Горячая объемная штамповка - Дипломная работа

К таким технологическим процессам относятся изготовление точноштампованных поковок в открытых штампах, штамповка в закрытых штампах, штамповка выдавливанием с цельными или разъемными матрицами, комбинированная штамповка с применением универсального и специализированного оборудования, а также совершенствование конструкций штампов и методов их крепления. Развитие прогрессивных технологических процессов направлено на снижение расхода металла и получения высококачественных поковок, по своей форме и размерам максимально приближающихся к готовой детали с минимальными припусками или вообще не требующих последующей механической обработки; на увеличение производительности оборудования, сокращение трудовых затрат на изготовление поковок и снижение себестоимоти деталей, а также на улучшение условий труда в горячештамповочных цехах. Существует несколько способов повышения стойкости штамповой оснастки: применение более совершенных штамповых сталей, использование термической, химико-термической и термомеханической обработки, наплавка твердыми сплавами и т.д. влияние этих способов заключается в изменении физических свойств, главным образом прочности и теплостойкости поверхностного слоя штампа, контактирующего с горячим металлом заготовки. Последнее может быть достигнуто, в частности, выбором правильного режима предварительного нагрева и охлаждения штампов, а также применением эффективных смазочных материалов, способствующих снижению коэффициента трения, удельных усилий при деформировании и уменьшению теплопередачи от заготовки к штампу. Продолжительность контакта нагретого металла со штампом принимают состоящей из пассивной (с момента поапдания нагретой заготовки в ручей до момента начала ее деформирования) и активной частей (от начала и до конца деформирования), неодинаковых в зависимости от организации технологического процесса и быстроходности вспомогательногои основного оборудования.Вода для бытовых нужд 26496Для уменьшения шума от работы оборудования на нем используют глушители, а рабочие должны пользоваться средствами индивидуальной защиты - наушниками против шума. Для предотвращения травматизма при работе на процессах используют следующие устройства. Предупреждение и устранение травматизма и профессиональных заболеваний обычно сводится к оснащению машин и помещений специальными средствами и устройствами, обеспечивающими безвредность работы, и к строгому соблюдению трудящимися правил безопасности и безвредного выполнения работ. Вот почему все рабочие обязаны хорошо знать и неуклонно выполнять правила и требования техники безопасности и промышленной гигиены. Отступать от технологии и нарушать правила техники безопасности при работе на прессах категорически воспрещается.В результате выполнения дипломного проекта была разработана прогрессивная технология получения поковок деталей «Рычаг», «цапфа» и «шестерня косозубая» на КГШП , взамен существующей - получение поковок данных деталей на молоте.

1. Содержание зданий, сооружений и инвентаря 39436872. Содержание цехового персонала 2.1. Фонд заработной платы вспомогательных рабочих 898800

Горячая объемная штамповка является прогрессивным видом металлообработки, позволяющим значительно сократить расход металла при производстве деталей машин и повысить их качество.

На отечественных заводах все более широкое распространение получают прогрессивные технологические процессы штамповки на кривошипных горячештамповочных прессах. К таким технологическим процессам относятся изготовление точноштампованных поковок в открытых штампах, штамповка в закрытых штампах, штамповка выдавливанием с цельными или разъемными матрицами, комбинированная штамповка с применением универсального и специализированного оборудования, а также совершенствование конструкций штампов и методов их крепления. Вместо цельноблочных штампов применияются составные, в которых быстроизнашивающиеся части (встави) изготавливают из специальных марок стали, а блок- из обычной углеродистой стали.

Развитие прогрессивных технологических процессов направлено на снижение расхода металла и получения высококачественных поковок, по своей форме и размерам максимально приближающихся к готовой детали с минимальными припусками или вообще не требующих последующей механической обработки; на увеличение производительности оборудования, сокращение трудовых затрат на изготовление поковок и снижение себестоимоти деталей, а также на улучшение условий труда в горячештамповочных цехах.

