Шестерня ведущая среднего моста

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту

 

по дисциплине: Технология ковки и объемной штамповки

 

 

 

 

Разработал:

   _____________ 

«____» _____________ 200_г.

Номер зачетной книжки:

 

  Руководитель:

_____________

«____»______________200_г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В данном курсовом проекте рассматривается шестерня ведущая среднего моста. Деталь предназначена для передачи крутящего момента.

К достоинству конструкции данной детали можно отнести объединение двух типов деталей вала и шестерни в одну деталь. Эта конструкция позволяет добиться жесткости детали, и как следствие, большей надежности ее работы. Кроме того, для изготовления вала – шестерни требуется меньше металла, чем для изготовления вала и насадной шестерни, меньше трудоемкость изготовления, а значит, меньше себестоимость детали.

Данная ведущая шестерня среднего моста изготовлена из легированной стали 20ХГНМТА.

Химический состав в %:

углерода 0,17-0,23;

хрома 1,00-1,30;

марганца 0,80-1,10;

никеля 1,00-1,40;

молибдена 0,20-0,30;

титана 0,03-0,09

Данная шестерня относится к деталям нормальной точности.

При изготовлении поковки следует обратить особое внимание на посадочные шейки вала шестерни и торец, т.к. они используются в качестве черновой базы для дальнейшей обработки детали.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Выбор способа штамповки

Я выбрал штамповку на ГКМ потому что наличие двух разъемов в штампе (между двумя матрицами и между сомкнутыми матрицами и пуансонами) создает наилучшие условия для выполнения всевозможных высадочных' работ и позволяет изготовлять поковки, как правило, без штамповочных уклонов, с глубокими отверстиями, а при штамповке от прутка также с прошитыми насквозь отверстиями и без отходов металла при просечке. Установка исходной заготовки в ручей по регулируемому упору позволяет при наладке штампа уточнить объем деформируемой части заготовки. Ручьи применяют открытые и закрытые. Регулируя упор, можно существенно влиять на степень заполнения ручья и величину заусенца, вытекающего в разъем при штамповке, особенно при штамповке из проката повышенной точности и еще в большей мере при использовании холоднокатаного и калиброванного металла. Благодаря этому большинство поковок, штампуемых на горизонтально-ковочных машинах в закрытых ручьях, а также поковки, имеющие форму тел вращения, штампуемые в открытых ручьях, получают без заусенца  или  с небольшим заусенцем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Разработка чертежа  поковки

2.1 Выбор поверхности и линии  разъема

Учитывая форму детали, выбираем открытую штамповку. Разъем располагаем перпендикулярно  плоскости сечения поковки, что обеспечивает получения необходимых размеров поковки.

2.2 Назначение напусков на упрощение конфигурации

В целях упрощения конфигурации штампов назначаем допуски на все фаски и пазы детали, а так же зубья шестерни и шлицы, так как их получают обработкой резанием.

2.3 Назначение припусков на механическую  обработку, допусков на штамповку и внешних радиусов закруглений

Группа стали М1 (С содержанием углерода до 0,45%) [Семенов Том 2 стр.7]

Точность изготовления по II классу – нормальной точности [Семенов Том 2 стр.7]

По конструктивным характеристикам относится к классу Т4-4й класс[Гост 7505-89 Табл. 19]

Масса детали 6,53 кг

Расчетная масса поковки[Семенов Том 2 стр.7]: кг

Степень сложности[Семенов Том 2 стр.7]:

С=GП/GФ; GФ=ρ·V; V= ; ρ=7850кг/м3

 D = 139мм = 0,139м;

H = 250мм = 0,25м;

 

GФ = 7850кг/м3· = 29,765кг;

 

 

С = ;

 

Степень сложности С относится к С3 т.к. значение отношения в этой группе Св. 0,16 до 0,32, приблизительно за 4 перехода[Семенов Том 2 стр.9]

Таблица 1

Припуски на механическую обработку и допуски на штамповку. [Семенов Том 2 стр.10-19]

Размер детали

Шероховатость

Припуск

Размер

поковки с припуском

Допуск

Размер

поковки

О 80

1,25

3,7

87,4

87,4

О 139

Rz40

3,4

145,8

145,8

О 75

Rz40

3,3

81,6

81,6

О 70

1,25

3,3

76,6

76,6

250

Rz40

3,6

257,2

257,2

38

2,5

3,2

44,4

44,4

26.15

Rz40

3,2

29,35

29,35

12

Rz40

3,2

15,2

15,2


 

