Разработка чертежа горячештампованной заготовки

1. Задание на проектирование

 

По  чертежу  детали  разработать  чертеж  горячештампованной  заготовки  –  поковки и некоторые разделы технологического процесса изготовления поковки, а именно:

- выбрать  материал поковки; 

- определить  плоскость разъема штампа;

- рассчитать  массу поковки по чертежу детали;

- определить  конструктивные характеристики  поковки; 

- определить  исходный индекс поковки; 

- назначить  припуски на механическую обработку; 

- определить  кузнечные напуски, уклоны, допуски; 

- назначить радиусы переходов;

- определить  размеры заусенечной канавки; 

- рассчитать  размеры исходной заготовки; 

- назначить  температурный интервал горячей  объемной штамповки.

 

2. Основная часть 

2.1 Выбор материала  поковки

 

Пользуясь справочной литературой [2], [3] выбираем материал: Ст. 45

Сталь 45 ГОСТ 1050-88

Сталь конструкционная углеродистая качественная. Применяется

для деталей типа вал-шестерни, коленчатые и распределительные валы, шестерни, шпиндели, бандажи, цилиндры, кулачки и другие нормализованные, улучшаемые и подвергаемые поверхностной термообработке детали, от которых требуется повышенная прочность. 

Химический  состав стали:

углерод 0,42-0,5%

кремний  0,17-0,37%

марганец  0,50-0,80%

никель  до 0,25%

сера  до 0,04%  

фосфор  до 0,035%

хром  до 0,25%

медь  до 0,25%

мышьяк  до 0,08%

 

2.2 Определение плоскости  разъема штампа 

Предварительно  принимаем  конфигурацию  поверхности  разъема  штампа  – П (плоская). 

Рис. 1 Плоскость  разъема штампа 
2.3 Расчет массы поковки по чертежу детали 

Расчетная масса поковки определяется исходя из ее номинальных размеров.

Ориентировочную величину расчетной массы поковки (Мп.р) допускается вычислять по

формуле:

Мп.р=Мд*Кр,

где Мп.р  – расчетная масса поковки, кг;

Мд  – масса детали, кг;

Кр  – расчетный коэффициент, устанавливаемый в соответствии с ГОСТ 7505-

89 [4], приложение 3, табл.20.

Расчет  массы детали:

Для того чтобы вычислить массу детали нам необходимо найти ее объем.

Разделим  деталь на зоны, как это представлено на рис. №2.

рис. 2 Разбиение  детали на зоны по высоте 

Зона I будет иметь в поперечном сечении  форму представленную на рис. №3. Площадь  оперечного сечения равна: Sпоп.сеч.=2021,025 мм2, следовательно объем зоны I равен:

VI = 2021,025 ĥ 20 = 40420,5 мм3 

рис. 3 Площадь  поперечного сечения зоны I. 

Зона II будет иметь в поперечном сечении  форму, представленную на рис. №4. Площадь  поперечного сечения будет: Sпоп.сеч.=12189,183 мм2, следовательно объем зоны II равен:

VII = 12189,183 ĥ 5 = 60945,915 мм3 

Зона III будет иметь в поперечном сечении  форму представленную на рис. №5. Площадь поперечного сечения будет: Sпоп.сеч.=13484,4331 мм2, следовательно объем зоны III равен:

VIII = 13484,4331 ĥ 10 = 134844,331 мм3 

Зона IV будет также иметь в поперечном сечении форму представленную на рис. №5. Площадь поперечного сечения будет: Sпоп.сеч.= 12189,183 мм2, следовательно объем зоны III равен:

VIV = 12189,183 ĥ 5 = 60945,915 мм3

рис. 4 Площадь поперечного сечение  зоны II. Рис. 5 Площадь  поперечного сечения зоны III.
 

Общий объем детали будет равен: Vобщ. = VI+VII+VIII+VIV

Vобщ. = 40420,5+60945,915+134844,331+60945,915= 297156,661мм3

Тогда масса детали равна: m = 7826* 0,000297156661=2,236 кг.

Расчетный коэффициент - 1,5

Расчетная масса поковки (Мп.р) равна: Мп.р =2,236*1,5 = 3,354 кг;

 

2.4 Определение конструктивных характеристик поковки 

2.4.1 Класс точности.  

Класс точности поковки устанавливается  в зависимости от вида оборудования  и технологии изготовления, а также  от требований к точности размеров.

Оборудование - КГШП (кривошипный горячештамповочный пресс). Его выбрали потому что, по сравнению со штамповкой на молотах, штамповка на КГШП имеет ряд преимуществ.  Благодаря  наличию  выталкивателей  в  штампах  КГШП  штамповочные уклоны назначают примерно в два раза меньшими, чем на молотах. Постоянство хода ползуна, большая точность его движения в направляющих станин пресса, применение штампов  с  направляющими  колонками  обеспечивают  изготовление  поковок  с меньшими,  чем  на  молотах,  припусками,  допусками  и  расходом  металла.