Процесс создания любой детали или машины состоит из двух неразрывно связанных этапов: проектирования и изготовления. При этом требования, предъявляемые к детали ( машине) конструктором и технологом, часто оказываются взаимо противоречивыми. Напрмер. Стремление получить более точную и качественную деталь и машину неизбежно влечет за собой усложнение и удорожание технологии изготовления. И, наоборот, необоснованное упрощение технологии изготовлении, как правило, приводит к нарушению требований, которым должна отвечать машина и ее детали. Поэтому для создания высококачественной и эффективной машины необходимо согласование всех конструкторских и технгологических решений, их строгое технико-экономическое обоснование.

Автоматизацию и механизацию кузнечно-штамповочного производства проводят с целью повышения качества и производительности при выпуске заготовок. Сферой развития механизации и автоматизации в кузнечно-штамповочном производстве являются не только объекты тяжелой и однообразной работы, но и работы по созданию и применению принципиально новых систем программного управления оборудованием и технологическими процессами. Автоматизацию также распространяют на вспомогательные операции, зачастую требующие значительно больших затрат времени, чем сами операции штамповки.

Исследовательская часть

Одной из задач технического прогресса в современном машиностроении является получение высококачественных и точны горячештампованных заготовок, форма и размеры которых приближаются к готовым деталям. Решение указанной проблемы неразрывно связано с обеспечением высокой стойкости рабочего инструмента. Необходимость повышения работоспособности штамповой оснастки диктуется следующими основными причинами: При изнашивании штампа возрастает фактический припуск на обработку резанием заготовок, что повышает расход металла, тредоемкость и энергоемкость изготовления детали и расход режущего инструмента;

При низкой стойкости оснастки расходуется значительное количество инструментальной стали, возрастают расходы на обслуживание штампов, а необходимость в их частой смене снижает производительность труда;

Низкая стойкость штампов затрудняет или делает неоправданной механизацию процессов горячей штамповки.

Существует несколько способов повышения стойкости штамповой оснастки: применение более совершенных штамповых сталей, использование термической, химико-термической и термомеханической обработки, наплавка твердыми сплавами и т.д. влияние этих способов заключается в изменении физических свойств, главным образом прочности и теплостойкости поверхностного слоя штампа, контактирующего с горячим металлом заготовки. Применение указанных способов обычно сопряжено с увеличением стоимости штамповой оснастки (использовании материалов, имеющих высокую стоимость, повышение трудоемкости изготовления штампов, создания оборудования для упрочняющей обработки инструмента). Несмотря на это, необходимый технико-экономический эффект обеспечивается не всегда ( это особенно характерно для горячей штамповки в тяжелонагруженном инструменте, приконтактные слои которого нагреваются до высокой температуры и могут отпускаться на значительную глубину). Кроме того, внедрение подобных способов повышения стойкости инструмента при штампвоке труднодеформируемых материалов во многом ограничено необходимостью частного возобновления(зачистки) гравюры, что уменьшает и даже ликвидирует упрочненный поверхностный слой штампа.

Другим резервом повышения стойкости тяжелонагруженных штампов при горячей штамповке является изменение условий работы инструмента и прежде всего снижение теплового воздействия на него. Последнее может быть достигнуто, в частности, выбором правильного режима предварительного нагрева и охлаждения штампов, а также применением эффективных смазочных материалов, способствующих снижению коэффициента трения, удельных усилий при деформировании и уменьшению теплопередачи от заготовки к штампу.

Смазочные материалы, применяемые в горячей штамповке

Характеризую условия работы смазочных материалов для штампов, следует отметить некоторые особенности процесса горячей штамповки. Обработка большей части марок стали и сплавов происходит в интервале температур 850-1250°. Значение усилий при горячей штамповки зависят от химического состава сплавов и в отличие от скоростей обжима возрастают к концу рабочего хода оборудования до 1000-1500МПА.

