Технология штамповки металлов

Самарский государственный экономический  университет

Кафедра Организации и стратегии  развития промышленных предприятий 

Заочный факультет 

Курс 3 ССО

Направление «Экономика»     Профиль «Бухгалтерский учет анализ и аудит»

Занимаемая должность

Наименование предприятия

Контрольная работа

По дисциплине Технологические  основы производства                                  №зачетной книжки 12031467

№ контрольной работы 7

Тема: Технология штамповки металлов                            

                                                    Выполнил :Трофимова Виктория Александровна

                                                          Проверил : Гнеденко Владимир Васильевич

Дата получения работы деканатом 

Дата сдачи работы на кафедру 

Дата рецензирования работы

Дата возвращения работы кафедрой в деканат 

Самара 2013г.

Оглавление

Введение …...…………………………………………………………………..3

1. Основные подходы штамповки металлов…….……………………….......4

2.Производство деталей с помощью штамповки…………………………..11

2.1Производство гнутых профилей…………………………………………11

2.2Накатывание резьбы  и мелкомодульных зубчатых колес……………..11

3.Прцесс штампования  металлов…………………………………………....13

Заключение…………………………………………………………………...17

Литература …………………………………………………………………...18

Введение

Технология  штамповки металлов- данная технология подразумевает под собой применение определенного давления и специальных форм, которые ограничивают течение металла и позволяют получить максимально точные шаблоны изделий. Одним из преимуществ такой обработки можно назвать изготовление нестандартной продукции. Методом штамповки получают различные детали – фланцы, шестерни, платы, крышки, корпуса и прочее, плоской или изогнутой конструкции.

В настоящее время  горячей штамповкой изготавливают  поковки широкой номенклатуры для машиностроения, особенно из конструкционных сталей. Современная тенденция машиностроения - повышение требований к качеству и усложнение формы поковок, получаемых штамповкой. Задачу получения в сжатые сроки поковок сложной формы при жестких допусках на размеры, с заданными свойствами и малой себестоимости. Решение этих задач требует повышения эффективности технологической подготовки производства поковок, что связывают с расширением использования методик компьютерного и физического моделирования на этапах разработки технологии штамповки. В мире наблюдается тенденция ко все более широкому внедрению технологий моделирования процессов ОМД в производственный процесс как крупных, так и средних предприятий. Так более 80% крупных, более 75% средних и более 50% мелких машиностроительных компаний США используют моделирование процессов ОМД при разработке технологических процессов. Компьютерное моделирование процессов ОМД используется для прогнозирования заполнения полости штампа, возникновения дефектов, определения усилия деформирования, энергии деформирования. Применение моделирования для технологической подготовки производства в нашей стране в ближайшие годы будет только возрастать.

Целью настоящей работы является разработка методики моделирования процессов горячей штамповки для проектирования технологии производства поковок из конструкционных сталей.

Исследование и моделирование  процессов горячей штамповки  проведено на основе определения  траекторий частиц деформируемого металла  аналитически и экспериментально в лабораторных и промышленных условиях.

Для определения режимов горячей  штамповки с целью обеспечения  заданной структуры поковок разработана  методика прогнозирования размеров зерен.

В результате проведенных работ  разработана новая комплексная методика моделирования процессов горячей штамповки для применения на этапах технологической подготовки производства поковок из конструкционных сталей.

1 Основные подходы  штамповки металлов

 Штамповка – это способ изготовления изделий давлением с помощью специального инструмента (штампа), рабочая полость которого определяет конфигурацию изделия. Штамповка является одним из наиболее прогрессивных способов обработки давлением. Если при ковке бойки деформируют плоские поверхности заготовки, контактирующие с ними, а боковые поверхности деформируются свободно без контакта с бойками, то при штамповке деформирование заготовки в каждом ручье заканчивается контактом металла со всеми поверхностями ручья, включая боковые.

