Разработка технологического процесса изготовления штампованной поковки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Характеристика штампуемого материала

2. Технологическая часть

2.1 Конструктивно-технологическая характеристика детали

2.2 Разработка чертежа поковки

2.3 Расчет размеров облойной канавки

2.4 Расчет размеров исходной заготовки

2.5 Расчет массы падающих частей молота

2.6 Резка проката на заготовки

2.7 Обрезка облоя и правка поковок

2.8 Очистка поверхности поковок

2.9 Термообработка поковок

3. Конструкторская часть

3.1 Конструирование и расчет ручьев молотового штампа

3.2 Конструирование молотового штампа

3.3 Эксплуатация и ремонт штампов

4. Организационно-техническая часть

4.1 Виды брака штампованных поковок и их контроль

4.2 Организация рабочего места и механизация штамповочных операций

Заключение

Список использованных источников

Введение

Проектирование технологии изготовления поковок различных деталей методами горячей штамповки является важным этапом подготовки инженера-технолога по обработке металлов давлением. Горячая штамповка может осуществляться на молотах и кривошипных прессах. В данной курсовой работе разработан процесс изготовления поковки на молоте.

На молотах штампуются простые по форме поковки (шестерни, маховики, рычаги), в штампах имеется при этом один (чистовой) или два ручья (чистовой и черновой).

К недостаткам молотов обычно относят их неполную загрузку на подготовительных операциях многоручьевой штамповки, когда они расходуют едва 25% своей мощности, хотя и с увеличенным числом ходов в единицу времени. Однако эксцентричное расположение ручьев молотового штампа не позволяет работать иначе из-за резкого ухудшения условий эксплуатации молотов.

К достоинству молотов относится возможность деформировать заготовки быстро и многократно в каждом ручье, что обеспечивает большие суммарные деформации. Многократные обжатия с промежуточной рекристаллизацией металла позволяют осуществлять чрезвычайно энергоемкие операции.

Поковки сложной формы последовательно обрабатываются в заготовительных ручьях: протяжном, подкатном, пережимном, формовочном и в штамповочных ручьях. Паровоздушные молота различаются между собой массой падающих частей. В последнее время большое распространение получили пневматические молота.

В настоящее время получают заготовки и детали в широком диапазоне масс - от одного грамма до сотен тонн и в широком диапазоне размеров. Удельный вес поковок составляет примерно 7% от всей выплавляемой в стране стали.

Основными направлениями развития кузнечно-штамповочного производства являются:

1. Повышение коэффициента использования металла, который для штамповки равен 0,45 - 0,54 , а для свободной ковки - 0,35 - 0,45.

2. Снижение металлоемкости. В машиностроении отходы составляют 20 млн. тонн или 1/8 часть всего выплавляемого металла, при этом 40 % металла уходит на стружку, 5 млн. тонн составляют отходы при штамповке.

3. Освоение автоматизированных комплексов для операций ковки и штамповки с применением установки непрерывной разливки стали, роторных линий.

4. Использование прогрессивных технологических процессов.

5. Применение современного оборудования и оснастки.

6. Улучшение организации труда.

1. Характеристика штампуемого материала

Сталь 10 предназначена для изготовления после нормализации и без термообработки крюков кранов, муфт, вкладышей подшипников и других деталей, работающих при температуре от -40°С до +450°С, после ХТО - зубчатые колеса, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой твердости и износостойкости поверхности и вязкой сердцевины. Химический состав стали 10 представлен в таблице 1.

Таблица 1 - Химический состав стали 10, % (ГОСТ 1050-88) [2]

C	Cr	Mn	Si	Ni	S,не более	P,не более	As,не более	Cu,не более
0.07-0.14	0.15	0.35-0.65	0,17-0,37	0.25	0,04	0,025	0,08	0,25

Механические свойства стали 10 при повышенных температурах представлены таблице 2.

Таблица 2 - Механические свойства стали 10 при повышенных температурах. [2]

Температура испытания, °С	уВ, МПа	у0,2 МПа	д,%	ш,%
700	56	-	74	92
800	58	-	36	44
900	45	-	46	49
1000	28	-	52	80
1100	24	-	58	100

Температура ковки. Начала 1100, конца 700. Охлаждение на воздухе.

Свариваемость

Сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, КТС. В горячекатаном состоянии при НВ 99-107 и уB = 450 МПа, Kх тв.спл. = 2,1, Kх б.ст. = 1,6. Не склонна к отпускной способности. Не флакеночувствительна. Физические свойства стали 10 представлены таблице 3.

Таблица 3 - Физические свойства стали 10 [2]

Температура испытания, °С	Теплоемкость, кг·°С	Теплопроводность Вт/м·°С	Коэффициент линейного расширения б, 10-6 1/°С
100	494	58	12.4
200	532	54	13,2
300	565	49	13,9
400	611	45	14,5
500	682	40	14,9
600	770	36	15,1
700	857	32	15,3
800	875	29	12,1
900	795	27	14,8
100	666	-	12,6
1100	668	-	14.4

Рисунок 1 - Диаграмма состояния Fe-C и диаграмма пластичности

2. Технологическая часть

2.1 Конструктивно-технологическая характеристика детали

Поковки подразделяются на группы и подгруппы по следующим признакам:

-по способу штамповки: плашмя или осадкой в торец; -по форме поковки и соотношению ее основных, влияющих на выбор тех или иных заготовительных ручьев или заготовительно-предварительных ручьев; -по форме поперечных сечений поковки, обусловливающей характер формоизменения при заполнении полостей штамповочного ручья и необходимость применения заготовительно-предварительных ручьев; -по формам главной оси поковки и линии разъема, предопределяющим применение особых заготовительных ручьев или необходимость уравновешивания сдвигающих усилий при штамповке.