Припуск для классов точности в мм на смещение по поверхности разъема штампа:

Плоская поверхность разъема(П) = 0,3 мм при Т4 [Гост 7505-89 Табл.4]

Минимальная величина радиусов закруглений наружных углов поковок: 4 мм [Гост 7505-89 Табл.7]

Допускаемая величина смещения по поверхности разъема штампа:

0,8 мм [Гост 7505-89 Табл.9]

 

Допускаемая величина остаточного облоя:

1 мм [Гост 7505-89 Табл.10]

Допускаемое отклонение по изогнутости для классов точности:

1,2 мм [Гост 7505-89 Табл.13]

Допускаемое отклонение торца стержня поковки после отрезки заготовок:

Х – 0,07d; Y – 0.8d [Гост 7505-89 Табл.15]

Допуск радиусов закруглений внутренних и наружных углов поковок:

[Гост 7505-89 Табл.17]

Таблица 2

Радиусы закруглений детали

1,5

1,5

2

Радиусы закруглений поковки

2,5

2,5

3,5


И [Семенов Том 2 стр.262]

Штамповочные уклоны при выдавливании [Семенов Том 2 стр.182]:

Таблица 3

h/b

Уклоны,…°

наружные

внутренние

Св.1 до 3

5

7

h – глубина полости ручья в штампе; b – соответствующая ширина.


Штамповочные уклоны при выдавливании на ГКМ

[Семенов Том 2 стр.260]:

l/d1=129.5/45=2.88°

Коэффициент для определения ориентировочной массы поковки:

1,5*6,53=9,795кг [Гост 7505-89 Табл.20]

 

 

 

2.4 Расчет облойной канавки

Размер заусенца

Диаметр D высаживаемой части поковки, мм

Св. 120-160

Ширина b

Толщина t

12-14

3.5


 

 

3.Определение необходимого усилия штамповки и выбор ГКМ

 [Семенов Том 2 стр.258]

 77,26 кН

 мм

[Компас, Материалы и их свойства]

[Семенов Том 2 стр.258]

 

4.Расчет переходов штамповки  и выбор исходной заготовки

4.1Классификация поковки

Поковка относится к III группе 2 подгруппе. Это поковки удлиненной формы со значительной разницей в площадях поперечных сечений. Для изготовления этих поковок необходимы заготовки, предварительно обработанные вальцовкой на ковочных вальцах.

4.2 Расчет и выбор переходов  открытой штамповки на КГШП  и определение размеров заготовки

Объем поковки рассчитывается используя программу Компас V8 3D. Согласно этой программе объем поковки равен 1576884.673208 мм3. Но после пересчета этого объема, согласно формул (расчета объемов цилиндрических фигур), и вычета лишнего металла ушедшего в облой, я определил объем поковки:

  • Расчет объема облоя

Исходя из полученного, путем вычета из большего меньший получим объем облоя равный 307396,3979

- объем заготовки

- объем окончательной заготовки(с  учетом вычета облоя)

 

 

 

 

Зная диаметр находим высоту исходного прутка:

 

5. Раскрой  металла и расчет отходов

  1. Масса чистовой детали 6,53 кг
  2. Масса поковки кг
  3. Объем заготовки с учетом отходов на облой и угар

Vзг= мм3

  1. Масса заготовки Gзг=12,42кг
  2. Площадь заготовки Sзг=110394.569644мм2
  3. Диаметр исходной заготовки Dзг=76,12 мм
  4. Число поковок, штампуемых из одной заготовки n=1
  5. Длина заготовки на одну поковку
    1. Масса поковки с учетом всех отходов 12,33кг
  1. Коэффициент использования металла

КИМ=Gпок/Gзг

КИМ=8,1625/12,42=0,66

 

 

. Температурный  режим штамповки и выбор нагревательного  устройства.

6.1 Допустимый интервал температур  штамповки

Материал : сталь 20ХГНМТА

Верхний предел: 1240 оС

Нижний предел: 800 оС

Время штамповки складывается из времени на ручные операции и машинного времени.

