Реферат: Разработка технологии горячей объёмной штамповки детали цапфы правой

МПС РФ

Уральскаягосударственная академия путей сообщения

Кафедратехнологии конструкционных материалов и химии

Разработкатехнологии горячей объёмной

штамповкидетали цапфы правой

Курсоваяработа

Пояснительнаязаписка

Разработал:

Студент группы Т – 221__________________3.01.03 Краев К. М.

Руководитель:

Доцент, к. т. н. ___________________ Михайлова О. М.

Екатеринбург

2002

УрГУПС

Кафедра ТКМ и химии

Задание на курсовую работу по предмету “Технология конструкционнных материалов”

Раздел ковка и горячаяштамповка.

Студенту группы Т-221 КраевуКонстантину Михайловичу.

Тема курсовой работы:Горячая объёмная штамповка.

1)

Исходные данные: рабочий чертёж заготовки.

2)

Объём графических работ

а) Чертёж поковки.

б) Маршрутная блоксхема изготовленияпоковки.

в) Карты эскизов.

3)

Содержание пояснительной записки.

а) Сущность метода горячей объёмнойштамповки в открытом штампе.

б) Характеристика материала поковки.

в) Расчёт поковки.

г) Описание технологического процесса.

д) Устройство и принципы работы КГШП иковочных вальцов.

Реферат.

В курсовойработе содержится 21 страница, 2 рисунка,1 таблицу.

Поковка, Термическая обработка,Допуски и кузнечные напуски, Дефекты в поковках, Класс точности поковки,Степень сложности поковки, Штамповочные уклоны, заусенечные канавки.

В курсовойработе рассмотрена сущность метода горячей объёмной штамповки, преимущества инедостатки, характеристика материала поковки, расчёт поковки.

СОДЕРЖАНИЕ

Ведение-------------------------------------------------------------------------------- 5

1.

Сущность метода горячей объёмной штамповки.Преимущества и недостатки — 6

2.

Характеристика материала поковки и технические требования к приёмке------------------------------------------------------------------------------- 9

3.

Расчёт поковки. Назначение припусков, допусков и кузнечных напусков-------------------------------------------------------------------------------11

4.

Разработка технологии изготовления поковки

4.1 Описание технологического процесса горячей объёмной

штамповки--------------------------------------------------------------------- 14

4.2 Штамповка на ковочных вальцах-------------------------------------- 17

4.3 Устройство и принцип работы деформирующегооборудования и штамповой оснастки — 18

5.

Дефекты в поковках. Способы их предотвращения иустранения — 21

Заключение---------------------------------------------------------------------------- 24

Список используемойлитературы------------------------------------------------ 25

Введение

При производстве металлическихизделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем, так и вхолодном состоянии. Основными способами обработки металлов давлением являютсяпрокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка – один из важнейших способовобработки давлением, которым обрабатывается 75-80% выплавляемой стали.

Горячая объёмная штамповка поковокосуществляется в штампах. Штамп состоит из двух разъёмных частей, внутренниеполости которых в собранном виде образуют ручьи. Течение металла при деформацииограничивается формой и размерами внутренней полости штампа. Получаемые поковкиотличаются высокой точностью размеров, большей сложностью конфигурации, хорошимкачеством поверхности и меньшими допусками. Следовательно, штамповкаобеспечивает значительную экономию металла, снижает трудоёмкость обработки вкузнечном цехе и при последующей механической обработке, повышает коэффициентиспользования металла и увеличивает производительность оборудования.

Горячую объёмную штамповку широкоприменяют в автомобильной, тракторной, транспортной, авиационной и другихотраслях промышленности.

1.

Сущность метода горячей объёмной штамповки.

Преимуществаи недостатки.

Масса слитков составляет от 200 кг до 350т. Наибольшеераспространение имеют слитки массой более 1 т. Для ковки применяются слитки многогранные (чаще всего шести восьмигранные) или цилиндрические.

По способу изготовления поковокразличают свободную ковку и горячую объёмную штамповку.