В зависимости от выбранного способа штамповки, в значительной степени определяющего характер технологического процесса, различают две группы молотовых поковок. Данная поковка относится к 1-ой группе. I группа - круглые и квадратные поковки или поковки, близкие к ним по форме в плане (два взаимно перпендикулярных размера в плане приблизительно равны); поковки с отростками (основные элементы имеют круглую или квадратную форму); штампуются поперек оси заготовки.

Данной поковке соответствует индекс 1-1-А (поковки, штампуемые перпендикулярно оси заготовки с простыми поперечными сечениями, получаемыми при незначительном выдавливании металла). Линия разъема -- плоская.

Чертёж детали "шатун" приведен на рисунке 2.



Рисунок 2. Чертёж детали "шатун"

2.2 Разработка чертежа поковки

Разработка чертежа поковки включает выбор положения плоскости разъема штампов, назначение припусков, допусков, напусков, определение штамповочных уклонов, радиусов закругления.

Объем детали: Vдет = 77644 мм³;

Масса детали: G = 609 г

1. Исходные данные по детали:

1.1. Материал - сталь 10.

1.2. Масса детали - 0.609кг.

2. Исходные данные для расчета:

2.1. Масса поковки: расчетный коэффициент Кр=1,5;

G = 0,609·1,5=0,9135 кг.

2.2. Класс точности - Т2;

2.3. Степень сложности - С3;

2.4. Группа стали - М1;

2.5. Конфигурация поверхности разъема штампа П (плоская)

2.6. Исходный индекс --12.

3. Припуски и кузнечные напуски:3.1. Основные припуски на размеры, мм:

1,3 - на диаметр31 мм и чистота поверхности Rz1,25;

1,3 - на диаметр 26 мм и чистота поверхности Rz 40;

1,3 - на толщину 21,5 мм и чистота поверхности Rz 0,63;

1,3 - на толщину 12 мм и чистота поверхностиRz0,63;

1,3 - на толщину 9,4 мм и чистота поверхности Rz 40;

1,3 - на толщину 1,7 мм и чистота поверхности Rz 40;

3.2. Дополнительные припуски, учитывающие: смещение по поверхности разъема штампа -- 0.3 мм; отклонение от плоскостности - 0.4 мм;

3.3. Штамповочные уклоны:

на наружной и внутренней поверхности - не более 7°(принимается 7°);

3.4 Отверстие диаметром 20 мм. не выполняется

4. Размеры поковки и их допускаемые отклонения.

4.1. Размеры поковки, мм:

диаметр 31+ (1,3+0,4)·2 = 34,4 принимаем 34,5мм;

диаметр 26+ (1,3+0,4)·2= 29,4 принимаем 29,5мм;

толщина 21,5+(1,3+0,3)·2 = 24,7 принимаем 24,5мм;

толщина 12+(1,3+0,3)·2 = 15,2 принимаем 15,5мм;

толщина 9,4+(1,3+0,3)·2= 12,6 принимаем 12,5мм;

толщина 4,7+(1,3+0,3)·2 = 7,9 принимаем 8мм;

4.2. Радиус закругления наружных углов - 2,0 мм

внутренних углов - 6,0 мм;

4.4.Толщина перемычки

4.5 Допустимая величина остаточного облоя 1 мм.

4.6 Допустимая величина высоты заусенца 5мм.

Рисунок 4 - Чертёж поковки детали "шатун"

2.3 Расчет размеров облойной канавки

Для штамповки данной детали наиболее рационально применять облойную канавку типа I.

При этом заполнение гравюры штампа при штамповке на молоте происходит наиболее полно, а стойкость инструмента при этом максимальная.

Рисунок 6 - Схема облойной канавки

Толщина облоя на мостике рассчитывается в зависимости от площади поковки в плане F_п:

h₀ = 0,015·

Выбираются ближайшее значения h₀и все остальные размеры в зависимости от группы сложности поковки:

h₀ = 0,015·1,03 мм

h₀ = 1,0 мм, h₁ = 3 мм, b= 10 мм,b₁= 28 мм, R = 1 мм.

S_обл.к = 1,04 см².

Определяем коэффициент о заполнения облойной канавки. Для поковки группы I, с массой 0,913кг и облойной канавки 1-го типа

о =0,4;

S_обл = о·S_обл.к

S_обл. = 0,6 · 104 = 62,4 мм²

V_обл = о · S_обл.к· p_n

V_обл = 0,6·104·500 = 31200 мм³

p_n= 500 мм

G_обл = V_обл · с

G_обл = 31200·10^-6·7856 = 0,245 кг.

2.4 Расчет размеров исходной заготовки

Профильной называется заготовка с переменными площадями поперечных сечений.