По сравнению со свободной ковкой штамповка имеет следующие преимущества:

-возможность изготовления поковок сложной конфигурации

-получение более законченной формы заготовки

-более точные размеры и более качественная поверхность

-сокращение последующей механической обработки

-меньший расход металла 

-повышение производительности 50-60 раз, необходимая квалификация

Однако штамповка выгодна  лишь в массовом и серийном производстве, потому что затраты на изготовление стальных форм (штампов) оправдывается  лишь при выпуске значительного  количества поковок. Каждый штамп предназначен только для получения определённого вида заготовки. Штампы, применяемые для штамповки, состоят из двух частей: верхней – закрепляемой в ползуне, и нижней – устанавливаемой на столе пресса. Рабочими деталями штампа является пуансон, обычно устанавливаемый в верхней части штампа, и матрица, размещаемая в нижней части штампа.⁶⁴

Штамповка в зависимости от исходной заготовки подразделяется на.

-объёмную 

-листовую 

Штамповка может выполняться: 

-в горячем состоянии

-в холодном состоянии.

При объёмной штамповке используют сортовую и профильную заготовку, при  листовой штамповке заготовкой служит металл в виде листа. Методами объёмной штамповке изготавливают заготовки  сложной конфигурации (шестерни, коленчатые валы, кронштейны, рычаги и другие детали для машиностроения). Для листовой штамповки характерно получение различных корпусных изделий (деталей обшивки и корпуса легковых и грузовых автомобилей, гнутые корпусные судостроительные детали, коробчатые изделия сложной конфигурации и др.).

Холодная штамповка обеспечивает более высокое качество поверхности  и точность, но требует более мощного  оборудования и высоких энергозатрат. Одновременно следует учитывать  боле низкую пластичность обрабатываемого  в холодную металла, что зачастую вызывает необходимость многооперационной обработки. Несмотря на это, штамповка – высоко экономически эффективный метод. Механические свойства штамповок превосходят аналогичные показатели кованых деталей, так как в штамповке легче создать усилия, обеспечивающие равномерность структуры и направленность волокон.

 Горячая объёмная штамповка  (ГОШ).

Сущность процесса горячей  объёмной штамповки заключается  в том, что нагретую до оптимальной  температуры заготовку помещают в полость одной из половин  штампа, где она при воздействии другой половины приобретает заданную форму. Горячая объёмная штамповка производится в закреплённых и незакреплённых штампах. Нормально штамповка осуществляется в закреплённых штампах (обе части штампа надёжно закрепляются). Незакреплённые штампы применяются крайне редко – при мелкосерийном производстве или, когда высота штампового пространства оказывается недостаточной для извлечения поковки из штампа.

ГОШ производится в открытых и закрытых штампах.(Рис.1)

Рис.1Схема штамповки  в открытых и закрытых штампах

Обычно применяется штамповка  в открытых штампах. При этой штамповке  в окончательном ручье избыточная часть металла выдавливается  на поверхность разъёма, образуя облой. Отход металла в облой 10-20%.Облой тормозит течение деформируемого металла в стороны и способствует заполнению штампов, служит пластичным буфером, предохраняющим штампы от взаимного удара. Открытая штамповка (облойная) применяется для изготовления шатунов, крестовин, коленчатых валов и т.п.

Закрытая или безоблойная штамповка  – это такая штамповка, когда  полость штампа не имеет выхода избыточному  металлу. Расход металла снижается  до 20 % и экономятся затраты в связи  с обрезкой облоя. Однако закрытые штампы для деталей сложной формы конструктивно трудно выполнимы, дороги в изготовлении и быстро выходят из строя. Эта штамповка применяется при изготовлении, как правило, поковок типа тел вращения.

В качестве исходного материала  при горячей штамповке в открытых и закрытых штампах обычно применяют стальной прокат круглого или квадратного профиля, или прессованные прутки из цветных и тугоплавких металлов. 

