Колесо зубчатое

Содержание

1 Анализ исходных данных 2

1.1 Анализ чертежа детали 2

1.2 Анализ технологичности детали 2

1.3 Обоснование и выбор метода изготовления заготовки 2

2 Разработка технологии получения поковки 3

2.1 Определение объема и массы поковки 3

2.2 Определение исходного индекса 3

2.3 Выбор поверхности разъема 4

2.4 Расчет припусков 4

2.5 Выбор напусков, штамповочных уклонов и радиусов закруглений 4

2.6 Назначение допусков. 5

3 Определение исходной заготовки и выбор режимов штамповки 6

3.1 Определение размеров полости чистового ручья 6

3.2 Выбор и расчет облойной канавки 6

3.3 Выбор ручьев штампа 7

3.4 Выбор температурного режима штамповки и способа нагрева заготовки. 7

3.5 Расчет параметров исходной заготовки 8

3.6 Определение переходов штамповки 9

3.7 Выбор способа разделения исходного прутка на заготовки 9

4 Выбор оборудования и проектирование штампа 10

4.1 Определение массы падающих частей молота 10

4.2 Определение размеров штампового кубика 10

4.3 Выбор материала молотового штампа 11

5 Обрезка облоя 12

5.1 Выбор способа и температуры обрезки облоя 12

5.2 Расчет усилия и обрезки облоя и выбор пресса 12

5.3 Определение размеров деталей и закрытой высоты штампа 13

6 Литература 15

1. Анализ исходных данных

Исходными данными для разработки технологии получения поковки являются чертеж детали “Колесо зубчатое“, материал детали (сталь 40Х), технические требования, предъявляемые к ней.

1. Анализ чертежа детали

Деталь  “Колесо зубчатое” предназначено  для передачи вращения между валами в различных механизмах: редукторах, коробках скоростей и т.д. Сопряжение с валом осуществляется посредствам  шлицевого соединения.

Деталь изготовлена из легированной стали 40Х ГОСТ 4543-71.

2. Анализ технологичности детали

Колесо зубчатое представляет собой  деталь с короткой осью.

Для обработки поверхностей колеса на токарных операциях потребуется  следующий режущий инструмент: сверла, проходной, подрезной резцы, шлифовальные круги, фрезы.

Конструкция детали обеспечивает свободный  подвод и отвод режущего инструмента.

В соответствии с  заданием поковку  будем получать из материала:

Сталь 40Х ГОСТ 4543-71.

3. Обоснование и выбор метода изготовления заготовки

Применение в качестве заготовки  для последующей механической обработки  поковки после горячей объемной штамповки обеспечивает больший  коэффициент использования материала, а следовательно меньший отход  металла в стружку.

Горячая объемная штамповка является одним из самых производительных способов получения поковок. Одно из главных достоинств горячей объемной штамповки состоит в том, что  она позволяет изготовлять высококачественные поковки высокой точности и имеет  большую производительность.

Горячая объемная штамповка в процессе деформации обеспечивает фиксированные  размеры в трех направлениях. Это  достигается использованием специального инструмента, называемого штампом, состоящего из двух и более частей, смыкание которых образует объемную полость по форме штампуемой поковки. Главное преимущество горячей объемной штамповки это увеличениевсех механических характеристик.

Для объемной штамповки детали “Колесо зубчатое “ воспользуемся штамповкой на молоте, т.к. она имеет следующие преимущества:

- более низкая  стоимость (в 3-4 раза) молота при  сопоставимых мощностях КГШП  и молота;

- большая  универсальность;

- более простые  конфигурации штампов и их  регулирование. 

Всё это позволяет снизить себестоимость  получаемой заготовки, а следовательно  и себестоимость конечной детали.

2. Разработка технологии получения поковки

По точности изготовления, в зависимости  от предъявляемых требований, отнесем поковку кI классу точности (нормальная точность), а по группам стали к группе М1 – сталь с массовой долей углерода до 0,35%,или суммарной массовой долей легирующих элементов до 2%.

1. Определение объема и массы поковки

Определим объем детали, для чего разобьем ее на элементарные составляющие. Деталь можно разбить на 2 цилиндра. Объём детали найдём по следующей формуле:

 

Определим массу детали:

М_Д=V_Д·r  ,

где  r-плотность стали(r=7.850·10^-6кг/мм³)

 

Определим массу поковки:

 

Где Кр – расчетный коэффициент для определения примерной массы поковки, Кр=1,5…1,8

Масса поковки:                               

 

Объем поковки:

 

Найдем коэффициент сложности  поковки, как отношение объема поковки  к объему геометрической фигуры V_ОФ, в которую вписывается поковка (фигурой в данном случае является цилиндр с диаметром 108 мм и высотой 30 мм (припуски на размеры не учитываем, т.к. их влияние на объём относительно невелико)):

 

 

С > 0,63, что соответствует степени сложности С1 по ГОСТ 7505-83.

2. Определение исходного индекса

Исходный  индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и необходимых  отклонений определяют в зависимости  от массы, марки стали, степени сложности  и класса точности. Для поковки массой кг, марка стали М1, степень сложности С1 и 1 класс точности исходный индекс 3.

3. Выбор поверхности разъема

При выборе плоскости разъема штампа необходимо выполнение следующих основных требований:

• Легкое удаление поковки из ручья штампа
• Возможность контроля сдвига одной части поковки относительно другой
• Простая и дешевая механическая обработка ручьев штампа
• Минимальная глубина и максимальная ширина ручья штампа
• Возможность получения прямой а не ломаной плоскости разъема

В нашем  случае рационально выбрать плоскость  разъема, представленную на Рис3.1

Рис.3.1

4. Расчет припусков

Припуск на механическую обработку  включает в себя основной, а так  же дополнительный припуски. Величины припусков следует назначать  на одну сторону номинального размера  поковки. Основные припуски на механическую обработку назначаются в зависимости  от исходного индекса, линейных размеров и шероховатости детали.

данные сведём в следующую таблицу:

 

Табл.3.1

Размер, мм	Шерохов.	dосн, мм	dдоп1, мм	dдоп2, мм		Размер, мм
Æ56	6,3	0,8	0,1	0,1		Æ56+(0,8+0,1+0,1)·2
Æ40	6,3	0,6	0,1	0,1		Æ40+(0,6+0,1+0,1)·2
10	6,3	0,6	0,1	0,1		10+(0,6+0,3+0,3)·2
22	6,3	0,6	0,1	0,1		22+(0,6+0,3+0,3)·2
Æ25	6,3	0,6	0,1	0,1		Æ25+(0,6+0,3+0,3)·2

 

5. Выбор напусков, штамповочных уклонов и радиусов закруглений

Штамповочные уклоны облегчают  удаление поковки из ручья. Максимально  допустимые штамповочные уклоны при ковке на штамповочном молоте в соответствии с ГОСТ 7505-83 составляют для наружных поверхностей-7⁰, для внутренних 10⁰.Примем уклоны для наружных поверхностей 5̊, для внутренних 7̊.

Минимальная величина радиусов закруглений  наружных угловпоковкиR_нпри массе поковки от 1,0 до 6,3 кг и глубине полости ручья штампа от 10 до 25 мм составляют 2,0 мм. Радиусы закруглений внутренних углов поковки R_в и соответствующие им радиусы выступов ручьев штампов должны быть в 2-3 раза больше R_н. Примем R_в=4мм

• Неуказанные предельные отклонения размеров принимаются равными 1,5 допуска соответствующего размера поковки с равными допускаемыми отклонениями.
• Неуказанные допуски радиусов закругления для поковки 4 класса точности составляют 1мм.
• Допускаемая величина остаточного облоя составляет 0,7мм.
• Допускаемое отклонение от плоскостности 0,8мм.
• Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа 0,5мм
• Допустимая величина высоты заусенца на поковке по контуру обрезки облоя 2мм.

6. Назначение допусков.