Продолжительность контакта нагретого металла со штампом принимают состоящей из пассивной ( с момента поапдания нагретой заготовки в ручей до момента начала ее деформирования) и активной частей ( от начала и до конца деформирования), неодинаковых в зависимости от организации технологического процесса и быстроходности вспомогательногои основного оборудования. Наиболее ответственной для работы смазачного материала является активная часть времени контакта, которая в зависимости от быстроходности оборудования и величины обжима колеблется от сотых долей секунды до нескольких секунд при штамповке заготовок и десятков секунд при выдавливании профилей.

Условия работы смазочных материалов будут еще болееразнообразными, если принять во внимание различие физико-механических свойств обрабатываемых металлов и материалов инструмента. Число используемых в промышленности труднодеформируемых, жаропрочных и тугоплавких металлов и сплавов исчисляется сотнями, а марок стали, применяемых для инструмента, - десятками наименований. Именно этим можно объяснить нецелесообразность поиска универсальных и сложность осздания эффективных смазочных материалов, обеспечивающих высокую стойкость тяжелонагруженного инструмента, экономию энергозатрат на обработку давлением сплавов сложного состава при высоком качестве поверхности деформируемого изделия.

Применяют жидкие, порошкообразные и твердые смазочные материалы. В зависимости от конкретных условий процесса они должны образовывать сплошную разделительную пленку между поверхностями заготовки и инструмента и обеспечивать: 1. Снижение коэффициента трения;

2. Уменьшение энергосиловых показателей процесса( деформирующего усилия, затрачиваемой энергии и напряжений в штампе);

3. Теплоизоляцию штампа при одновременном снижении остывания деформируемого металла;

4. Уменьшения температуры штампа;

5. Снижение износа штампа;

6. Уменьшение слипаемости и свариваемости металлов заготовки и штампа, а также образования наростов на поверхности штампа;

7. Снижение усилия при извлечении заготовки изштампа;

8. Удобство и простоту смазывания штампа и удаления остатков смазочного материала с заготовки;

9. Негорючесть;

10. Высокую кроющую способнотсь;

11. Предотвращение окисления, газонасыщения, обезуглероживания или химического взаимодействия с материалом заготовки штампа;

12. Недефицитность и невысокую стоимость.

В перспективе смазочные материалы, применяемые для горячей штамповки, могут обеспечить дополнительные преимущества вследствие пластификации поверхностных слоев деформируемого металла или снижения напряжений трения введением в них присадок, обладающих сверхпластичностью при температурах горячей штамповки.

Защитно-смазочные покрытия

Защита металлов от соприкосновения с газами на всех этапах техпроцесса является одной из проблем горячей штамповки, которая тем важнее, чем сложнее сплавы и ответственнее их назначение.

Защитно смазочные покрытия имеют свои преимущества: 1. Могут быть применены для любого вида обработки металлов и сплавов давлением без дополнительных капитальных затрат на создание и переоборудование печного хозяйства;

2. Могут использоваться для нагрева заготовок различных размеров и любой конфигурации;

3. Полученная пленка позволяет защитищать металл не только при нагреве, но и во время его транспортирования, деформирования и последующего охлаждения;

4. Антифрикционные и теплоизоляционные свойства покрытия повышают срок службы инструмента (бойков, штампов) и увеличивают время охлаждения обрабатываемого металла. Последнее может привести к сокращению числа нагревов обрабатываемого металла при ковке и приближает условия штамповки к изотермическим.

Определение оптимального состава покрытий-не простая задача. Необходимо учитывать усложнение технологий штамповки заготовок в условиях использования покрытий. Тем не менее дополнительные затраты средств и материалов окупаются в самые короткие сроки, причем достигается непривзойденный до настоящего времени технико-экономический эффект с точки зрения экономии металла - вследствие уменьшения окалины. Повышения стойкости штампов в результате понижения вредных сил трения и теплоизоляции металла, обеспечивающей устранение самоотпуска штампового материала, отсутсвие остаточных деформаций и снижения нагрузки; повышения качесва поверхности заготовок вследствие уменьшения глубины обезуглероженного слоя ( в 10-15 раз). Кроме того, в несколько раз уменьшаются величина припусков на обработку резанием и соответствующие ему затраты. Составы покрытий подразделяют на защитные, смаочные и защитно-смазочные.