В зависимости от серийности и развеса  заготовки применяют горячую  штамповку в одноручьевых штампах (при мелкосерийном и серийном производстве) или штамповку в многоручьевых штампах, которая получила большое в крупносерийном и массовом производстве. При этом способе штамповки применяют штампы, имеющие несколько ручьёв (рабочих полостей), выполняющих вначале подготовку, а затем окончательную штамповку за ряд последовательных ударов. При этом отпадает малопроизводительная подготовка поковки на молотах свободной ковки, а процесс становится более производительным.

Горячую объёмную штамповку выполняют  на паровоздушных штамповочных молотах, горизонтально-ковочных машинах (ГКМ) и кривошипных горячештамповочных прессов (КГШП). На ГКМ в первом ручье производится высадка наружного контура кольца, во втором ручье – прошивка отверстия. Горизонтально-ковочные машины могут развивать сил 0,5-30 МН. По сравнению с другими кузнечно-прессовыми машинами ГКМ являются более производительными и обеспечивают более высокую точность заготовки. Кривошипные прессы развивают силу 5-80 МН, число ходов в минуту - от 35 до 90.

 Холодная объёмная штамповка.

Продукцией холодной штамповки  являются не заготовки, как при литье, ковке, ГОШ и сварке, а, как правило, готовые детали. Штамповочные детали отличаются сравнительно высокой точностью, малой шероховатостью и стабильностью  качества. 

В холодном состоянии штамповку осуществляют в тех же штампах, которые применяются для горячей обработки. Основное преимущество холодной штамповки наряду с ранее указанными состоит в возможности деформирования заготовок малой толщины (полоса) и поперечного сечения (пруток, проволока). Этот метод позволяет получать поковки с тонкими сечениями, что в нагретом состоянии недостижимо вследствие их быстрого охлаждения. Холодная штамповка практически не применима для изготовления крупных изделий. В холодном состоянии чаще штампуют цветные металлы, низкоуглеродистые стали, легированные и коррозионностойкие стали типа Х18Н9Т.

К процессам холодной объёмной штамповки  относятся:

-правка листового материала

-плоскостная и объёмная калибровка поковок

-чеканка

-холодная высадка (производство метизов – гвоздей, заклёпок, винтов, болтов, шурупов, саморезов, гаек.)

-холодное выдавливание, которое применяют для обработки цветных сплавов, используемых для выдавливания тюбиков для зубной пасты, красок. Рис.2

 Рис2.Схема выдавливания а,б – прямого; в, г – обратного; д, е – комбинированного; ж — бокового

Листовая штамповка.

Листовая штамповка – прогрессивный метод формообразования на прессах при помощи штампов и широко применяется во всех отраслях машиностроения, приборостроительной, электротехнической и металлообрабатывающей промышленности.

Листовой штамповкой изготовляют  изделия для автомобилей, тракторов, самолётов. Сельскохозяйственных машин. Холодильников. Особенно велик объём применения листовой штамповки в судостроении (корпусное производство, двери, настилы, переборки). Удельный вес листовой штамповки по расходу материалов в основных отраслях машиностроения и производства товаров народного потребления составляет 60-98%.

Широкое развитие листовой штамповки  объясняется целым рядом её достоинств:

-высокая производительность процесса и вследствие этого низкая себестоимость штампуемых изделий,

-незначительные отходы металла по сравнению с отходами других способов обработки резанием

-взаимозаменяемость деталей, обусловленная их точностью

-широкие возможности механизации и автоматизации процесса.

Исходным материалом для листовой штамповки служат листы, ленты, полосы.

Операции листовой штамповки могут  быть разбиты на основные группы:-разъединительные (отрезка, вырубка, пробивка отверстий, надрезка, обрезка, зачистка)

-формоизменяющие (гибка, вытяжка, правка, рельефная штамповка, отбортовка, формовка, раздача, обжим)Рис.2

-прессовочные (чеканка, разметка (кернение), клеймение (маркировка) и холодное выдавливание.