Основные принципы расчета размеров профильной заготовки при штамповке длинноосных поковок.

1. Принимается, что течение металла вдоль оси ручья полностью отсутствует.

2. Намечаются характерные сечения на поковке, в которых площадь резко меняется

3. Для каждого сечения строится его конфигурация с размерами

4. Рассчитывается площадь каждого сечения

5. Рассчитывается площадь эпюры сечений в каждом сечении:

F_эпi= F_покi + 2F_обл;

6. Рассчитываются диаметр эпюры диаметров для каждого сечения:

D_i= 1,13·

7. Все расчеты сводятся в таблицу.

8. Выбирается масштаб построения эпюры сечения.

9. Строится эпюра сечений.

Площадь эпюры сечений численно равна объему заготовки.

10. Строится эпюра диаметров.

Эпюра диаметров - расчетная профильная заготовка (идеальная).

11. Для упрощения профильную заготовку сглаживают. Для этого убирают узкие выступы и впадины. Сглаживание выполняют на эпюре сечений (графически) из условия сохранения площади эпюры сечений.

12. Изменившиеся точки на эпюре сечений снимаются с рисунка и переносятся в таблицу.

Таблица 4 - Результаты расчётов эпюр сечений и диаметров.

№ сечения	Sэп.	Хi	Dэп.
1	0	0	0
2	530	2	26
3	530	11,5	26
4	706,5	18,5	30
5	706,5	21,5	30
6	428	27	23
7	380	56	22
8	260	85	18
9	520	88,5	25,7
10	480	92	24,7
11	480	127	24,7
12	0	130	0

Рисунок 7 - Эпюры сечений и диаметров

При помощи системы КОМПАС определим F_эп :

V_заг = F_эп·М = 37300 мм³.

Объем заготовки с учетом угара (без клещевины) определяется по формуле:

где- угар, %

V_заг = 37300·= 38419 (мм³)

Сложность профильной заготовки оценивается коэффициентом подкатки по формуле

Данные значения определим по рисунку, и, подставив их в выражение, получим:

Так как =1,64, то применяем подкатной закрытый ручей, расположенный параллельно оси штампа.

Определим площадь сечения исходной заготовки из чертежа поковки:

S_заг =706,5(мм²)

Можно найти диаметр круглой заготовки по формуле:

Принимаем диаметр заготовки ближайший по ГОСТ 90173-86 с учетом допуска 28 мм.

Далее определяем длину заготовки по формуле:

2.5 Расчет массы падающих частей молота

При штамповке круглых и квадратных в плане поковок в открытых штампах необходимую для штамповки массу (кг) падающих частей паровоздушного молота определяют по формуле:

где: у - предел текучести материала поковки при данной температуре, МПа;

Принимаем массу падающих частей молота 700 кг.

Максимальное усилие рассчитывается по формуле:

2.6 Резка проката на заготовки

Резка заготовок производится в заготовительных отделениях кузнечно-штамповочных цехов.

Для того чтобы обеспечить перпендикулярность торцов заготовки к ее оси, необходимо при не полностью закрытой отрезке придать прутку наклонное положение относительно направления реза.

Наилучшая перпендикулярность торцов достигается при оптимальном

для каждого металла угле наклона.

Ориентировочно угол наклона для прутков определяется по формуле:

б =15 - 0,02у_в

б =15 - 0,02·430 = 6,4є

Максимальное усилие резки прутка определяется по формуле:

P = 0,72·K_p·у_в·F

где: Р - усилие резки прутка на заготовки;

К_р- коэффициент зависящий от схемы отрезки и от скорости деформирования;

у_в - пределпрочности материала прутка;

F -площадь поперечного сечения прутка;

Р = 0,72·1·430·490 = 0,72·1·430·490 = 151(кН)

Норма расхода металла (в граммах) на одну поковку определяется из выражения:

где:

l_обр= (0,3…0,5)D_зг- длина торцевого обрезка;

D_зг - диаметр заготовки;

l_н = L_заг/2 -расчетная длина некратности, см;

l_пр - длина прорезки, равна = 0, при резке на пресс ножницах;

m - количество поковок, получаемых из одной заготовки;

n- количество поковок, получаемых из одного прутка;

n = (L_р-l_обр-l_пр-l_н)m / L_зг

L_p=L_б+L_м /(2+K)

L_р - расчетная длина немерного проката

L_б - наибольшая длина прутка,

L_м - наименьшая длина прутка в данной партии;

К - коэффициент, учитывающий количество укороченных штанг в каждой партии.

L_p=10,07+9,93/(2+K)

L_p=10,07+9,93/(2+0,092) = 9,56 (м)

n = (9,56-0,0125-0,089)1 / 0,178 = 53 (шт)

Показателем экономичности раскроя является коэффициент раскроя:

Для резки проката на заготовки будем использовать ножницы сортовые кривошипные закрытые для резки сортового проката на заготовки машиностроительного назначения H1831Б.