Смазочно-охлаждающие жидкости.

Смазочно-охлаждающие жидкости являются обязательным элементом большинства технологических процессов обработки материалов резанием и давлением. Точение фрезерование, сверление, шлифование и другие процессы обработки резанием сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов, неметаллических конструкционных материалов, штамповка и прокатка металлов характеризуются большими статическими и динамическими нагрузка, высокими температурами, воздействием обрабатываемого материала на режущий инструмент, штамповочное и прокатное оборудование.

В этих условия основное назначение СОЖ - уменьшить температуру, силовые параметры обработки и износ режущего инструмента, штампов и валков, обеспечить удовлетворительное качество обработанной поверхности. Помимо этого СОЖ должны отвечать гигиеническим, экологическим и другим требованиям, обладать комплексом антикоррозионных, моющих, антимикробных и других эксплуатационных свойств.

Применение СОЖ при обработке металлов резанием и давлением позволяет увеличить производительность оборудования, повысить точность обработанных поверхностей и снизить их шероховатость, уменьшить брак, улучшить условия труда и в ряде случаев сократить число технологических операций.

Основные требования к эксплуатационным свойствам СОЖ в зависимости от типа и условий их применения следующие: • технологические свойства (стойкость режущего инструмента, производительность процесса обработки, качество обработанной поверхности детали и др.) должны соответствовать требованиям технологического процесса обработки металлов;

• экономическая эффективность применения, в том числе взамен одной или нескольких ранее применявшихся СОЖ (с учетом технологической эффективности, стоимости, срока службы, разницы в затратах на транспорт, хранение, приготовление, эксплуатацию, регенерацию и утилизацию);

• соответствие современным гигиеническим требованиям;

• физико-химические характеристики должны быть в пределах норм, указанных в технических условиях на продукт.

Кроме того, к качеству СОЖ предъявляют дополнительные (сопутствующие) требования, а именно: • отсутствие коррозирующего действия на оборудование и обрабатываемый материал;

• защитное(антикоррозионное) действие на оборудование и обрабатываемый материал;

• отсутствие разрушающего действия на лакокрасочные покрытия оборудования, на резиновые уплотнения, пластмассовые направляющие, устройства автоматики и другие элементы металлообрабатывающего оборудования;

• отсутствие обильного пенообразования, дыма, тумана, аэрозоли при эксплуатации;

• удовлетворительная фильтруемость;

• отсутствие отложений, пленок, затрудняющих перемещение движущихся частей металлообрабатывающих станков;

• стабильность при хранении и транспортировании, в том числе при низких температурах;

• удовлетворительные моющие свойства;

• удовлетворительная микробиологическая стойкость и длительный срок службы водных эмульсий и растворов СОЖ;

• стабильность эксплуатационных свойств СОЖ в процессе длительного применения - устойчивость к истощению;

• легкость приготовления рабочих эмульсий и растворов;

• удовлетворительная разлагаемость отработанной СОЖ при обезвреживании и утилизации, экологическая безвредность отходов.

Все представленные СОЖ удовлетворяют вышеперечисленным требования

При нанесении распылением водно-графитового материала на подогретый штамп вода быстро испаряется, а на поверхности гравюры остается плотный и равномерный слой мелкодисперсного графита, который является хорошим смазочным материалом. Эффективность графитового материала в значительной степени зависит от способа помола и формы частиц графита. Известны две разновидности графитовых частиц: относительно плоские и близкие к сферическим. Плоски частицы способствуют большему снижению коэффициента трения между металлом и инструментом; сферические предпочтительнее при необхдимости создания надежной разделительной пленки.

Крупночешуйчатый графит, в котором могут быть включения размером 15-20 мкм, облегчает течение металла; мелкодисперсный улучшает поверхность штампованной заготовки. Компромиссным решением должен быть выбор оптимального размера частиц с учетом конкретногых условий деформирования: требования к шероховатости поверхности заготовки; коэффициент трения между металлом и инструментом; интенсивности перемещения металла относительно поверхности гравюры; степени деформации и др. в большинстве случаев для приготовления водно-графитового материала применяют коллоидный графит с размерами частиц, не превышающими 5 мкм.