-комбинированная штамповка – совмещение нескольких технологических операций, например, отрезки и гибки, вырубки и вытяжки.

-штампосборочные (запрессовка, закатка, холодная и горячая пластическая сварка и др.) 

Рис3. Схема  формовочных операций при листовой штамповке: а - гибка, б - вытяжка, в - отбортовка, г - обжим, д - раздача

Горячая листовая штамповка.

Эту штамповку применяют при  изготовлении изделий из сталей, не обладающих достаточной пластичностью  в холодном состоянии, и при штамповке  толстых листов (свыше15 мм) из низкоуглеродистой  стали. Этот вид штамповки наиболее распространён при производстве котлов, аппаратов для химической промышленности, в судостроении. Штамповку производят главным образом на гидравлических листоштамповочных прессах , а мелких изделий – на фрикционных винтовых прессах.

 Холодная листовая  штамповка.

Такая штамповка применяется для изделий из листов стали, алюминия и его сплавов, меди, латуни, сплавов магния и др., реже из полосового проката.

Холодная листовая штамповка является одним из наиболее прогрессивных  методов производства и применяется  в автомобильной, транспортной, авиационной, приборостроении и др. отраслях. 

Она имеет следующие преимущества:

-позволяет выполнять весьма сложные операции посредством простых ударов пресса

-позволяет получать взаимозаменяемые детали с достаточно высокой точностью, без необходимости в последующей механической обработке

-позволяет создавать прочные, но лёгкие по весу конструкции при небольшом расходе металла, т.е. экономно расходовать материал

-имеет высокую производительность (400-500 ходов в мин) и простоту работы обслуживания

-низкая стоимость продукции, особенно при крупносерийном и массовом производстве.

Прессование.

Прессованием называют процесс выдавливания (экструзии) находящегося в полости контейнера металл через выходное отверстие.

Методом горячего прессования в  настоящее время изготавливают широкий сортамент изделий: прутки диаметром от3 до 250 мм, трубы диаметром от 20 до560 мм (с толщиной стенки 1,5-15 мм) и самые разнообразные профили сложного сечения.

Прессование чаще всего применяют  для обработки цветных металлов, реже сплавов. Прессуют как слитки, так и деформированный металл.

Различают два метода прессования:

-прямой (пуансон давит на пресс-шайбу, вталкивая металл через отверстие в матрице)

-обратный (металл, заложенный в матрицу, при нажатии на пуансон выдавливает металл через отверстие в самом пуансоне)

В некоторых случаях применяются  такие методы прессования как  прессование с подогревом инструмента, вакуумное, с противодавлением, прилагаемым  к изделию на выходе из матрицы  и т.д. В последние годы наряду с традиционным методом горячего прессования широкое применение нашёл способ холодного прессования точных профилей, без последующей механической обработки.

Волочение.

Волочение представляет собой протягивание заготовки через отверстие меньшего поперечного сечения, чем сечение исходной заготовки. Инструментом при волочении является волочильная матрица или фильер, имеющие коническое отверстие. Инструментом для волочения служат матрицы-волоки или фильеры, волочильные доски, кольца и оправки.

Волока состоит из двух деталей: собственно волоки и обоймы, имеет четыре зоны: смазочную, деформируемую, калибрующую и выходную. Изготовляют волоки из твёрдых сплавов, технических алмазов или инструментальной стали.

Волочением изготавливают проволоку  и трубы, реже используют процесс  для калибровки сорта и производства профилей. Этот процесс позволяет изготовлять изделия различного сечения (от 10 мм до нескольких микрометров).

Отличительная черта процесса волочения  – его универсальность (простота и быстрота замены инструмента), что  делает его очень распространённым.

2.Производство  деталей с помощью штамповки.

2.1Производство гнутых профилей

При изготовлении горячей  прокаткой фасонных профилей невозможно получить стенки толщиной менее 2-3 мм. В то же время по требуемой прочности в конструкциях такая толщина нередко завышена. Фасонные тонкостенные профили, легкие, жесткие, сложной конфигурации и большой длины можно получать методом профилирования листового материала в холодном состоянии.