Таблица 5 - Основные параметры ножниц сортовых кривошипных закрытого типа[3]

Номинальное усилие, кН	630
Число ходов в мин.	90
Наибольший размер сечения разрезаемого проката, мм (круг)	50
Наибольшая длина отрезаемой заготовки, мм	550
Мощность привода, кВт	17
Габаритные размеры, мм	8350x1800x2800
Масса, т	9,8

Схема резки прутка на пресс - ножницах представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема резки прутка на пресс-ножницах

2.7 Обрезка облоя

Обрезку облоя поковок, полученных штамповкой на молотах и прессах, осуществляют в специальных штампах на обрезных кривошипных прессах.

В кузнечных цехах применяют горячую и холодную обрезку поковок.

При горячей обрезке обрезной пресс устанавливают в непосредственной близости от штамповочного молота и обрезку проводят сразу после штамповки.

В данном технологическом процессе получения детали наиболее рационально применить штамп простого действия для отдельного проведения операций правки, обрезки облоя и просечки.

Необходимое усилие обрезки облоя определяют по формуле:

где: S - периметр среза,

S = 429,5мм

t = действительная толщина среза облоя,

t = z + n= 1,03 + 1,2 = 2,23мм

z = 2,23мм -определяется графически по линии среза облоя.

Рисунок 9 - Линия среза облоя

n = 1,2мм - возможная недоштамповка, равная положительному допуску на размер поковки по высоте.

Предел прочности стали при температуре обрезки облоя равен; у_в=110 Мпа, при t =750°С.

Усилие обрезного пресса должно быть равно:

Усилие обрезного пресса должно быть равно:

Р = (0,7…1) Р_кр

Р_кр = Р/0,7 = 0,189/0,7 = 0,27 (МН)

Выбираем для обрезки облоя и просечки отверстий КГШП номинальным усилием 630 кН.

Таблица 6 - Основные параметры пресса однокривошипного закрытого обрезного.[3]

Параметр	Значение
Номинальное усилие, кН	630
Ход ползуна, мм	200
Число ходов ползуна в 1 мин.	110
Наибольшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении, мм	530
Размеры стола, мм	690x880
Мощность привода, кВт	38,5

Рисунок 10 - Схема кривошипного пресса для обрезки облоя

Зазор между пуансоном и матрицей.

Размер зазора между пуансоном и матрицей зависит от формы и размеров сечений поковки в плоскости, перпендикулярной к разъему. Зазор оказывает большое влияние на качество и точность поверхности среза, изнашивание и стойкость штампа, величину потребного усилия и работы обрезки.

Зазор между пуансоном и матрицей выбираем из табличных данных дляh=10-19мм и б=7° - зазор д=1,5мм.

В данном случае обрезной пуансон делают плоским (тип I по [3,с.483]), так как у поковок штамповочный уклон б =7°. Схема обрезки облоя приведена на рисунке 11.

Рисунок 11 - Схема обрезки облоя.

Обрезные матрицы делают цельными или составными. Цельные матрицы применяют главным образом для круглых поковок, когда изнашивание режущих кромок по контуру матрицы происходит равномерно; составные - для крупных поковок сложной конфигурации, когда термическая обработка цельной матрицы вызывает коробление и появление трещин, или когда изнашивание режущих кромок по контуру матрицы происходит неравномерно и вызывает необходимость частых ремонтов быстроизнашивающихся участков матрицы. При этом значительно упрощается изготовление, термическая обработка, подгонка под поковку, регулирование ширины режущего контура и ремонт составных частей матриц.

Режущий контур матрицы изготавливают по контуру поковки в плоскости разъёма с припуском на слесарную подгонку по размерам обрезаемой поковки. При холодной обрезке слесарную доводку пуансона и матрицы выполняют по поковке.

Форма и размеры выемки под клещевину или поковку должны обеспечить свободное размещение последних с зазором 5-8мм.

На ступеньке матрицы делается канавка под литник, глубина которой равна глубине канавки в окончательном ручье штампа, а ширина - на 2мм больше. Стенку провального отверстия в матрице выполняют с уклоном 5є. Провальное окно в плите под матрицей делают с вертикальными стенками по нижнему контуру провального отверстия в матрице с уступом 3 мм.

В случае затупления режущих кромок составных матриц, у которых уклон начинается непосредственно с режущей кромки, их восстанавливают снятием слоя металла вдоль всей конической поверхности провального отверстия и с поверхностей каждой секции матрицы в месте их стыка.

Конструкция и крепление пуансона.

При обрезке тонких поковок, у которых расстояние от плоскости соприкосновения с пуансоном h = 2...5мм пуансон вначале обрезки выполняет роль толкателя, а в конце - роль режущего инструмента. Во избежание изгиба и смятия выступающих частей обрезаемой поковки необходимо, чтобы опорные поверхности пуансона прилегали к соответствующим поверхностям поковки. Конфигурацию опорной поверхности в пуансоне выполняют по чертежу поковки с последующей слесарной подгонкой по чертежу поковки с последующей слесарной подгонкой по поковке или контрольной отливке с окончательного ручья штампа. По неопорным поверхностям между поковкой и пуансоном предусматривается зазор ?, который принимается равным половине верхнего отклонения допуска на соответствующий горизонтальный размер поковки с увеличением его на 0,3-0,5мм. Контур пуансона подгоняют по режущему контуру матрицы с зазором, полученным за счёт уменьшения размеров пуансона.