Производительность  пресса  на  30  – 50  %  выше.  Расход  энергии при штамповке значительно меньше.  КПД пресса в 2  – 4  раза  выше,  чем у молотов.  Условия труда на  прессе значительно лучше и безопаснее.  Использование КГШП  целесообразно в крупносерийном и массовом производствах.

По  ГОСТ  7505-89  [4]  приложение  1,  таблица  19  определяем  класс  точности:

оборудование  -  КГШП  (кривошипный  горячештамповочный  пресс);  технологический процесс  – открытая (облойная) штамповка, следовательно, класс точности - Т4.

2.4.2 Группа стали. 

Группа  стали  (М1,  М2,  М3)  определяется  для  М1  по  содержанию  углерода  и суммарной  массовой  доле  легирующих  элементов.  Для  групп  М2,  М3  – или по содержанию углерода, или по суммарной массовой доле легирующих элементов.

По ГОСТ 7505-89 [14] таблица 1 выбираем – М2.

Степень  сложности  поковки  определяем  путем  вычисления  отношения  массы Gп поковки к массе Gф  геометрической фигуры, в которую  вписывается форма поковки. При  определении  размеров  описывающей  поковку  геометрической  фигуры допускается исходить из увеличения в 1,05 раза габаритных линейных размеров детали, определяющих положение ее обработанных поверхностей. 

Геометрическая  фигура,  описывающая  поковку  – цилиндр.

Объем геометрической фигуры равен 708951,323 мм3  или это равно 0,000708951 м3.

Масса геометрической фигуры (Gф) равна 5,548 кг

Масса поковки (Gп) равна 3,354 кг

Следовательно, отношение Gп /Gф равно 1,654, что соответствует по ГОСТ 7505-89  [4], приложение 2 степени сложности – C1.

2.5 Определение исходного  индекса поковки  
 
 

Исходный  индекс для последующего назначения основных припусков, допусков и  допускаемых  отклонений  определяется  в  зависимости  от  массы,  марки  стали,  степени сложности и класса точности поковки.

Исходный  индекс определяем по ГОСТ 7505 – 89 [4], таблица  №2: исходя из того, что: класс точности – Т4, группа стали – М2, степень сложности – С1, масса поковки равна 3,354 кг исходный индекс равен - 11.

1,608 кг  исходный индекс равен -10 

2.6 Назначение припусков на механическую обработку 

Припуск  на  механическую  обработку  включает  в  себя  основной  и дополнительные  припуски,  которые  учитывают  отклонения  формы  поковки.

Величины  припусков назначаются на одну сторону  номинального размера поковки.

Основные  припуски  в  зависимости  от  исходного  индекса  и  шероховатости 

поверхности назначаются по таблице №3 ГОСТ 7505 – 89 [4].

Дополнительные  припуски устанавливают в зависимости  от класса точности Т 

по ГОСТ 7505 – 89 [4], таблицы №№ 4-6.

Линейные  размеры поковки разрешается  округлять до 0,5 мм.

Рис. 6 Эскиз  поковки с основными размерами 
Основные припуски на размеры (см. рис. №6):

    Обозначение размера Припуск, мм Основной размер Шероховатость поверхности
    A 1,7 Диаметр 150,26 3,2
    B 1,4 Диаметр 130 без обработки
    C 1,4 Диаметр 100 12,5
    D 1,4 Диаметр 65 12,5
    E 1,7 Диаметр 40 1,6
    F 1,3 Высота 40 3,2
    G 1,2 Высота 20 3,2
    H 1,2 Глубина 10 без обработки
    I 1,2 Глубина 5 без обработки
    J 1,2 Глубина 5 без обработки
 

Дополнительные припуски, учитывающие:

- смещение  по поверхности разъема штампа  … 0,4 мм;

- отклонение  плоскостности и прямолинейности  … 0,4 мм.

2.7. Определение  кузнечных напусков, уклонов, допусков 

Все размеры  напусков, уклонов и допусков определяем по ГОСТ 7505 – 89 [4].

Штамповочные  уклоны:

- на  наружной поверхности … 5°; 

- на  внутренней поверхности … 7°. 

2.8. Назначение  радиусов переходов 

Минимальная  величина  радиусов  закруглений  наружных  углов  поковок 

выбирается  по  таблице  П.23  Методических  указаний  и  заданий  к  выполнению курсовой работы [9], в зависимости от массы поковки и глубины полости  ручья штампа:

- масса  поковки 3,354 кг;

- глубина  полости ручья штампа 30 мм

r=2,5 мм

Внутренние  радиусы (R) заготовки можно определить по формуле: R = 2,5r +

0,5, мм.

Минимальная величина радиусов закруглений:

- наружных  углов … 3°; 

- внутренних  углов R = 2,5*2,5 + 0,5 = 6,3, принимаем 5°  

 

2.9 Определение размеров  заусенечной канавки 

Профиль  и  размеры  заусенечной  канавки  представлены  на  рис.№10.  В

штампах КГШП заусенечная канавка во избежание  соударения вставок при холостом

ходе  делается открытой.

 

Величина  размеров  заусенечной  канавки  определяется  по  пункту  2.9

Методических  указаний и заданий к выполнению курсовой работы [9].