Время штамповки Тшт =

Определим на сколько остынет поковка на время штамповки:

Тшт/0,006

- приведенная высота поковки

, тогда Т = 11,12  сек

С учетом возможной задержки штамповки Т увеличится на 30 %, т.е на 3,37 сек и составит 14,49 сек.

Для нагрева заготовок используется индукционный способ нагрева. Определяются параметры индукционной нагревательной установки.

В зависимости от диаметра,  заготовки частота тока индуктора:

U = 1000 Гц

Время нагрева 96 сек

Мощность выделяемая в нагреваемой заготовке:

Р = 153,63 кВт

Полная мощность:

Р = 307,26 кВт

 

 

Средняя скорость перемещения внутри индуктора:

V = 0.0036 м/с

6.2 Вид нагрева

Выбираем индукционный нагрев, так как у такого нагрева большая производительность, легко автоматизируется, позволяет создать высокопроизводительные устройства.

6.3 Выбор нагревательного устройства  и режима нагрева

Время нагрева заготовки: 96 сек

Частота тока индуктора 1000Гц

  1. Мощность выделяемая в нагреваемой заготовке:

Где с – удельная теплоемкость металла 0,118Дж/кг·°С

 t- температура нагрева 1250°С

- необходимая производительность 363 кг/ч

 

Полезная мощность индукционного нагревателя:

η = , где η = 0,5-0,6

  1. Расчет длины индуктора:

Диаметр заготовки равняется 76,12 мм = 0,07612м

Масса одного метра длины заготовки:

L = 163.16 кг

Средняя скорость перемещения внутри индуктора:

, v = 0.003 м/с

Длина индуктора

L = v · τ, где τ = 96 секунд, время нагрева заготовки,

L = 0,795 м

По вычисленным данным выбираем индукционный нагреватель.

Для нагрева заготовок применяем серийный индукционный нагреватель КИН 10 – 500/ 1П:

Параметры индуктора КИН10-500/1П

Норма

Мощность, кВт

500

Частота, кГц

1

Расход воды, 

7

Расход воздуха,

21

Длина индуктора, мм

2000

Размер заготовки:

Предельный диаметр, мм

Диаметр рекомендуемый, мм

Длина заготовки, мм

 

60-135

120-150

100-400

Производительность кг/час

1200


 

6.4 Вид охлаждения поковки и борьба с окалинообразованием

1. Охлаждение поковки из стали 20ХГНМТА вести на воздухе.

2. Индукционный нагрев значительно  уменьшает потерю на угар. Они составляют примерно 0,7 - 0,8 %, что позволяет пренебречь операцией очистки заготовки от окалины перед штамповкой.

 

7. Выбор оборудования и  обоснование его применения

Поковки шестерни ведущей среднего моста имеют достаточно большую длину, что является препятствием размещения штамповки поковки на КГШП, поскольку нужна очень большая площадь штампового пространства. Также ширина штампового пространства, должна разместить требуемое число ручьев, по этому выбирают по каталогу ближайшую большую по усилию машину, а иногда и следующую по усилию машину, т.е. через обну ступень.

Все эти предпосылки и предопределяют выбор в качестве основного кузнечно - штамповочного оборудования, горизонтально – ковочные машины с горизонтальным разъемом ГКМ – 1250.

Линия на основе ГКМ – 1250 включает в себя приемник для загрузки заготовок, индукционные нагреватель, ГКМ.

Технологические возможности пресса допускают 4-5 переходов штамповки в открытых штампах с использованием зажимных подвижных матриц. На ГКМ предусмотрена позиция пробивки отверстия и обрезки облоя боковыми ползунами. При этом штамповка по переходам производится в одном переходе. Загрузка заготовок в индуктор производится в автоматическом режиме. В первый переход заготовка укладывается автоматическим перекладчиком, вмонтированном в станину ГКМ. Из первого и далее заготовку переносят в ручную.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ехнические данные ГКМ – 1250

№ п/п

Наименование параметра

Единица измерения

Величина

1

Номинальное усилие высадки

МН

12,5

2

Номинальное усилие зажима

МН

16

3

Номинальный диаметр высаживаемых прутков

мм

130

4

Полный ход высадочного ползуна

мм

424

5

Полезный ход высадочного ползуна

мм

250

6

Ход зажимного ползуна

мм

200

7

Число ходов в минуту

мм

28

8

Размеры матриц: спереди назад слева направо

мм

630

1100

9

Закрытая высота штампового пространства высадочного ползуна

мм

1380

10

Закрытая высота штампового пространства зажимного ползуна

мм

400

11

Ход толкателей

мм

20


 