Горячая объёмная штамповка –это вид обработки материалов давлением, при котором формообразование поковки изнагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента – штампа.Течение металла ограничивается поверхностями плоскостей, изготовленных вотдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуютединую замкнутую плоскость (ручей) по конфигурации поковки.

В качестве заготовок для горячейштамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглогоквадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом пруткиразрезают на отдельные заготовки, хотя иногда штампуют и от прутка споследующем отделением поковки непосредственно на штамповочной машине.Заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипныхпресс-ножницах, газовой резкой и т д.

По сравнениюс ковкой штамповка имеет ряд преимуществ. Горячей объёмной штамповкой можно получать без напусков поковки сложнойконфигурации, которые ковкой изготовить без напусков нельзя, при этом допускина штамповочную поковку в 3 – 4 раза меньше, чем на кованную. В следствии этогозначительно сокращается объём последующей механической обработки, штамповочныепоковки обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, и этаобработка может сводиться только к шлифованию.

Производительность штамповки значительно выше – составляет десятки исотни штамповок в час.

В то жевремя штамповочный инструмент штамп – дорогостоящий инструмент и являетсяпригодным только для изготовления какой то одной, конкретной поковки. В связи сэтим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточнобольших 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 дляштамповки считается крупными. В основном штампуют поковки массой 20 – 30килограмм. Но благодаря созданию мощных машин в отдельных случаях штампуютпоковки массой до трёх тонн.

Горячейобъёмной штамповкой изготовляют заготовки для ответственных деталейавтомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолётов, железнодорожныхвагонов, станков и так далее.

Конфигурация поковок чрезвычайноразнообразна, 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 квадратныев плане.

Наличие большого разнообразия форм иразмеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют,обуславливает существование различных способов штамповки.

Так как характер течения металла впроцессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно признатьосновным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампавыделяют штамповку в открытых штампах и в закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампаххарактеризуется переменным зазором между подвижным и неподвижным частямиштампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход изполости штампа и заставляет металл целиком заполнить всю полость. В конечныймомент формирования заусенец выжимаются излишки металла, находящийся вплоскости, что позволяет не предъявлять особо высоких требований к точностизаготовок по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах. Штамповкойв открытых штампах получают поковки всех типов.

Штамповка в закрытых штампаххарактеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остаётсязакрытой. Зазор между подвижной и не подвижной частями штампа при этомпостоянный и большой, так что образование заусенца в нём не предусматривается.Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которых штампуют. Закрытыйштамп может быть с одной или двумя взаимно перпендикулярными плоскостямиразъёма, то есть состоять из трёх частей.

При штамповке в закрытых штампах надострого соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при недостаткеметалла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки повысоте будет больше нужного. Значит процесс получения заготовки усложняется,поскольку отрезка заготовок должна сопровождаться высокой точностью.Существенным преимуществом штамповки в закрытых штампах является уменьшениерасхода металла, поскольку нет отхода заусениц. Поковки полученные в закрытых штампах имеют более благоприятнуюмикроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не прорезаются вместе выхода металла заусениц. При штамповке в закрытых штампах металл деформируетсяв условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших зажимающихнапряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получить большие степенидеформации и штамповать малопластичные сплавы.

К закрытой штамповке можно отнестиштамповку выдавливанием и прошивкой, так как штамп в этих случаях выполняют потипу закрытого и отхода металла заусениц не предусматривает. Деформированиеметалла при горячей штамповке вдавливанием и прошивкой происходит так же, какпри холодном прямом и обратном выдавливании.

2.

Характеристика материалазаготовки и технические требования.

Для поковки 'Цапфаправая' 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 Ст3конструкционная обыкновенного качестванизкоуглеродистая низколегированная, по степени раскисления, спокойная, содержитв среднем 0,20%С; 0,3%Crи0,25%Si.

Поковка относится ко 2-й группе ГОСТ 8479 -70. Сдаетсяпо твердости. Твердость измеряют на одной поковки от партии. Партиякомплектуется из поковок одной марки стали, совместно прошедших термическуюобработку в одной печи.<img src="/cache/referats/13485/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Гр. НВ 111– 156 ГОСТ 8479 – 70.