Пуансон крепят в переходных державках. Для холодной обрезки поковок удлинённой формы применяем клиновое крепление.

Высоту обрезных пуансонов определяют из размера закрытой высоты штампового пространства:

Н_пр = Н_наиб +Н_рег + (15…20)мм,

Н_наиб = 530 мм - наибольшее расстояние между столом пресса и ползуном в его нижнем положении;

Н_рег = 0 мм - величина регулирования расстояния пресса между столом и ползуном;

Н_пр = 530 + 0 + 20 = 550мм,

Закрытая высота штампа:

Н_шт= Н_пр - h₁= 550мм,

где h₁ = 0мм - толщина подкладываемой плиты пресса.

Величина сдвига поковки при обрезке:

е = (3…5)/h₀ =5·1,6 = 8 мм

Высота пуансона:

Н_п = Н_шт - ( Н_нп + Н_м + Н_Д ) + е -h_n

поковка прокат заготовка штамп

Н_нп = 200 мм - толщина нижней плиты,

Н_м - 32,5 мм - толщина матрицы,

Н_д - 85 мм - толщина пуансонодержателя,

h_n - 4мм - размер поковки от поверхности прилегания её к пуансону до линии разъёма.

Принимаем толщину съемника равной 100 мм.

Н_п = 550 - (200 + 32,5 + 85 +100) + 8 - 4 = 136,5 (мм).

Схема для определения закрытой высота штампа и пуансона приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 - Схема для определения закрытой высота штампа и пуансона

Конструкция съёмников.

При обрезке облоя на невысоких поковках, когда пуансон заходит в матрицу, а также при малом зазоре между пуансоном и матрицей на пуансоне происходит застревание облоя. То же происходит с поковками при удалении внутренних перемычек. Для снятия с пуансона облоя и поковок применяют съёмники. Наиболее распространённым и надёжным является жёсткий съёмник на распорных трубках. Необходимое усилие D_m для съёма облоя с пуансона определяют по формуле:

Р_сн = К·Р_обр

Р_обр = 0,32МН - усилие обрезки облоя,

К = 0,05 - коэффициент, зависящий от условий обрезки, зазоров между пуансоном и матрицей, материала поковки и размеров облоя, условий наладки штампов.

Р_сн = 0,05·0,32 = 0,016 (МН).

2.8 Очистка поверхности поковок

После штамповки и термической обработки на поверхности поковок остается окалина. Очистка поковок от окалины необходима для повышения стойкости режущего инструмента при механической обработке, а также для выявления дефектов на поверхности поковок (волосовин, трещин и т. п.). Поковки от окалины очищают после обрезки облоя, пробивки отверстий, термообработки.

Для очистки поверхности данной поковки детали "шатун" используем способ дробеметной очистки поверхности.

Дробеметную очистку осуществляют струёй металлической дроби, выбрасываемой на поковку лопатками быстровращающегося колеса турбины. Скорость летящих дробинок достигает 60 м/с, диаметр от 0,5 до 2,0 мм. Очистку проводят в специальных дробеметных барабанах, в которых поковки находятся на вращающейся бесконечной ленте.

Рисунок 13 - Схема устройства для очистки поковок, 1- дробеметная камера; 2- пульт управления; 3, 6- дробеметный аппарат; 4- расходный бункер; 5- сепаратор; 7- конвейер

В ряде конструкций барабанов дробь выбрасывается на поковки струёй сжатого воздуха. Такую очистку называют дробеструйной. Очистка дробью дает хорошие результаты и широко применяется в кузнечных цехах. Недостаток способа: значительный расход дроби, которая крошится и безвозвратно теряется (2,5--3,5 кг на 1 т поковок).

2.9 Термообработка поковок

Качество поковок и изготовляемых из них изделий в значительной степени зависит от термической обработки, которая состоит из двух стадий -предварительной и окончательной.

Целью предварительной термической обработки является: улучшение обрабатываемости металла для изготовления изделий; подготовка структуры металла для окончательной термической обработки, т.е. получение однородной мелкозернистой структуры; снятие наклёпа снижение уровня внутренних напряжений; противофлокеновая обработка; улучшение комплекса механических свойств.

Рисунок 14 - Схема отжига стали 10

Целью окончательной термической обработки является: придание металлу требуемых эксплуатационных свойств.

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

Поковки из углеродистых сталей подвергают нормализации с последующим высоким отпуском, что обеспечивает получение требуемых свойств.

Рисунок 14(а) - Режим окончательной термообработки поковок

Нормализация поковок из стали 10 приводит к образованию бейнитной структуры в поверхностных слоях, которая затрудняет обработку заготовок резанием. Для устранения этого недостатка поковки из легированных сталей после нормализации подвергают высокому отпуску (600-700°С).

Цель нормализации уменьшение остаточных напряжений, возникающих при ковке, измельчение зерна и, как следствие, повышение механических свойств поковок.

3. Конструкторская часть

3.1 Конструирование и расчет ручьев молотового штампа

Подкатной ручей.

Подкатной открытый ручей нужен для набора металла и фиксации требуемых расстояний между наборами.

Размеры профиля по высоте h зависят от d расчётной заготовки, площади S поперечных сечений поковки с облоем и диаметра

D исходной круглой заготовки:

Рисунок 15 - Схема подкатного ручья окончательный ручей.