Важным свойством водно-графитового материала является способность смачивать горячую поверхность штампа. Наилучшего покрытия достигают при смазывании методом распыления.

Для нанесения СОЖ в нашем случае используются механизированные установки, предназначенные для использования на определенном виде оборудования при штамповки больших партий заготовок.Технологическая и конструкционная часть

3.1 Разработка чертежа поковки

Чертеж холодной поковки разрабатываем в соответствии с ГОСТ 7505-88 в зависимости от выбранной технологии, массы, сложности и материала поковки.

Деталь «Косозубая шестерня»

Штамповочное оборудование - КГШП.

Нагрев заготовок - индукционный.

Исходные данные по детали

Материал - сталь 18ХГТ (по ГОСТ 4543): 0,17-0,23% С; 0,17-0,37% Si; 0,50-0,80% Mn; 1,0-1,3 % Cr; 0-0,3% Ni; 0,03-0,09% Ti.

Масса детали - 1,2 кг.

Исходные данные для расчета

Масса поковки (расчетная) - 1,92 кг: кг, где =1,6 расчетный коэффициент.

Класс точности - Т3

Группа стали - М2

Средняя массовая доля углерода в стали 18ХГТ: 0,18% С.

Степень сложности - С1

Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндр), мм: диаметр - 124,95 ( ); высота - 24,15 ( ), где 1,05 - коэффициент.

Масса описывающей фигуры (расчетная) - 2,27 кг.

.

Конфигурация плоскости разъема штампа П (плоская)

Исходный индекс - 9.

Припуски и кузнечные напуски

Основные припуски на размеры, мм

1,5 - диаметр 119 мм и чистота поверхности 5;

1,4 - диаметр 60 мм и чистота поверхности 5;

1,3 - толщина 23 и чистота поверхности 5.

Дополнительные припуски, учитывающие: смещение по поверхности разъема штампа - 0,2 мм отклонение от плоскостности - 0,6 мм;

отклонение от концентричности пробитого отверстия - 0,8 мм.

Штамповочный уклон: на наружной поверхности - не более 5? принимаем 5?;

на внутренней поверхности - не более 7? принимаем 7?.

Размеры поковки и их допускаемые отклонения

Размеры поковки, мм диаметр 119 ( ) =122,6 принимаем 123 мм;

диаметр 60-( )·2=55,2 принимаем 55 мм;

толщина 23 (1,3 0,6)·2=26,8 принимаем 27 мм.

Радиус закругления наружных углов принимаем равным 3 мм.

Допускаемые отклонения размеров, мм: диаметр ; ;

толщина .

Неуказанные допуски радиусов закруглений 1,0 мм

Допускаемое отклонение от плоскостности 0,6 мм.

Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа 0,5 мм.

Допустимая величина высоты заусенца 4,0 мм.

Радиус закругления внутренних углов - 6 мм.

Отклонение от концентричности пробитого отверстия - 0,8 мм.

Толщина перемычки: .

3.2 Определение группы поковки

Данная поковка относится ко второй группе - поковки, круглые в плане или близкие к этой форме; первой подгруппе - поковки круглые в плане (типа колец, втулок, шестерен, поршней, круглых фланцев и т.д.). Применяется осадочная площадка или заготовительно-подготовительный ручей. Штамповка в открытых и закрытых штампах. В данном случае штамповку производим в закрытом штампе в три перехода [1].

3.3 Выбор заготовительных и штамповочных ручьев

При штамповке поковок данной подгруппы применяют осадку, предварительную штамповку с оформлением зубьев, окончательную штамповку с зубьями. Зубья предварительного ручья могут располагаться в верхнем штампе, что обеспечивает их повышенную стойкость, но снижает производительность, и в нижнем [1].

3.4 Определение размеров исходной заготовки

Вычислим объем поковки (рис. 3.2) [1]: .

Определим объем заготовки с учетом угара

, где =0,7% - потери металла на угар.