Данные  о соотношении размеров в зависимости  от толщины мостика заусенца

H3 приведены  в табл. П.26. Методических указаний  и заданий к выполнению курсовой  работы [9].

Размеры заусенечной канавки:

F = 3,14*(150,26/2)2 = 17723,78 мм2  – площадь поковки в плоскости разъема.

H3 = 0,015 √F = 1,997 мм, принимаем равной 2 мм.

Площадь сечения канавки S = 1,36 мм2.

Рис. 7 Профиль и размеры заусенечной канавки. 

2.10 Расчет размеров  исходной заготовки   

Объем  заготовки  (Vзаг)  для  открытой штамповки  рассчитывается  по формуле:

Vзаг  = Ку(Vn+Vз+Vпер),

где:   Ку – коэффициент угара металла, при электронагреве равен 1,005 … 1,01;

  Vn –  объем поковки с учетом уклонов  и припусков; 

  Vз  – объем заусенца;

  Vпер  – объем перемычки. 

Vз = КSзРn ,

где:   К  =  0,5  … 0,8  – коэффициент заполнения  канавки,  зависящий от

сложности формы поковки;

Sз –  площадь поперечного сечения  заусенечной канавки; 

Рn –  периметр поковки по линии среза  заусенца.

Vз = 0,65 ĥ 0,8 ĥ 36 = 18,72 см3 

Vзаг  = 1,005(206,154 + 18,72) = 226 см3  = 0,000226 м3 

По расчетному объему исходной заготовки Vзаг определяем ее диаметр: Dз.и. =

1,08 3

m

Vзаг

,

где m = Lз.и. /Dз.и. рекомендуется принимать  равной 2,5.

Dз.и. = 1,08  3

2,5

226

= 4,85 см 

После расчета Dз.и. исходной заготовки рассчитываем длину заготовки Lз.и.: Lз.и.

= 4Vзаг  /πD2

з.и.

Lз.и. = 4 ĥ 226 /3,14 ĥ 4,852  = 12,24 см = 0,122 м 

Диаметр исходной заготовки равен: Dз.и = 0,0485 м 

Длина исходной заготовки равна: Lз.и. = 0,122 м 

2.11 Размеры поковки  и их допускаемые  отклонения 

2.11.1 Размеры поковки. 

A. Диаметр  150,26+(1,7+0,4+0,4)*2=155,26, принимаем 155,26 мм;

B. Диаметр  130-(1,4+0,4+0,4)*2=125,6, принимаем 125,6 мм;

C. Диаметр  100-(1,4+0,4+0,4)*2=95,6, принимаем 95,6 мм;

D. Диаметр 65+ (1,4+0,4+0,4)*2=69,4, принимаем 69,4 мм;

Е. Диаметр 40-(1,7+0,4+0,4)*2=35,0, принимаем 35,0 мм;

F. Высота 40+(1,3+0,4)*2=43,4, принимаем 43,4 мм;

G. Высота 20+(1,2+0,4)*2=23,2, принимаем 23,2 мм;

Н. Высота 10+(1,2+0,4)*2=13,2, принимаем 13,2 мм;

I. Глубина 5-(1,2+0,4)=3,4, принимаем 3,4 мм;

J. Глубина 5-(1,2+0,4)=3,4, принимаем 3,4 мм. 

2.11.2. Допускаемые  отклонения размеров.

Допускаемые отклонения размеров определяем по ГОСТ 7505-89  [4] с учетом

исходного индекса детали.

    Обозначение размера Полученный  размер, мм Верхнее откл.,мм Нижнее откл., мм
    A Диаметр 155,26 +1,4 -0,8
    B Диаметр 125,6 +1,4 -0,8
    C Диаметр 95,6 +1,3 -0,7
    D Диаметр 69,4 +1,3 -0,7
    E Диаметр 35 +1,1 -0,5
    F Высота 43,4 +1,3 -0,7
    G Высота 23,2 +1,1 -0,5
    H Глубина 6,8 +1,1 -0,5
    I Глубина 3,4 +1,1 -0,5
    J Глубина 3,4 +1,1 -0,5
 
 

2.12 Назначение температурного  интервала горячей  объемной штамповки  

Температурный  интервал  горячей  объемной  штамповки  назначаем  исходя  из справочных данных [2].

Температура начала штамповки равна 1280 °С

Температура конца штамповки равна 800 °С. 

2.13 Расчет усилий  выбранного оборудования  

Усилие  штамповки ориентировочно подсчитываем по формуле (см. [10]): P=kF, где P – усилие штамповки, тс;

F –  площадь проекции штамповки с  облойным мостиком, см2  (см рис.  №11, где 1 – площадь поковки в плоскости разъема штампа, 2 – площадь облоя); F=249 см2 

k=6,8 –  коэффициент учитывающий сложность  поковки; 

P=6,8 ĥ  249=1693 тс.

    Выбираем  кривошипный  горячештамповочный  пресс  -

КГШП  усилием 2000 тс.

Разработка чертежа горячештампованной заготовки