 

 

 

7.1 Штамповка на горизонтальных  ковочных машинах

Основным признаком штампов горизонтально-  ковочных машин является наличием двух взаимно перпендикулярных разъемов. Главный разъем проходит между пуансоном, который закреплен в блоке пуансонов и разъемной матрицей, расположенной в блоках матриц – неподвижном и подвижном. В начале процесса пуансон и обе половины матрицы разомкнуты. Пруток металла направляют в неподвижную часть матрицы до упора, положение которого отрегулировано для размещения в полости матрицы заданного участка прутка. Затем включают машину на рабочий ход, при этом подвижные части штампов приходят в движении в следующем порядке. Прежде всего, в рабочее положение устанавливается подвижная часть матрицы, находящаяся в блоке. Это обеспечивает плотный зажим прутка, после чего упор отходит, а пуансон приходит в соприкосновение с прутком металла. Осаживается часть прутка, и заготовка заполняет полость ручья.

При обратном ходе из полости матрицы удаляется пуансон с блоком, после чего устанавливается в исходное положение упор и штамповщик может вынуть из ручья пруток с осаженной частью.

Рассмотрение типовых технологических процессов и специфических особенностей штамповки поковок на автоматизированных ГКМ позволяет считать, что способ производства поковок в целом удовлетворяет потребности действующего завода, но применительно к массовому изготовлению деталей требует дальнейшего совершенствования в направление создания автоматизированных комплексов, сокращения ручного труда и транспортных операций.

К достоинствам ГКМ с горизонтальным разъемом матриц относится:

- возможность использования операций выдавливания из разъемного контейнера, части которого связанны с матрицами;

- упрощение установки, наладки  и обслуживания технологической  оснастки;

- использования автоматического  перекладчика для транспортирования  полуфабрикатов, исходной заготовки и поковки из одного ручья штампа в другой и за пределы машины;

- повышенная надежность и работоспособность  основных узлов, наличие устройства  для предохранения перегрузок.

К недостаткам ГКМ с горизонтальным разъемом матриц относится:

ГКМ имеет сварную стальную станину которая работает в условиях циклических нагрузок значительной амплитуды.

 

Заключение

В данном курсовом проекте разработан технологический процесс изготовления шестерни ведущей среднего моста.

Для изготовления поковки выбрана горизонтально – ковочная машины с горизонтальным разъемом ГКМ – 1250.

В качестве заготовки для штамповки поковки используется сортовой прокат круглого сечения диаметром 76 мм.

Для разрезки прутка для заготовки длиной 339,38 мм используются сортовые ножницы усилием 6,3 МН (температура нагрева заготовки 450…550°С).

По расчетам заготовка подвергается штамповке в двух ручьях – наборном и формовочном.

Технологический интервал температур штамповки: верхний предел - 1240°С, нижний предел - 800°С.

Для нагрева заготовки используем индукционный нагреватель КИН10-500/1П.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Брюханов А.Н, «Ковка и объемная штамповка».-М.: Машиностроение, 1975.
  2. Ковка и штамповка: Справочник под ред. Е.И. Семенова. - М: Машиностроение, 1985.-Т.1 Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка.
  3. Ковка и штамповка: Справочник под ред. Е.И. Семенова. - М: Машиностроение, 1986.-Т.2 Горячая штамповка.
  4. Бобенко В.А. и др. Объемная штамповка. Атлас схем и типовых конструкций штампов. - М: Машиностроение, 1982
  5. Ковка и объемная штамповка стали: Справочник под ред. М.В. Сторожева. Т.2. - М: Машиностроение, 1963

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 

Анализ напряженно-деформированного состояния заготовки в ПО QForm

Первый переход штамповки

Заготовка перед деформацией с лагранжевыми линиями сетки на сечении показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Заготовка перед деформацией.

 

 

Заготовка после осадки с лагранжевыми линиями сетки сечении показана на рисунке 2. Сетка волокон осталась достаточно равномерной и лишь в некоторых участках заготовки наблюдается сжатие волокон.

 

Рисунок 2. Заготовка после осадки.