В допусках учитывают недоштамповку по высоте, колебание температуры деформируемого материала и штампа, износ штампа и ряд других факторов. Допуски  и необходимые отклонения линейных размеров поковок назначаются в  зависимости от исходного индекса  и размера поковки.

Табл.3.2

Размер, мм	Допуск, мм	Отклонения
Æ58	0,6	+0,4 -0,2
Æ22	0,5	+0,3 -0,2
12	0,5	+0,3 -0,2
24	0,5	+0,3 -0,2
Æ26	0,5	+0,3 -0,2

 

3. Определение исходной заготовки и выбор режимов штамповки

1. Определение размеров полости чистового ручья

Размеры полости чистового  ручья будут отличаться от размеров холодной поковки на величину горячей  усадки.

Размер горячей поковки  с учетом усадки:

,

где  l – размер холодной поковки

α – коэффициент линейного  расширения, α = 12,2 · 10^-6 , 1/ºС,

t – температура конца штамповки, t = 800…830ºС,

для примерных расчетов коэффициент линейной усадки принимается  примерно 1,2%.

Размер поковки, мм	Размер ручья, мм
Æ58	Æ58,6
Æ22	Æ22,2
12	12,1
24	24,2
Æ26	Æ26,4

2. Выбор и расчет облойной канавки

В конце штамповки облой создает  вокруг поковки сопротивление(служит как бы уплотнительным кольцом),которое  предотвращает вытекание металла  между штампами на плоскость разъема  и тем самым заставляет металл полнее и точнее заполнять полость  штампа.

Вследствие отклонений размеров заготовки  и размеров ручьев штампа практически  трудно соблюсти совпадение объемов  заготовки и ручья. Поэтому заготовка  должна иметь несколько больший  объем в сравнении с объемом  ручья. Получающийся избыток металла  вытесняется в облой.

Облой в значительной мере выполняет  роль буфера, смягчающего удар верхнего штампа онижний, и тем самым предохраняет его от смятия и поломки.

Для выбора облойной канавки определим  толщину облоя на мостике заусенца h₀. Допускаемая величина заусенца при штамповке в закрытых штампах для поковки массой свыше 0,5 кг до 3,2 кг, степень сложности С1 составляет

h₀=2мм.

Тогда основные размерыоблойной канавки:

h₁=4мм, R=2,5мм, b=10мм, b₁=28мм, S_об.к=2,01см²

(S_об.к-площадь сечения нормальной канавки)

V_облоя=1,6·S_об.к·(D_п+0,7(b+b₁))

 

 

Рис.3.1 Облойная канавка

3. Выбор ручьев штампа

Для штамповки данной поковки  следует применить окончательный  ручей, а также предусмотреть  площадку для осадки.

Площадка для осадки должна быть достаточной для размещения на ней  заготовки после осадки. Для получения  штампа минимальных размеров используют часть его площадки в зоне облойной канавки, предусматривая плавный переход  от канавки в полость штампа.

4. Выбор температурного режима штамповки и способа нагрева заготовки.

С целью придания металлу необходимой  пластичности и уменьшения сопротивления  пластическому деформированию заготовки  перед ковкой  и штамповкой нагревают.  От правильного нагрева в значительной степени зависят качество изделия, угар металла, нормальные условия работы оборудования.

Электронагрев по расходу энергии  на тонну заготовок менее экономичен, чем нагрев в пламенных печах. Однако его широко применяют, так  как он повышает производительность труда, позволяет провести полную автоматизацию  и обеспечить высокую стабильность процесса, улучшить условия труда  и сократить потери металла на окалинообразование.

Потери металла в виде окалины  при индукционном нагреве составляют 0,2-0,4% массы нагреваемого металла, что  почти в 10 раз меньше, чем при  нагреве в пламенных печах. Уменьшение окалины повышает качество поковок  и увеличивает стойкость штампов  кузнечно-прессового оборудования. Технологические  преимущества электронагревательных  устройств особенно эффективны в  серийном поточном производстве.

Рекомендованный интервал  штамповки для стали 40Х:

     - температура начала  ковки - 1200ÅС;

     - температура конца ковки   - 800ÅС;

     - максимальная температура  нагрева металла перед ковкой - 1250ÅС.