.

Расчетный диаметр заготовки

, где m ? 2,2 - коэффициент [1], откуда

Подберем по сортаменту заготовку размерами, ближайшими к полученным расчетам: допускаемые отклонения по диаметру мм, теоретический вес 1м в 17,32кг.

Длина заготовки

.

По полученной длине заготовки подбираем длину прутка равную 5 м.

3.5 Определение температуры разрезки прутка на заготовки

В процессе отрезки на ножницах возможно образование торцовых трещин. Поэтому перед разрезкой металл подогревают. Данную марку стали подогревают до температуры 550?С [1].

3.6 Расчет и выбор оборудования для подогрева прутков перед разрезкой

Исходные данные

- пруток o 50;

- длина заготовок 5000 мм;

- материал - Сталь 18ХГТ;

- температура нагрева - 550 °С;

- требуемая производительность (на разрезке) - 300 шт. в час;

- энергоноситель - природный газ;

- производство - массовое;

- температура печи - 800 °С .

Расчет продолжительности нагрева заготовок

Заготовки o 50 относятся к “тонким”.

Рассчитываем время нагрева прутка до температуры 550°С: , где Ф - коэффициент формы, равный для заготовок круглого сечения - 2;

Толщина нагреваемой заготовки при двустороннем нагреве : ;

Средняя теплоемкость металла :

Определяем коэффициент теплоотдачи в начале и в конце периода:

где Сп = ? •Со - приведенный коэффициент излучения (для расчетов принимаем степень черноты пространства рабочей камеры печи ? = 0,75 при 800°С, коэффициент излучения абсолютно черного тела;

Со = 4,96 ккал/(м2•ч•К4)) ;

Тп - температура печи, К ;

Тм - температура нагреваемого металла.

Средний коэффициент теплоотдачи за интервал от 0 до 550 °С : Продолжительность нагрева до температуры 500 °С : или 0,395•60 = 23,7 мин.

Принимаем, что расстояние между прутками в печи с шагающими балками будет равно половине диаметра заготовки d. Тогда время Z нужно умножить на коэффициент 1,32 , то есть Z = 23,7•1,32 = 31,29 мин. ? 0,52 ч.

Расчет производительности и размеров пода печи

Определяем производительность печи исходя из длины прутка 5000 мм: - количество заготовок в одном прутке (принимаем n=49 шт);

- производительность печи (принимаем N=6 прутков в час).

Предварительно выбираем печь с шагающими балками.

Рассчитываем необходимую площадь пода печи.

Производительность печи N = 6 шт./ч (прутков в час).

Определим G - необходимую производительность печи, кг/ч.

Масса прутка g = V•? = So0,05 • 5 • 7850 = 3,14 • 0,0252 • 5 • 7850 = 77,02 кг;

G = N • g = 6 • 77,02 = 462,12 кг/час = 0,462 т/ч.

Определяем необходимую площадь пода печи.

Находим площадь, занятую металлом : F = n • f.

Для этого определяем количество заготовок по поду печи : n = N • ?(z) = 6 • 0,52 = 3,12 шт.

Далее определяем площадь f , занимаемую прутком с четом того, что расстояние между прутками равно диаметру прутка : f = 0,05 • 5 • 2 = 0,5 м2.

Отсюда Fmet = 3,12 • 0,5 = 1,56 м2.

Площадь пода вычисляем:

По производительности G = 462,12 кг/час и необходимой площади пода Fпода= 2,22 м2, выбираем печь с шагающими балками НЮО - 75.8.7/8.

В результате выполнения дипломного проекта была разработана прогрессивная технология получения поковок деталей «Рычаг», «цапфа» и «шестерня косозубая» на КГШП , взамен существующей - получение поковок данных деталей на молоте. Новая технология позволяет значительно экономить металл, а, следовательно, снизить себестоимость изделий, увеличить производительность, улучшить условия труда. Также КГШП позволяет использовать средства механизации.

Предлагаемая технология является также экономически более эффективной.

Размещено на .ru