновления. В первом приближении высоту кубика можно определить в зависимости от высоты наиболее глубокой полости штампа: при минимальная высота кубика

По ГОСТ 7831-71 подбираем ближайшие большие значения размеров штампового кубика:L = 500 мм, B = 480 мм, H = 360 мм.

После построения молотового штампа определяем соблюдается ли условие:

Клещевую выемку и литниковую канавку располагаем в передней части штампа.

Ширина выемки под клещевину

Высота клещевины

Радиус закругления

Размеры хвостовика верхнего и нижнего штампа определяем в зависимости от усилия падающих частей молота ([4] стр.143 табл.37): В = 160 мм, b = 56 мм, h = 48±0,5 мм, l = 45±0,1 мм.

Центр подъемных отверстий размером O30?60 мм находятся на расстоянии от граней штампового кубика: по горизонтали -

Размеры шпонок и клиньев выбираем ([4] табл.38) в зависимости от веса падающих частей молота.



а) Шпонка для крепления молотового штампа

б) Клинья для крепления молотовых штампов

Необходимая свободная от ручьев и замков поверхность зеркала должна составлять на 1 т массы падающих частей не менее 300 см?. Опорная поверхность хвостовика во избежание смятия должна составлять не менее 450 см? на 1 т массы падающих частей.

Смещение центра кубика относительно центра штампа не должно быть больше 0,1 габарита кубика в направлении смещения.

В данном курсовом проекте свободная от ручьев и замков поверхность будет равна:

где площадь штампа;

площадь заготовки;

площадь площадки для осадки;

площадь клещевины.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛА

Норма расхода металла (кг) на одну заготовку:

где коэффициент, учитывающий угар металла при подготовке штанг перед резкой,

коэффициент, учитывающий отход металла при раскрое прутка

где сумма абсолютных линейных потерь металла при отрезке,

торцевые отходы, так как

не кратность, характерная при раскрое проката интервальной длины,

длина опорного конца заготовки,

Тогда норма расхода

Коэффициент выхода годного

Коэффициент использования металла

8. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАСЧЕТ ШТАМПА ДЛЯ ЗАВЕРШАЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ

8.1 Общее усилие и выбор пресса для обрезки и пробивки

Необходимое усилие обрезки облоя определяется по формуле

где периметр среза или пробивки, мм

действительная толщина среза облоя или пробивки перемычки, мм

предел прочности при обрезке, Мпа

При одновременной обрезке и пробивке общее усилие определяется по формуле

где усилие обрезки облоя, кН

усилие пробивки перемычки, кН

Действительная толщина среза облоя

где определяется графически по линии среза облоя

возможная недоштамповка, которую принимают равной положительному допуску на размер поковки по высоте

Действительная толщина пробивки перемычки

где определяется графически по линии среза перемычки

износ выступа под наметку в штампе (принимаем равным 2-5 мм)

Определяем усилия обрезки и пробивки

Общее усилие определяется

Выбираем пресс усилием 2500кН.

8.2 Конструирование штампа для завершающих операций

При конструировании штампа простого действия руководствуемся ([5], стр.6), где по номинальному усилию пресса выбираем закрытую высоту штампа равную 380 мм. Далее выбираем обозначение блока 100-0128 - все размеры выбираем по соответствующим таблицам.

Размеры на чертеже должны учитывать необходимые зазоры и плавные переходы фигуры ручья согласно следующим требованиям:

- зазор берется равным половине положительного отношения допуска на соответствующий размер;

- радиусы переходов R соответствующие радиусам переходов в поковке следует брать на 2 - 4 мм больше;

- кромки ручья на плоскости разъема закругляют радиусом мм.

Зазор между пуансоном и матрицей оказывает большое влияние на качество и точность поверхности среза, изнашивание и стойкость штампа, величину потребного усилия и работы обрезки.

Для поковок со штамповочным уклоном обрезной пуансон делают плоским.

При и зазор между пуансоном и матрицей равен 2,5 мм ()

8.3 Расчет закрытой высоты штамповочного пространства

Закрытая высота штампового пространства рассчитывается по формуле

где закрытая высота штампа,

Величина сдвига поковки при обрезке

где толщина обрезаемого слоя

9. ПЛАНИРОВКА УЧАСТКА ШТАМПОВКИ

Производительность горячей обрезки в значительной мере зависит от расположения обрезного пресса относительно ведущего штамповочного оборудования и обеспечивается: при штамповке мелких и средних поковок - установкой оборудования в линию с разворотом фронта обрезного пресса к штамповочному молоту (прессу) на угол 45° при подаче поковок вручную.

1. тара для заготовок

2.нагревательная печь

3. штамповочный молот

4.тара для поковок

5.обрезной пресс

6.тара для облоя

7. стол.

10. ВЫБОР РЕЖИМНОЙ ТЕРМООБРАБОТКИ ПОКОВКИ

При выборе оптимальной технологии термической обработки стальных поковок необходимо учитывать химический состав, способ выплавки стали, сечение поковки, а также оборудование, на котором производится термическая обработка.

Сталь 25ХГТ относиться к 3-ей группе (среднелегированная). Эта сталь подвергается изотермическому отжигу, для которой особо важна хорошая обрабатываемость резанием. Температура изотермической выдержки определяется температурной областью распада переохлажденного аустенита на феррито - карбидную структуру. Ниже приведена схема термической обработки стали 25ХГТ.

Длительность изотермической выдержки определяется составом стали и размером поковки.

11 ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

Техника безопасности по работе с молотовыми штампами включает в себя:

- Линейную планировку печей, что обеспечивает наименьшее тепловое излучение;

- Исключение возможности накопления полуфабрикатов и готовой продукции в рабочих местах;

- Снабжение молотов приспособлениями для удаления окалины со штампа, поковки и ограждения, предотвращения ее разлетания;

- Совпадение оси прутка с осью ручья;

- Применение штамповых и ручьевых вставок;

- Не допускать сильного холостого хода (удара) без применения смягчающих прокладок из дерева;

- Конструкцию штампов и их состояние должны исключать возможность застревания поковок в ручьях и их подхвата верхней половиной штампа;

- Проведение комплекса мероприятий по созданию хорошей санитарно-гигиенической среды в цехах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Верещагин М.Н., Шишков С.В. «Практическое пособие по выполнению курсового проекта по дисциплине «Технология ковки и горячей штамповки», методическое пособие - Гомель, 2013 - 64с.

2. ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные» - Москва, 1990 - 27с.

3. Верещагин М.Н., Шишков С.В. «Технология ковки и горячей штамповки», учебное пособие - Гомель, 2013 - 229с.

4. Семенов Е.И., Атрошенко А.П., Зиновьев И.С., Костин А.Г., Крючков М.А. «Ковка и штамповка», справочник том 2 - Москва: Машиностроение, 1986 - 592с.

5. ГОСТ 2311-78 «Блоки универсальных штампов совмещенного действия для обрезки и пробивки отверстий у круглых в плане штампованных поковок на кривошипных прессах» - Москва, 1978 - 25с.

6. Сторожев М.В., Ребельский А.В., Хржановский С.Н., Скворцов А.А., Брюханов А.Н., Златкин М.Г., Кирсанов С.Б. «Ковка и объемная штамповка стали», справочник том 1 - Москва: Машиностроение, 1967-437с.

Размещено на Allbest.ur

...