Процесс профилирования прокаткой  на профилегибочных станках заключается в постепенном изменении формы сечения плоской заготовки до требуемого профиля при последовательном прохождении полосы или ленты через несколько пар вращающихся фигурных роликов. Обычно таких пар от 6 до 20 и более. При данном методе площадь поперечного и толщина исходной или ленты практически не изменяется. Происходит только их последовательная гибка в поперечном сечении.

Заготовка при изготовлении гнутых профилей может быть лента или  полоса из стали и цветных металлов толщиной 0,3-10мм.

Форма гнутых гнутых профилей может  быть относительно простой - профиль открытого типа и весьма сложной - профили полузакрытого типа и закрытого типа, профили с наполнителем.

2.2Накатывание резьбы и мелкомодульных зубчатых колес

Процесс пластического формообразования резьбы плоскими плашками либо роликами производится на специальных резьбонакаточных станках. Резьбонакаточные и зубонакатные инструменты изготавливают из высоколегированных сталей Х12М, ХФ12, Х12ФН, 9ХС.

При формировании резьбы плашками заготовку 2 помещают между неподвижной 1 подвижной 3 плашками.

Рис.4 Накатывание резьбы плоскими плашками

На рабочих поверхностях у них  имеется рифления, профиль и расположение которых соответствует профилю и шагу накатываемой резьбы. При перемещении подвижной плашки заготовка катится между инструментом, а на ее поверхности образуется резьба.

Рис.5 Накатывание резьбы роликами

При формировании резьбы роликами ролики 1 и 3 получают принудительное вращение. Заготовка 2 свободно обкатывается между  ними. Ролику 3 придается радиальное движение для вдавливания в металл заготовки на необходимую глубину. Обкатка роликами требует меньших усилий. С их помощью накатываются резьбы с более крупными шагами.

Накатывание цилиндрических и конических микромодульных колес  в 15 - 20 раз производительнее зубонарезания.

Рис.6 Накатывание цилиндрических и конических микромодульных колес.

Процесс можно осуществлять на токарных станках накатниками 1 и 3, которые закреплены на суппорте и  перемещаются с подачей Sпр. Каждый накатник имеет заборную часть для постепенного образования накатываемых зубьев на заготовке 2.

3.Прцесс штампования  металлов.

А)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 «фланец» является симметричной поковкой, круглой в плане, изготовляемой осадкой в торец с одновременным выдавливанием. По всем этим признакам она относится к 1- ой группе 3 - ей 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 две операции

1. штамповка.

2. обрезка облоя.

Б) 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 1250 °С;

- под штамповку 1150 °С;

- обрезка облоя 950 °С.

В) 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, они приведены в табл.1

Табл.1 параметры индуктора

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.

Г) 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 30…50%.

D_о = 63 мм,

Н_о =156,5 мм.

Средний диаметр после осадки берется  из программы «ZAG», результат на следующей  странице.

D = 106 мм,

H = 60 мм.

После операции осадки штамповщик перекладывает заготовку клещами (клещи продольные) в окончательный ручей. Температура заготовки в этот момент t = 1150°С.

Д) 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.

Предел текучести металла принимают  приблизительно равным временному сопротивлению  растяжению при соответствующих  температуре и скорости деформации

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

После расчета усилия можно сравнить полученные вручную параметры штамповки  с расчетными полученными с помощью  программы «TECN», иприведенными на следующей странице, небольшое различие между параметрами объясняется тем что при расчете с помощью программы не использовались некоторые исходные данные которые использовались при ручном расчете.

Это необходимо, для того чтобы  избежать перегрузки и заклинивание пресса. Выбираем пресс модели КБ8042. Пресс предназначен для производства поковок из черных и цветных металлов

Е)СПЛУАТАЦИЯ 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: