Горячая объемная штамповка

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

      Ведение -----------------------------------------------------------3

 

 1.  Сущность  метода  горячей объёмной   штамповки.   Преимущества   и

    недостатки ---------------------------------------------------------3

 

2. Характеристика материала поковки и технические требования к приёмке

    ----------------------------------------------------------------------5

   

3. Расчёт  поковки.    Назначение  припусков,    допусков  и кузнечных

    напусков ------------------------------------------------------------6

   

4. Разработка технологии изготовления поковки

         4.1     Описание технологического  процесса горячей объёмной

               штамповки ------------------------------------------------9 

         4.2     Штамповка на ковочных  вальцах---------------------------11 

        4.3     Устройство и принцип работы деформирующего  оборудования  и

     штамповой  оснастки -------------------------------------------------12 

5. Дефекты в поковках. Способы их предотвращения и устранения  --------13 

      Заключение-------------------------------------------------------16 

      Список используемой литературы-------------------------------------17 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

          При производстве металлических  изделий широко применяют   обработку

металлов давлением  как в горячем, так  и  в  холодном  состоянии.  Основными

способами  обработки  металлов  давлением  являются   прокатка,   волочение,

прессование, ковка  и штамповка.

           Прокатка  –  один  из  важнейших   способов  обработки  давлением,

которым обрабатывается 75-80% выплавляемой стали.

          Горячая  объёмная  штамповка   поковок  осуществляется  в   штампах.

Штамп состоит  из  двух  разъёмных  частей,  внутренние  полости  которых  в

собранном   виде   образуют   ручьи.   Течение   металла   при    деформации

ограничивается  формой и  размерами  внутренней  полости  штампа.  Получаемые

поковки  отличаются   высокой   точностью   размеров,   большей   сложностью

конфигурации,  хорошим   качеством   поверхности   и   меньшими   допусками.

Следовательно,  штамповка  обеспечивает   значительную   экономию   металла,

снижает  трудоёмкость  обработки  в  кузнечном  цехе   и   при   последующей

механической  обработке,  повышает  коэффициент  использования   металла   и

увеличивает производительность оборудования.

          Горячую  объёмную  штамповку   широко  применяют  в  автомобильной,

тракторной, транспортной, авиационной и других отраслях промышленности. 
 
 

               1. Сущность метода горячей объёмной штамповки.

                         Преимущества и  недостатки. 

          Масса слитков   составляет    от    200  кг  до  350т.  Наибольшее

распространение  имеют    слитки    массой    более    1   т.  Для     ковки

применяются     слитки  многогранные    (чаще  всего  шести   восьмигранные)

или    цилиндрические.

        По    способу  изготовления  поковок  различают  свободную   ковку  и

горячую объёмную штамповку.

          Горячая  объёмная  штамповка   –  это  вид   обработки   материалов

давлением,  при  котором  формообразование  поковки  из  нагретой  заготовки

осуществляют  с помощью специального инструмента  –  штампа.  Течение  металла

ограничивается  поверхностями плоскостей, изготовленных  в  отдельных  частях

штампа, так что  в конечный момент штамповки они  образуют  единую  замкнутую

плоскость (ручей) по конфигурации поковки.

          В  качестве  заготовок  для   горячей   штамповки   в   подавляющем

большинстве случаев  применяют прокат  круглого  квадратного,  прямоугольного

профилей, а также  периодический. При  этом  прутки  разрезают  на  отдельные

заготовки, хотя  иногда  штампуют  и  от  прутка  с  последующем  отделением

поковки  непосредственно  на  штамповочной  машине.  Заготовки  отрезают  от

прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах,  газовой  резкой

и т д.

         По сравнению с ковкой  штамповка   имеет  ряд  преимуществ.  Горячей

объёмной  штамповкой   можно   получать   без   напусков   поковки   сложной

конфигурации, которые  ковкой  изготовить  без  напусков  нельзя,  при  этом

допуски на штамповочную поковку в 3 – 4 раза  меньше,  чем  на  кованную.  В

следствии  этого  значительно  сокращается  объём  последующей  механической

обработки, штамповочные поковки обрабатывают только в  местах  сопряжения  с

другими деталями, и эта обработка может сводиться  только к шлифованию.

         Производительность штамповки значительно  выше – составляет  десятки

и сотни штамповок  в час.

         В  то  же  время  штамповочный  инструмент  штамп  –  дорогостоящий

инструмент и  является пригодным только  для  изготовления  какой  то  одной,

конкретной поковки. В связи  с  этим  штамповка  экономически  целесообразна

лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок.

