Горячая штамповка

Содержание

 

    1.  Обоснование целесообразности изготовления поковки горячей объёмной штамповкой в открытом штампе.

    Штамповка является кузнечным процессом, при  котором течение металла принудительно  ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях инструмента — штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость по конфигурации поковки (см. рис. 1).

    По  сравнению со свободной ковкой штамповка  имеет ряд преимуществ, среди которых можно отметить следующее.

    Высокая производительность, во много раз  превышающая производительность свободной ковки. Грубо можно сказать, что если в течение часа свободной ковкой можно изготовить какого-нибудь вида поковки в количестве нескольких штук, то штамповкой можно получить несколько десятков и даже сотен штук таких же поковок.

    Однородность  и точность получаемых поковок. Допуски  при горячей штамповке в 3 — 4 раза меньше, чем при свободной ковке.

    В связи с этим, а также вследствие повышенного, по сравнению со свободной ковкой, качества поверхности штампованные поковки, как правило, обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, остальные поверхности оставляют необработанными.

    Точность  и качество поверхностей штампованных поковок могут быть резко повышены последующими отделочными операциями, а именно холодной калибровкой, о которой речь будет идти ниже. После холодной калибровки допуски могут быть снижены до ±0,1 и даже до +0,05 мм, а качество поверхности может быть получено такое, что дальнейшей обработки резанием не потребуется. Таким образом, штамповка развивается по пути, ведущему к резкому сокращению обработки резанием.

    Возможность получения деталей очень сложной  формы, совершенно неподдающихся изготовлению свободной ковкой без напусков. Для примера на рис. 2 приведены некоторые детали, штампуемые на молотах.

    Однако  штамповке свойственны и некоторые  недостатки, среди которых отметим  два.

    Ограниченность  штампованных изделий по весу. Пока основной областью чисто штамповочного производства являются поковки весом до 50—70 кг.

    Высокая стоимость инструмента — штампа, который, в отличие от универсального инструмента свободной ковки, является узко специализированным, т. е. годным для изготовления одной только определенной поковки. Поэтому штамповка становится рентабельной в тех случаях, когда необходимо изготовить большое количество одинаковых поковок. В массовом и крупносерийном производстве штамповка выгодна всегда. При серийном же производстве необходимо составить предварительную калькуляцию, чтобы определить, что будет выгоднее применить — свободную ковку или штамповку. Штамповку осуществляют на разнообразных штамповочных орудиях. Сюда относятся штамповочные молоты, кривошипные штамповочные прессы, горизонтально-ковочные машины, гидравлические и фрикционные прессы, горизонтально-гибочные машины, вертикально-ковочные машины, ротационные машины, ковочные вальцы и др.

    После штамповки изделия подвергают различным  отделочным операциям. Сюда относятся  обрезка и зачистка заусенцев, правка и очистка поверхности, калибровка (чеканка).  

    2. Определение массы детали. 

    M= (V₁ -V₂  + V₃ -V₄ -V₅) * γ 

    где V- объём детали (мм³), γ - плотность стали (γ=0,00785 г/мм³);

    

      V1=

= 376800

        V2=

= 147187,5

           V3=

= 1024425

      V4=

= 113825

                   V5=

= 45196,375 

    V = 1095016,125 мм

 

    Итого масса детали: 

    М = 1095016,125 * 0,00785 = 8595,87 г. 

    3. Определить % содержание основных и легирующих элементов, входящих в состав стали по [2, стр. 102].

    Сталь 45X по ГОСТ 4543-71 содержит: 

 

    4. Определяем класс точности поковки Т1, Т2, Т3, Т4, Т5  в зависимости от вида основного деформирующего оборудования ([3] табл. 19).

    Согласно  ГОСТу 7505-89, таблице 19, стр. 28 получаем, что данная деталь соответствует  четвёртому классу точности (Т4). 

 

    Определяем  ориентировочную массу поковки: 

М_п = М_д * К_р 

    где М_п – масса поковки, М_д – масса детали, К_р - коэффициент для определения ориентировочной расчетной массы поковки; 

    М_п = 8595,87 * 1,6 = 13753,392 г. 

    5. Определяем  группу стали М1,М2,М3 в зависимости от массовой доли углерода ([3], табл. 1).

    Согласно  ГОСТу 7505-89, таблице 1, стр. 8 получаем, что  данная сталь           соответствует первой группе сталей (М2). 

    6. Определяем объём тела (мм³), в который вписывается поковка ([3], Приложение 2, стр. 29).

    Размеры описывающей поковку фигуры (цилиндра): 

    диаметр – 157,5 (150*1,05) мм

    высота  – 78,75 (75*1,05) мм 

    где 1,05 – коэффициент увеличения линейных размеров; 

    V = 3,14 * (157,5/2)² * 78,75 = 1533491,36 мм³ 

    Масса описывающей поковку фигуры: 

    М = 1533491,36 * 0,00785 = 12037,9 г. 

    7. Определяем степень сложности поковки С1,С2,С3 ([3], Приложение 2, стр. 29)

    По  формуле

    C = C_п / C_ф 

    где  С_п - объём (масса) поковки, С_ф - объём (масса) фигуры, в которую вписывается поковка;

    Получаем, что 

    С = 13753,392 / 12037,9 = 1.14 

    Следовательно степень сложности заготовки есть С1. 

    8. Выбрать плоскость разъёма штампа ([4], стр.4).

    Положение плоскости разъёма должно обеспечивать:

1. Свободное удаление  поковки из штампа;
2. Наименьшую величину уклонов;
3. Если поковка не симметричная, наибольшую её часть размещают в нижней половине штампа, где легче расположить выталкиватели;
4. Как правило, разъем устанавливается в полости двух взаимно-перпендикулярных наибольших размеров поковки.

 

   

    

 
 

    9. Определить исходный индекс «И» для последующего назначения основных припусков, допусков и основных отклонений ([3], табл. 2, стр 9).

    Согласно таблице  с учетом  группы стали (М2), степени сложности поковки (С2), класса точности (Т4) и массы поковки (13,7 кг), исходный индекс принимаем равным 14 (И14). 

      

    9.1. Определить основные припуски на размеры детали ([3], табл. 3,  стр. 12). 

 

    9.2. Определить дополнительный припуск, учитывающий смещение поверхности разъёма штампа ([3], табл. 4). 

 

    9.3. Определить дополнительный припуск, учитывающий отклонение от плоскостности ([3], табл. 5, стр. 14). 

 

    9.4. Рассчитать размеры поковки и округлить согласно ГОСТ 7505-89. 

 

    9.5. Выбрать радиусы закругления наружных углов поковки по глубине полости ручья штампа ([3], табл. 7). 

 

    9.6. Определим штамповочные уклоны на наружной и внутренней поверхности поковки ([3], табл. 18). 

 

    9.7. Определить допускаемые отклонения размеров поковки ([3], табл. 8, стр. 17-19). 

 
 

    9.10. Определим допускаемую величину остаточного облоя ([3], по п. 5.8.). 

 

    9.11. Определить допускаемое отклонение от плоскостности ([3], по п.5.16.). 

 

    9.12. Определить допускаемое отклонение от концентричности пробитого отверстия относительно внешнего контура поковки ([3], табл.12). 

 

    9.13. Определим допускаемое смещение по поверхности разъёма штампа ([3], табл. 9). 
 

 

    9.14. Определить допустимую величину высоты заусенца ([3], по п. 5.10.).

    Допускаемая величина высоты заусенца на поковке по контуру обрезки облоя не должна превышать: 

    5 мм – для поковок массой  свыше 5,6 кг до 50,0 кг включительно. 

    10. Произвести расчёт наметки под прошивку отверстия в поковке ([4], стр. 7-8).

    Конструирование наметки под прошивку сводится к определению толщины перемычки: 

    

 

    где d₀ – диаметр отверстия поковки, мм

          h – высота отверстия поковки, мм

           S – толщина перемычки, мм 

    Получаем: (h = 84 d₀ = 45)

      S = 6,71 мм 

    11. Рассчитать заусенечную канавку штампа ([4], стр. 8-9).

    По  формуле:

    

    где - толщина пережимного мостика, мм;

          - наружный диаметр поковки, мм.

          =157,5 мм

    Получаем  = 2,3625 мм. 

    

 

    12. Определить размеры исходной заготовки для поковки ([4], стр. 9-11).

    По  формуле 

    

,

    где   - объём заготовки см ; 

             объем поковки см ²;

             - объем заусенца см ²;

             объем перемычки см ;

              угар, , =1,0 , так как применяется нагрев в электропечах (индукционный нагрев). 

    Объем поковки определяем по формуле 

    

 

    где    объем детали, мм³;

              коэффициент, учитывающий увеличение объема детали за счет припусков и напусков ( =1,3). 

    V_П = 1,3 * 1095016,125 = 1423,52 см³ 

    Объем заусенца  определяем по формуле 

    

 

    где  - площадь сечения канавки для заусенца, см²;

            - периметр поковки по разъему штампа, см;

             К - коэффициент заполнения канавки  (принимается К=0,5). 

    V_З = 0,5 * 2,01 * π * 15,6 = 49,22 см³ 

    Объем перемычки определяем по формуле  

    

 

    где  - диаметр отверстия поковки, см;

            S - толщина перемычки, см; 

    V_ПЕР  = (3,14 * 4,5²) * 0,671 / 4 = 10,66 см³ 

    Определим объём заготовки 

    V_ЗАГ = (1423,52 + 49,22 + 10,66) * 1,01 = 1483,5 см³ 

    Диаметр исходной заготовки определяем по формуле  

    

 

    где - диаметр поковки, см;

           - объем заготовки, см ;

             , где - длина заготовки, см (принимаем m = 2). 

    D_ЗАГ = 1,08 * 9,05 = 9,774 см 

    Принимается по ГОСТу 2590-71 D_ЗАГ = 100 мм

    Длину заготовки определяем по формуле  

    

 

    где - длина заготовки, см;

           - объем заготовки, см³;

           -диаметр проката, см. 

    L_ЗАГ  = (4,32 * 1483,5) / (3,14 * 10 ²) = 20,4 см 

    Принимается L_ЗАГ = 210 мм. 

    13. Определить температурный интервал штамповки ([4], Приложение 1) 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                   Литература 

1. Ковка и  штамповка: Справочник. В 4-х т. под  ред. Е.И.Семенова,- М.: Машиностроение,1986.-Т.2,592с.
2. Справочник металлиста в 5-ти т. под ред. А. Г. Рахштадта. М., "Машиностроение", 1796,720с.
3. ГОСТ  7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски., М. 1990, 52с.
4. В.М.Журавков, Л.В.Белокурова. Разработка поковки и технологического процесса получения поковки на кривошипном горячештамповочном прессе в открытом штампе. Методическое указание. Кострома, КТИ,1996.-16с.