Полость окончательного (чистового) ручья выполняют по чертежу поковки для изготовления штампа или чертежу горячей поковки. Так как поковка после штамповки охлаждается и размеры её уменьшаются, то для получения требуемых размеров поковки необходимо, чтобы размеры полости окончательного ручья были больше размеров холодной поковки на величину предполагаемой усадки.

Для стали усадка составляет 1,5% (за исключением тонких удлинённых быстро стынущих ) участков поковки, для которых усадка равна 1,2-1%).

Размер горячей поковки с учётом усадки:

L_п.г = L(1 + б·t)

L - размер холодной поковки, б =15,6·10^-6 - коэффициент линейного расширения металла, t - температура конца штамповки.

L_п.г1 = 139(1+15.6·10^-6) = 139,003 (мм)

L_п.г2 = 48,5(1+15.6·10^-6) = 48,50075 (мм)

L_п.г3 = 28,5(1+15.6·10^-6) = 28,50044 (мм)

Определение размеров клещевой выемки и литниковой канавки:

Клещевая выемка и литниковая канавка применяются при штамповке от прутка. S = 24мм - толщина стенки между полостью ручья и выемкой под клещевину.

В = (1,2…1,5)·D_зг = 1,5·24 = 36мм - ширина выемки под клещевину,

Н = 1,2·В = 1,2·44 = 52,8 мм - высота выемки под клещевину,

r= (0,2…0,3)·D_зг = 0,3·24 = 8 мм - радиус закругления для клещевой выемки,

b = h₀ + h₁ =1 + 3 = 4мм - ширина литниковой канавки,

h = h₀/2 + h₁ = 0,5 + 3 = 3,5мм - глубина литниковой канавки.



Рисунок 16 - Схема клещевой выемки и литниковой канавки

Отрубной ручей.

Служит для отделения отштампованной поковки от прутка. Располагается на заднем углу штампа, так как при двух заготовительных ручьях используются задний отрубной ручей.

Рисунок 17 - Схема отрубного ручья

3.2 Конструирование молотового штампа

Расположение ручьев в молотовом штампе:

Ручьи на поверхности разъёма штампов координируют относительно центра штампа. Штамповочные ручьи размещают вблизи центра штампа, а заготовительные ручьи - по его бокам. На определённом расстоянии от центра штампа располагают центры ручьёв.

Центром ручья называют точку приложения равнодействующей сил сопротивления деформированию поковки и облоя. Так как поковка симметричная, то центр ручья лежит на оси симметрии.

Заготовительные ручьи размещают по краям штампа. При этом учитывают: расстановку оборудования на рабочем месте, расположение печи относительно молота и место закрепления сопла обдувки штампа.

Рисунок 18 - Расположение ручьёв

Определение толщины стенок молотового штампаи выбор заготовки для штампа:

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

Расстояние между ручьями определяется с помощью вспомогательной величины Т. Значение Т, полученные эмпирическим путём, определяют по номограмме.

Толщины стенок определяют по формуле:

S =Т = 45мм - между ручьём и гранью штампа,

S₂ =Т · cos б₂ = 33,93мм - между двумя полостями,

Расстояние от фигуры до выемки под клещевину:

S_кл = 0,7 · Т · cos б_кл = 0,7 · 45 · cos б_кл = 28,07мм,

б_кл - угол наклона клещевины.

Во всех случаях толщину стенки в плане определяют для сечения, в котором толщина стенки между ручьями минимальна.

Рисунок 19 - Размеры, влияющие на толщину стенок.

Заготовки для штампов:

Обычно штампы изготавливают из кубиков, размеры которых в плане зависят от числа и размеров ручьёв, толщин стенок между ручьями и между ручьями и поверхности штампа.

Ручьи размещаются следующим образом: вблизи центра штампа штамповочные ручьи; по краям штампа -- заготовительные.

С учётом толщины стенок S определяют размеры l_H и b_H кубика в плане, а затем координаты его геометрического центра (также в плане). В общем случае центр штампа не совпадает с центром штампового кубика.

Допустимые значения расстояний между центрами:

?l_N ? 0,1·l_N = 0,1·360 = 36 (мм) - по длине,

?b_N ? 0,1·b_N= 0,1·480 = 48 (мм) - по ширине.

Для выбранного штампа принимаем площадь соударения не менее 150 кв.см на 1т., массы падающих частей молота, т.е.:

F_C ? 150 см² · G = 150·1 = 150 cм²

где G - масса падающих частей молота.

Высоту кубика выбирают с учётом требуемой прочности штампа и необходимости его возобновления. При небольшой глубине (h_max = 10ч28 мм)высота кубика:

H_min = (6ч10)·h = 10·26,5 = 265 (мм)

Наибольшая масса верхней части штампа составляет 35 % от номинальной массы падающих частей паровоздушных молотов и 25% от массы падающих частей фрикционных молотов.

Данный штамп устанавливается на паровоздушный штамповочный молот (ГОСТ 7024-75).