         Кроме  того,  для  объёмной  штамповке  поковок  требуется   гораздо

больше усилий деформирования,  чем  для  ковки  таких  же  поковок.  Поковки

массой в несколько  сот  килограммов  для  штамповки  считается  крупными.  В

основном штампуют поковки массой 20 – 30 килограмм.  Но  благодаря  созданию

мощных машин  в отдельных случаях штампуют поковки массой до трёх тонн.

           Горячей   объёмной   штамповкой   изготовляют    заготовки    для

ответственных деталей автомобилей,  тракторов,  сельскохозяйственных  машин,

самолётов, железнодорожных  вагонов, станков и так далее.

         Конфигурация поковок чрезвычайно   разнообразна,  в  зависимости   от

неё поковки  обычно разделяются на группы.  Например,  штампованные  поковки,

можно разделить  на 2 группы:  удлинённой  формы,  характеризующиеся  большим

отношением длинны к ширине, и круглые или квадратные в плане.

          Наличие  большого  разнообразия  форм  и   размеров   штампованных

поковок,  а  также  сплавов,   из   которых   их   штампуют,   обуславливает

существование различных способов штамповки.

         Так как характер течения металла  в процессе штамповки  определяется

типом штампа, то этот признак  можно  признать  основным  для  классификации

способов штамповки. В  зависимости  от  типа  штампа  выделяют  штамповку  в

открытых штампах  и в закрытых штампах.

         Штамповка в открытых  штампах   характеризуется  переменным  зазором

между  подвижным  и  неподвижным  частями  штампа.  В  этот  зазор  вытекает

заусенец (облой), который закрывает выход из  полости  штампа  и  заставляет

металл  целиком  заполнить  всю  полость.  В  конечный  момент  формирования

заусенец выжимаются излишки металла, находящийся в  плоскости, что  позволяет

не предъявлять  особо высоких  требований  к  точности  заготовок  по  массе.

Заусенец затем  обрезается  в  специальных  штампах.  Штамповкой  в  открытых

штампах получают поковки всех типов.

         Штамповка в  закрытых  штампах   характеризуется  тем,  что   полость

штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор  между подвижной  и

не  подвижной  частями  штампа  при  этом  постоянный  и  большой,  так  что

образование заусенца в нём не предусматривается.  Устройство  таких  штампов

зависит от типа машины, на которых штампуют. Закрытый  штамп  может  быть  с

одной или двумя  взаимно  перпендикулярными  плоскостями  разъёма,  то  есть

состоять из трёх частей.

        При штамповке в закрытых штампах   надо  строго  соблюдать  равенство

объёмов заготовки  и поковки, иначе при  недостатке  металла  не  заполняются

углы полости  штампа, а при избытке размер поковки  по  высоте  будет  больше

нужного. Значит процесс получения заготовки  усложняется,  поскольку  отрезка

заготовок   должна   сопровождаться    высокой    точностью.    Существенным

преимуществом штамповки  в  закрытых  штампах  является  уменьшение  расхода

металла, поскольку  нет  отхода  заусениц.  Поковки  полученные   в  закрытых

штампах имеют  более благоприятную микроструктуру, так как  волокна  обтекают

контур поковки, а не  прорезаются  в  месте  выхода  металла  заусениц.  При

штамповке в  закрытых штампах металл деформируется  в  условиях  всестороннего

неравномерного  сжатия при больших зажимающих  напряжениях,  чем  в  открытых

штампах. Это  позволяет получить  большие  степени  деформации  и  штамповать

малопластичные  сплавы.

         К  закрытой  штамповке  можно   отнести  штамповку  выдавливанием   и

прошивкой, так  как штамп в  этих  случаях  выполняют  по  типу  закрытого  и

отхода металла  заусениц  не  предусматривает.  Деформирование  металла  при

горячей штамповке  вдавливанием  и  прошивкой  происходит  так  же,  как  при

холодном прямом и обратном выдавливании. 
 
 

2. Характеристика материала  заготовки и технические  требования. 

Для поковки ''Цапфа  правая'' использована сталь Ст3 ГОСТ 380 - 88

                              Химический состав 

C = 0,14 – 0,22 %

Si = 0,12 – 0,30%

Mn = 0,40 – 0,65%

Cr = 0,3%

P=0,04%

S=0,05%

Cu=0,3%

As=0,08%

Ni=0,3% 

    Сталь Ст3  конструкционная   обыкновенного  качества  низкоуглеродистая

низколегированная, по степени раскисления,  спокойная,  содержит  в  среднем

0,20%С;  0,3%Cr и  0,25%Si.

    Поковка  относится ко 2-й группе ГОСТ 8479 -70.  Сдается  по  твердости.

Твердость измеряют на одной  поковки  от  партии.  Партия  комплектуется  из

поковок одной  марки  стали,  совместно  прошедших  термическую  обработку  в

одной печи.[pic]

    Гр.       НВ 111 – 156 ГОСТ 8479 – 70.

    Для  обеспечения заданной  твердости   поковка  должна  быть  подвергнута

термической обработки: нормализации.

    Нормализация: нагрев до 870 – 900 оС, выдержка 1 мин/мм, охлаждение  на

воздухе.

    Стали  обыкновенного  качества  поставляют  в  виде  проката  (проволока

ГОСТ17305 - 71, прутки  ГОСТ 7417-75, уголки, трубы ГОСТ8732  -  78,  полоса

ГОСТ 1577 - 81 и  т. д.), а так же поковок ГОСТ8479 - 70 . В  зависимости  от

гарантируемых свойств их поставляют трех групп: А, Б, В. 
 
 

                       Механические свойства поковок. 
 
 

|      |              |       |Не менее                            |      |

|735               |850               |835               |680               | 
 

                          Технологические свойства.

Температура ковки  °С: начала 1300, конца 750. Охлаждение на воздухе.

Свариваемость- сваривается.

Без ограничений: способы сварки РДС, АДС под флюсом и  газовой  защиты  ЭШС,

КТС.

Для  толщины   свыше   37   мм.   Рекомендуется   подогрев   и   последующая

термообработка.

Склонность к  отпускной хрупкости- не склонна.

   По структуре  после нормализации стали подразделяют  на следующие  классы:

перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный. 
 
 

                              3. Расчёт поковки 

1) Деталь –  цапфа правая.

2)  Штамповочное  оборудование   -  Кривошипный   горячештамповочный   пресс

   (КГШП).

   Нагрев  заготовок – печной газопламенный.

   Масса  детали 2.57кг. 
 

3) Параметры  поковки

    - Масса  паковки; M = Mg[pic]Kp

                Mg – масса детали; 2.57 кг

                Kp – расчётный коэффициент; принимаем  1,5 (Так как деталь  с

   прямой  осью) 

                M = 2.57[pic]1,5 = 3.85кг 
 

    - Класс  точности паковки устанавливаем  в зависимости от технологического

      процесса и оборудования для  её изготовления.

                 Класс точности  Т4 
 

    - Группа  стали устанавливается исходя  из среднего  массового  содержания

      углерода и легирующих элементов  (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V)

                 Группа стали принимаем М1

         (Углерода около 0.22%) 
 

    - Степень  сложности определяем путём вычисления  отношения массы  поковки

      к массе геометрической фигуры, в которую вписывается форма  поковки.

       Gф=Vф[pic]d;       Vф = 1.64дм3;    d=7.8кг/дм3 ;

       Gn/Gф = 3.85/12.8 = 0,3

                   Степень сложности принимаем  С3 
 

       -    Выбор поверхности разъёма  штампа.

         Поверхность разъёма называют  поверхность соприкосновения верхней   и

            нижней половины между собой.  На детали плоскость разъёма   штампа

   выбираем  так ,   чтобы при этом  глубина полости штампа  была  наименьшей,

   что   облегчает  заполнение  металлом  полости  штампа  и  хорошую   выемку

   штампованной  поковки из неглубокой полости.

          Конфигурация поверхности штампа  плоская ( П ) 

    - Исходный  индекс определяем для последующего  назначения  припусков  на

      механическую обработку и   допускаемых  отклонений  размеров.  Исходный

      индекс зависит от массы паковки,  марки  стали,  степени  сложности   и

      класса точности паковки.

               Исходный индекс принимаем 10 
 

4) Назначение  припусков на механообработку,  мм.

            Диаметр 100мм, чистота поверхности  12.5 припуск 1.3мм

       Диаметр 40 мм, чистота поверхности  12.5 припуск 1.2мм

       Диаметр 42 мм, чистота поверхности  12.5 припуск 1.2мм

       Диаметр 55 мм, чистота поверхности  12.5 припуск 1.2мм

       Диаметр 210 мм, чистота поверхности  12.5 припуск 1.4мм

       Ширина 8 мм, чистота поверхности  12.5 припуск 1.1 мм 
 
 

5) Кузнечные  напуски

         -    На наружные поверхности  50

         -    На внутренние поверхности  70 

6) Радиус закругления  r=3,6 - наружные углы, r*3=10,8 - внутренние  углы.

           (Глубина ручья составляет 51мм, масса  поковки 3.84кг.) 
 