 

 

 

 

 

 

 

Распределение температурного поля по сечению заготовки в конце процесса показано на рисунке 3. Температурный интервал штамповки составил 117 С. Допустимый температурный перепад в заготовке в процессе деформации составляет 300 С.

 

Рисунок 3.

 

 

 

 

 

Распределение полей накопленной деформации в конце процесса показано на рисунке 4. После ОД детали часто подвергаются отжигу для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры металла. В областях, где ПД была близка  критической, происходит интенсивный рост зерна. Такой металл обладает низкими мех. характеристиками. Поэтому при проектировании ТП следует исключать такие области. В нашем случае такие области наблюдаются в верхних  углах сечения, что не вызовет существенного ухудшения  мех характеристик детали.

Рисунок 4.

 

 

Распределение скоростей деформацій показано на рисунке 5. Как видно из рисунка металл течет равномерно по всей поверхности.

Рисунок 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поле скоростей показано на рисунке 6. Видно, что скорости максимальны (большая величина стрелок) в зоне выхода металла из стесненной области.

Рисунок 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Распределение полей среднего напряжения показано на рисунке 7. Видно, что в основном в объеме поковки преобладают сжимающие напряжения (отрицательные значения), что способствует повышению пластичности. Зона разрушения может возникнуть в области, ограниченной инструментом.

Рисунок 7.

 

 

 

 

 

График зависимости силы деформирования от расстояния показан на рисунке 8. Макс усилие составило 0.86 МН.

Рисунок 8.

График зависимости работы от расстояния, пройденного інструментом показан на рисунке 9. Макс. значение работы составило около 0,043 МДж.

Рисунок 9

 

 

 

 

 

 

 

 

Трехмерное изображение поковки и инструмента  на первом переходе штамповки

Рисунок 10.

 

 

 

 

 

 

 

Второй переход штамповки

Заготовка перед деформацией с лагранжевыми линиями сетки на сечении показана на рисунке 11. Из рисунка видно, что обеспечено надежное позиционирование заготовки на втором переходе.

Рисунок 11.

Заготовка после штамповки с лагранжевыми линиями сетки на сечении показана на рисунке 12. На данном переходе осуществляется формирование будущей головки детали. Наблюдается вытягивание волокон вдоль оси, что повысит мех. характеристики детали при нагрузке осевыми силами.

Рисунок 12.

 

 

 

 

 

 

 

Распределение температурного поля по сечению заготовки в конце процесса показано на рисунке 13. Температурный интервал штамповки составил 350 С. Допустимый температурный перепад в заготовке в процессе деформации составляет 300 С. Поэтому желателен промежуточный нагрев заготовки перед штамповкой.

 

Рисунок 13.

 

 

 

 

 

Распределение полей накопленной деформации в конце процесса показано на рисунке 14. После ОД детали часто подвергаются отжигу для снятия внутренних напряжений и улучшения структуры металла. В областях, где ПД была близка  критической, происходит интенсивный рост зерна. Такой металл обладает низкими мех. характеристиками. Поэтому при проектировании ТП следует исключать такие области. В нашем случае такие области наблюдаются около оси симметрии поковки. Учитывая, что в дальнейшем дно детали будет удалено, эти зоны не опасны для  характеристик будущей детали.

Рисунок 14.

 

 

 

Распределение скоростей деформацій показано на рисунке 15. Как видно из рисунка очаг деформации четко не выражен на краях облойной канавки, это связано с малым радиусом закругления.

Рисунок 15.

 

 

 

 

 

 

 

 

Поле скоростей показано на рисунке 16. Видно, что скорости максимальны (большая величина стрелок) в зоне выхода металла из стесненной области, ограниченной инструментом.

Рисунок 16.

 

 

 

 

 

 

 

 

Распределение полей среднего напряжения показано на рисунке 17. Видно, что в основном в объеме поковки преобладают сжимающие напряжения (отрицательные значения), что способствует повышению пластичности.

Рисунок 17.

 

 

 

 

 

 

 

График зависимости силы деформирования от расстояния показан на рисунке 18. Макс усилие составило 8.5 МН.

Рисунок 18

График зависимости работы от расстояния, пройденного інструментом показан на рисунке 19. Макс. значение работы составило около 0,16МДж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Трехмерное изображение поковки и инструмента  на втором переходе штамповки

 

Рисунок 20.