Рисунок 20 - Молот штамповочный паровоздушный арочного типа

Таблица 7 - Основные параметры паровоздушного штамповочного молота арочного типа (ГОСТ 7024-75)[3]

ПАРАМЕТР	ЗНАЧЕНИЕ
Энергия удара, MH, не менее	10
Номинальная масса падающих частей,т	1
Число ударов в мин.	71
Расстояние между направляющими В, мм	1800
Высота рабочей зоны Н, мм	450
Размер зеркала бойка l·b, мм	400·240

3.3 Эксплуатация и ремонт штампов

Для ковочных молотовых открытых и закрытых штампов с массой падающих частей до 3,15т., используются следующие марки стали: 5ХНМ; 5ХГМ; 5ХНВ; 5ХНСВ с твердостью рабочей части 277-311 НВ и до 255НВ опорной части.

Нагрев штампов проводят с целью обеспечения оптимальных условий формоизменения поковок и повышения стойкости штампов. Штампы паровоздушных штамповочных молотов, изготовленных из сталей 5ХНМ, 5ХНВ нагревают до 200-300°С. Подогрев осуществляется газовыми или электрическими (индукционными или электросопротивления) переносными или стационарными установками, а также в печах. Чаще всего используют переносные газовые горелки. Наилучшим подогревом является индукционный. Переносной индуктор устанавливают между частями нагреваемого штампа. Нагрев длится около 0,5 часа. Подогревать штампы с помощью нагретых заготовок, уложенных между штампами, не рекомендуется ввиду получающегося неравномерного нагрева. Контроль нагрева выполняют переносной термопарой.

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

Смазки должны обладать низкой токсичностью и газообразованием, простотой приготовления и использования и невысокой стоимостью.

Одновременно со смазкой из штампов выдувается окалина. Для удаления окалины используется обычно сжатый воздух, давлением не ниже 0,4 МПа, подаваемый из сопла обдувки окалины.

В качестве смазок в данном технологическом процессе можно применять: водный раствор водного графитового препарата ЛГ-1, водный коллоидно-графитовый препарат В-1, водный раствор сульфито-спиртовой барды, насыщенный водный раствор поваренной соли (с добавлением или селитры или хлористого кальция, или хлористого бария). Метод нанесения смазок: механическое распыление.

Износ штампов происходит под воздействием разнородных процессов, протекающих на поверхности гравюры и внутри материалаштампов.

Основными видами износа являются истирание, смятие и разгар. Они и определяют в основном стойкость штампов.

Истирание - отрыв частичек металла штампа. Наиболее сильное истирание происходит в полостях, заполняемых выдавливанием, особенно в местах входа в полости и в местах перепада сечений. Истиранию подвергается мостик облойной канавки, что часто является причиной выхода штампа из строя. Истирание ускоряется при появлении разгара. При достаточной твердости и чистоте поверхности гравюры износ штампа незначителен.

Смятие - деформация отдельных участков штампа, где имеют место высокие давления и местный сильный разогрев металла штампа. При этом искажается форма гравюры, в полостях и на выступах образуются поднутрения. Деформация молотовых штампов может происходить в плоскости соударения при перегреве штампов. Поэтому необходимотщательно регулировать тепловой режим штампа (ритм штамповки, смазывание и охлаждение штампов).

Разгар - образование сетки термических трещин на поверхности гравюры. Это наиболее частый вид износа. Для повышения разгаростойкости необходимо тщательно регулировать режим работы штампа или применять более разгароустойчивые штамповые стали.

Кроме этих видов износа имеют место налипание и свариваемость деформируемого металла с металлом штампа и другие виды износа.

Стойкость штампов измеряют числом изготовленных на них поковок. Различают стойкость штампов до возобновления и общую стойкость до полного износа, которая определяется возможным числом возобновлений. Как новые, так и возобновленные штампы подвергают термической или химико-термической обработке, поэтому их стойкость примерно одинакова.

В мелкосерийном производстве критерием выбора материалов штампа является не его высокая стойкость, а обеспечение минимальных затрат на изготовление. При крупносерийном производстве стремятся получить максимальную стойкость.

Стойкость молотовых штампов ориентировочно определяют по формуле:

где: А и m - коэффициенты, значения которых для II группы поковок равны 8400 и 0,4 соответственно.

G - масса поковок, кг;

G = 340гр = 0,34кг

Z =

Текущий ремонт штампов выполняют либо на рабочих местах, либо в мастерской. Мелкие дефекты устраняют без демонтажа штампа. Мелкие трещины зачеканиваются пневматическим тупым зубилом или бородком. Наплывы, риски и наварившийся металл поковок устраняют зачисткой ручными шлифовальными пневматически или электрическими машинками с гибким валом.

Изношенные или сломанные быстросменные детали штампов заменяют новыми. При этом штампы обычно демонтируют.

После ремонта проверяют размеры ручьев по размерам очередной поковки. Если штамп открытый, проверяют также соответствие поковки обрезному штампу.

Капитальный ремонт штампов необходим в том случае, когда штамп полностью изношен или сломан и подлежит возобновлению.

4. Организационно-техническая часть

4.1 Виды брака штампованных поковок

Вмятины представляют собой следы заштампованной и в дальнейшем вытравленной или обитой окалины. Вмятины имеют глубину до 3 мм, что приводит к браку при механической обработке или к ослаблению рабочего сечения детали в черных местах. Они являются результатом плохой обивки окалины с заготовки перед укладкой ее в формовочные ручьи.