     - температура рабочего пространства - 1300ÅС.

 

Продолжительность нагрева заготовок диаметром 40мм и длиной 63мм до 1200°С в индукторес внутренним диаметром 90мм и длиной обмотки 300мм составляет 120 сек

Рис.3.2 Схема индукционного  нагревателя

Тип индукционного нагревателя: КИН9-250/5,4П.

5. Расчет параметров исходной заготовки

Для нахождения размеров исходной заготовки  определим ее объем:

V_заг=V_пок+V_уг+V_облоя

гдеV_уг–объем угара металла,

V_уг=0.03·(V_пок+V_обл)=0.03·(49500+27207,36)=2301,2 мм³

V_заг=49500+27207,36+2301,2=79008,6 мм³

Тогда масса  заготовки:

 

Диаметр неосаженной заготовки:

Примем m=2, тогда

 

 

 

Примем следующие размеры исходной заготовки: D_заг=40мм,Н_заг = 62,9мм

6. Определение переходов штамповки

Рис.3.3 Переходы штамповки

На Рис.3.3 представлены штамповочные переходы:

1.Исходная заготовка

2.Заготовка после осадки

3.Поковка

7. Выбор способа разделения исходного прутка на заготовки

Разрезку выбранного прутка будем  производить на  механических ножницах без отхода металла путем смещения (сдвига) отрезаемой части прутка по поверхности раздела сближающихся ножей. Это наиболее распространенный и экономичный способ разделения сортового проката на заготовки. Выбираем полностью закрытую разрезку (Рис.3.4), исключающую поворот и изгиб не только прутка, но и отрезаемой части. Заготовки отрезанные таким способом имеют

значительно меньшее искажение  формы, чем открытая и не полностью  открытая резка.

Рис.3.4 Схема установки для разрезки прутка на заготовки

Для уменьшения усилия отрезки, устранения динамического характера нагруженияи для повышения точности отрезаемых заготовок прокат перед разрезкой нагревают до температуры 550—600°С.

4. Выбор оборудования и проектирование штампа

1. Определение массы падающих частей молота

Массу падающих частей при штамповке  круглых в плане поковок в  открытом штампе для паровоздушного молота будем определять по формуле:

 

где  D_n-диаметр поковки, D_n=мм,

s_т-предел текучести, s_т=48МПа при температуре t=800̊C

b-ширина мостика облойной канавки, b=10мм,

h₀-толщина мостика облойной канавки, h₀=2мм.

 

На основании расчета выберем  для штамповки заданной поковки  паровоздушный молот по ГОСТ 9752-75 с номинальной массой падающих частей 2 тонны.

2. Определение размеров штампового кубика

Размеры штампа в плане определяются графическим методом, после соблюдения ручьев и предварительно рассчитанных минимальных толщин стенок между ручьями и краями штампа.

 

 

Толщина стенок между ручьем и гранью штампа:

, 

гдеТ – определяется по номограмме  в зависимости от размеров h, R, a.

Приh = 21 мм, R = 4 мм, α = 5̊, T = 38 мм.

Минимальная высота кубика штампа:

;

H_min = 8·21 = 168 мм.

Штамповый кубик: AxBxH = 220 x 270x 170 мм.

 

Проверка штампового кубика по площади соударения штампов:

,  
где – масса падающих частей, т.

F_c ≥ 150·1,197 = 179,6см².

Действительная площадь соударения:

, 

где – площадь штампового кубика в плане;

 – площадь поковки в плане; 

 – площадь проекции выемки  под клещевину.

Из предварительных построений:F_n = 102 см²;

Зная допускаемое значение площади  соударения и все остальные составляющие, можно определить площадь штампового кубика в плане:

F_к ≥ 179,6 + 102 + 30 = 311,6 см²

3. Выбор материала молотового штампа

 

Штамп будем изготовлять из стали 5ХНМ (ГОСТ 13983-80).

Твердость: НВ 388-444.