7) Размеры поковки  с припусками на механообработку:

    Диаметр  100 + 1.3*2 = 102.5 мм

    Диаметр  40 + 1.2*2 = 42.5 мм

    Диаметр  42 + 1.2*2 = 44.5 мм

    Диаметр  55 + 1.2*2 = 57.5 мм

    Диаметр  210 + 1.4 = 211.5 мм

    Ширина 8 + 1.1 = 9 мм 
 

8) Допускаемое  отклонение размеров:

    Диаметр  102.5+1.3

    Диаметр  42.5 +1.1

    Диаметр  44.5+1.1

    Диаметр  57.5 +1.1

    Диаметр  211.5+1.4

    Ширина 9+0.9 
 

9) Допускаемое  отклонение от плоскости –  1мм. 

10)Допускаемая  величина высоты заусенца по  контуру обрезки облоя - 3мм. 

11) Расчет размеров  заготовки :

       Диаметр заготовки равен максимальному  диаметру поковки  D=102мм.

            Длинна заготовки:     Lзаг=4[pic]Vзаг/П[pic]D2,       D = 102мм

                        Vзаг = Vпок + Vобл + Vуг;

                        Vпок = 0,922дм3 – расчитанно по  чертежу.

                        Vобл = 0,08[pic] Vпок = 0,08[pic]0,922=0,07дм3

                             Vуг     =     0,03[pic]      (Vпок      +Vобл)=

0,03[pic]0,992=0,02дм3

             Vзаг = 1,02дм3;

              Отсюда длина заготовки Lзаг  = 1,24дм3 
 

12) Выбор усилия  КГШП:

          Масса поковки равна 3,85кг, значит  усилие 20000 кН. 
 
 

              4.  Разработка технологии изготовления поковки. 

           4.1 Технологический процесс горячей объёмной штамповки. 

         . Транспортирование заготовки со  склада. Для этого используют  любой

           транспорт.

         . Отрезка заготовки выполняется  гидравлическими  ножницами   усилием

           10000 кН при температуре 700 –  4500С.

         . Наладка оборудования.  Проверить   на  работоспособность  ковочные

           вальцы и КГШП. Ручей штампа  смазывают специальным раствором.

         .  Выборочный  контроль  размеров  заготовки.   Проверяют   размеры

           заготовки с помощью измерительных  средств.

         . Нагрев. Нагрев  производится  в   печи  с  газопламенным  способом

           нагрева до температуры 13000С.

         . Горячая объемная штамповка  производится после нагрева заготовки  в

           печи до температуры 13000С, а  затем подается на  ковочные  вальцы

           для предварительной штамповки,  после чего получившуюся  заготовку

           кладут в ручей КГШП при  температуре 1280 – 7500С. 

         . После объемной штамповки   идет  операция  обрезки  заусенца.  Эту

           операцию производят специальными  обрезными прессами  с  обрезными

           штампами (например, Пресс КА 9536 усилием  4000  кН),  а  так  же

           обрезку  заусенца  можно   производить   с   помощью   КГШП   при

           температурном интервале 730 –  6300С. 

         .  Для  стали  Ст3   в   роли   термообработки   можно   произвести

           нормализацию. Температура  нормализации  870  –  9000С,  а  затем

           охлаждение на воздухе.  Нормализация  производится  для  придания

           металлу требуемый уровень механических  свойств,  для  обеспечения

           необходимую структуру. 

         . Правка поковки. Эту операцию  выполняют для устранения искривлений

           осей   и   искажения   поперечных   сечений,   образующихся   при

           затруднённом  извлечении  поковок   из   штампа,   после   обрезки

           заусенца, а также после термической  обработки. Крупные поковки   и

           поковки из высокоуглеродистых  и высоколегированных сталей  правят

           в горячем состоянии,  либо  в  чистовом  ручье  штампа,  либо  на

           обрезном прессе, либо на отдельной  машине. Мелкие  поковки  можно

           править в  холодном  состоянии   после  термической  обработки   на

           специальном  оборудовании  (обычно  на  фрикционных   молотах   с

           доской),  в  правочных  штампах,  ручьи  которых  изготовляют   по

           чертежу холодной поковки. 

         . Очистка поковок от окалины.  Очистка обеспечивает  условие   работы

           режущего инструмента при последующей   механической  обработке,  а

           также   контроль   поверхности   поковок.   Очистку    производят

           несколькими способами: в барабанах,  дробью, травлением.

          В барабанах очищают поковки  следующим образом. Поковки загружают  в

          барабан с наклонной осью вращения, в  котором  находятся   стальные

          звёздочки. При вращении барабана  поковки трутся и ударяются  друг с

          другом и со звёздочками,  благодаря   чему  и  происходит  сбивание

          окалины. При очистке тяжёлых  поковок на их поверхности   образуются