Забоины являются следствием механических повреждений поковок, возникающих при извлечении застрявшей поковки из полости штампа, при переброске горячих поковок или при попадании посторонних предметов (обсечек) в обрезные штампы.

Неполная фигура - брак, образовавшийся при не заполнении чистового ручья штампа металлом, главным образом у выступов, углов, закруглений и ребер. Брак возникает при недостаточном нагреве или недостаточном количестве ударов во время подкатки и окончательной штамповки; при работе на молоте с недостаточным весом падающих частей, в изношенном штампе, для которого нормальный объем заготовки недостаточен, или в штампе неудачной конструкции; вследствие недостаточных веса или длины заготовки, а также несоответствия профиля (например круг вместо квадрата).

Перекос - смещение одной половины поковки относительно другой (по плоскости разъема). Этот вид брака происходит из-за неисправности оборудования (ослабление параллелей и увеличенный зазор бабы в направляющих, ослабление посадки станины в шаботе). Перекосы при штамповке на молоте и прессе бывают продольными и поперечными.

Заусенец -- несрезанный остаток заусенца (облоя), получившийся в результате: несоответствия и плохой подгонки обрезного и ковочного штампов. Этот вид брака возникает главным образом при плохой установке и неисправности штампов или смещении поковки во время укладки ее на обрезную матрицу.

Увеличенный размер возникает из-за быстрого износа штампа в местах интенсивного истечения заготовки от большего сечения к меньшему (например, диаметр хвостовика у поворотного кулака).

Остатки заусенца образуются вследствие худших условий обрезки прессовых поковок (металл в заусенец течет лучше, чем в фигуру, поэтому происходит более быстрый износ кромки мостика, толщина под обрезку увеличивается против первоначальной, которая и без того по условиям работы задается больше, чем в молотовых штампах).

Контроль поковок включает проверку механической прочности поковки, что связано с выполнением химических, металлографических, механических и магнитных испытаний, испытанием твердости, выявлением различных пороков и дефектов и проверку геометрических размеров поковки, что связано с линейными, весовыми и объемными измерениями.

4.2 Организация рабочего места и механизация штамповочных операций

Состав и порядок расположения на рабочих местах зависит прежде всего от характера изготовляемых поковок и принятого технологического варианта их изготовления. Молоты - наиболее универсальное штамповочное оборудование, позволяющее изготавливать поковки разнообразные по конфигурации, сложности и размерам. Это приводит к большому разнообразию существующих в молотовых отделениях технологических вариантов штамповки и, следовательно, к разнообразию рабочих мест. Необходимо учитывать, чтоорганы управленияпаровоздушным штамповочным молотом (педаль) находятся справа, поэтому наиболее правильным и удобным будет тот порядок расположения оборудования в агрегате, когда печь находитсяс левой стороны, а обрезной пресс - с правой стороны молота.

При работе образующаяся окалина должна удаляться со штампа после каждого цикла штамповки. Поэтому каждое рабочее место у молота должно быть оборудовано приспособлением (ручное или автоматическое) для сдува окалины и нанесения смазки.

1 - стол-площадка для заготовок; 2 - нагревательные печи; 3 - цепной транспортер; 4 - приемный столик; 5 - молот; 6 - отводной лоток; 7 -окалиноуловитель; 8 - трактовый транспортер; 9 - приемный столик с транспортерной лентой; 10 -тара под облой; 11 - обрезной пресс; 12 - лотковое выносящее устройство; 13 - тара под поковки; 14 - вентилятор; 15 - бачки для охлаждения инструментов

Рисунок 21 - Планировка рабочего места

Заключение

В курсовом проекте разработана технология и спроектирована поковка для изготовления детали "шатун". Приведено описание материала поковки, назначены припуски на механическую обработку поковки, допуски на ее изготовление, рассчитана исходная заготовка для штамповки, проведен расчет массы падающих частей молота, приведена технология резки проката на заготовки, обрезки облоя, правки и очистки поковки, а также назначен режим окончательной термообработки поковок.

Рассчитана конструкция молотового штампа, приведены основные технические характеристики штамповочного оборудования, приведены причины выхода штампов из строя, приведены основные дефекты поковок, а также приведена планировка рабочего места.

Список использованных источников

1. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски. М.: Изд-во стандартов, 1990. 52с.

2. Ковка и штамповка: Справочник в 4 т. / Под ред. Е. И. Семенова. М.-: Машиностроение, 1985.Т.1: Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка.568 с.

3. Ковка и штамповка: Справочник в 4 т./ Под ред. Е. И. Семенова,-М.:Машиностроение, 1986.Т.2. Горячая штамповка.592 с.

4. Элементы проектирования цехов ОМД в авиастроении /С. И. Козий, Т. Б. Козий, В. Р. Каргин, Куйбышев 1989г. 99с.

5. Теория и технология горячей штамповки: Метод. указания для курсового проектирования / Самар. гос. аэрокосм. ун-т; Сост. В.Ю. Ненашев, И.Н. Ковалькова. Самара, 2004. 36с.

Размещено на Allbest.ru