5. Обрезка облоя

1. Выбор способа и температуры обрезки облоя

Обрезку облоя будем производить в горячем состоянии, потому что таким образом производят обрезку облоя у мелких и средних поковок из низколегированной стали, штампуемых на молотах с массой падающих частей до 1-2 тонн, а так же потому что обрезка производится сразу после окончания штамповки, температура обрезки облоя ̴ 800̊.

Горячую обрезку осуществляют  как на обрезных, так и на более легких кривошипных прессах общего назначения.

2. Расчет усилия и обрезки облоя и выбор пресса

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.

1-матрица, 2-заготовка, 3-пуансон.

Рис.4.2 Схема обрезки облоя

Обрезные матрицы делают цельными. Они применяются главным образом  для круглых поковок, когда изнашивание  режущих кромок по контуру матрицы  происходит равномерно.

Конструкция матрицы представлена на Рис.4.3

 

 

Рис.4.3 Конструкция матрицы

Рассчитаем усилия обрезки облоя:

 

Р₀=(1.5÷1.8)×S×t×s_B,

где S-периметр среза облоя, мм;

t-толщина среза облоя, мм;

s_В-предел прочности материала поковки при температуре обрезки (800̊ С),

s_В=48 Мпа.

S=pD_Mмм,

где D_М-диаметр матрицы, который больше диаметра поковки на величину горячей усадки.

D_M=1,015×D_ПОК=1,015×58 =58,87»59мм

S₀=p×59=185,3мм

t₀=Z+nмм,

где Z-толщина по линии среза облоя, Z=2 мм

n-возможнаянедоштамповка, n=1,6 мм

t₀=2+1,6=3,6 мм

Р₀=1,6×185,3×3,6×48=51232Н

По ГОСТ 6739-53 выберемдвухкривошипный закрытый пресс усилием 200кН.

Параметр	Норма
Номиниальноеусидие, кН Ход ползуна, мм Число ходов ползуна в 1 мин Наибольшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении, мм Размеры стола, мм Мощность привода, кВт Масса, т	200 200 50     630 250х900 22 41

 

3. Определение размеров деталей и закрытой высоты штампа

 

 

Рис 5.1 Схема для расчета закрытой высоты штампа

 

Высоту обрезных пуансонов определяют исходя из размера закрытой высоты штампового пространства. Закрытая высота штампового пространства:

 

где     Н_НАИБ – наибольшее расстояние между столом пресса и ползуном в его нижнем положении,

 Н_НАИБ=630 мм

Н_{РЕГ –} величина регулирования между столом и ползуном, Н_РЕГ=150 мм

 

Закрытая высота штампа:

 

где h₁ – толщина подкладной плиты, h₁=120 мм.

 

Величина сдвига поковки при  обрезке

 

где     h_O – толщина срезаемого облоя, h_O=3,6 мм

, примем е=14 мм

Высота пуансона:

 

где Н_Б – высота башмака

Н_М – высота матрицы, Н_М=55 мм

Н_Д – высота пуансонодержателя, Н_Д=60 мм

h_П – размер поковки от поверхности прилегания ее к пуансону до линии разъема.

Для данной поковки примем плиту  нижнюю коробчатую для крепления  матриц винтами (башмак) с размерами  В × L × H: 260 x 340 x 200, но в формулу для расчета Н_П будем подставлять Н=160 мм.

 

6. Литература

1. Ковка и штамповка.:Справочник в 4-х т./Ред.совет: Е.И.Семенов и  др.-М.: Машиностроение,1986.-Т2. Горячая  штамповка 1986. 592 с., ил.
2. Ковка и штамповка.:Справочник в 4-х т./Ред.совет: Е.И.Семенов и др.-М.: Машиностроение,1986.-Т1. Горячая штамповка 1986. 568 с., ил.
3. Атрошенко А.П., Вагин В.А. «Горячая объемная штамповка», Санкт-Петербург, 1998г.
4. А.В. Малькевич и др. «Технологические основы проектирования штампованных и кованых изделий» Учебное пособие, Санкт-Петербург, 1993г.