Для обеспечения заданной твердости поковка должна бытьподвергнута 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 ГОСТ7417-75, уголки, трубы ГОСТ8732 — 78, полоса ГОСТ 1577 — 81 и т. д.), а так жепоковок ГОСТ8479 — 70. В зависимости от гарантируемых свойств их поставляюттрех групп: А, Б, В.

Механические свойства поковок.

ГОСТ

Состояние поставки, режим термообработки

Сечение

мм

σ0,2

σв

σ5

KCU

НВ

Мпа

Дж/см²

Не менее

нормализация

До 100

100-300

195

392

111-156

Температура критических точек.

АС1

Ас3(Асm)

Ar3(Arcm)

Ar1

735

850

835

680

Технологические свойства.

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

Свариваемость-сваривается.

Безограничений: способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защиты ЭШС, КТС.

Длятолщины свыше 37 мм. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Склонностьк отпускной хрупкости- не склонна.

По структуре после нормализации стали подразделяют наследующие 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<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Mg– масса детали; 2.57 кг

Kp– расчётный коэффициент; принимаем 1,5 (Так какдеталь с прямой осью)

M= 2.57<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1027">1,5 = 3.85кг

-

Класс точностипаковки устанавливаем в зависимости от технологического процесса и оборудованиядля её изготовления.

Класс точности Т4

-

Группа сталиустанавливается исходя из среднего массового содержания углерода и легирующихэлементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V)

Группа стали принимаем М1

(Углеродаоколо 0.22%)

-

Степень сложностиопределяем путём вычисления отношения массы поковки к массе геометрическойфигуры, в которую вписывается форма поковки.

Gф=Vф<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1028">d; Vф = 1.64дм3; d=7.8кг/дм3 ;

Gn/Gф = 3.85/12.8 =0,3

Степень сложности принимаемС3

- Выбор поверхности разъёмаштампа.

Поверхность разъёма называют поверхность соприкосновения верхней и нижней половины между собой. Надетали плоскость разъёма штампа выбираем так , чтобы при этом глубина полости штампа была наименьшей, что облегчаетзаполнение металлом полости штампа и хорошую выемку штампованной поковки изнеглубокой полости.

Конфигурация поверхности штампа плоская ( П )

-

Исходный индексопределяем для последующего назначения припусков на механическую обработку и допускаемыхотклонений 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 поверхности12.5 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

- Нанаружные 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)Допускаемаявеличина высоты заусенца по контуру обрезки облоя — 3мм.

11)Расчет размеров заготовки :

Диаметр заготовки равен максимальному диаметрупоковки D=102мм.

Длинна заготовки: Lзаг=4<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1029">Vзаг/П<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1030">D2, D= 102мм

Vзаг= Vпок+ Vобл+ Vуг;

Vпок = 0,922дм3– расчитанно по чертежу.

Vобл= 0,08<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> Vпок= 0,08<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1032">0,922=0,07дм3

Vуг= 0,03<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1033"> (Vпок+Vобл)= 0,03<img src="/cache/referats/13485/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1034">0,992=0,02дм3

Vзаг= 1,02дм3;

Отсюда длина заготовки Lзаг= 1,24дм3

12)Выбор усилия КГШП:

Масса поковки равна 3,85кг, значит усилие20000 кН.

4. Разработка технологииизготовления поковки.

4.1Технологический процесс горячей объёмной штамповки.

·

Транспортированиезаготовки со склада. Для этого используют любой транспорт.

·

Отрезка заготовкивыполняется гидравлическими ножницами усилием 10000 кН при температуре 700 –4500С.

·

Наладкаоборудования. Проверить на работоспособность ковочные вальцы и КГШП. Ручейштампа смазывают специальным раствором.

·

Выборочныйконтроль размеров заготовки. Проверяют размеры заготовки с помощьюизмерительных средств.

·

Нагрев. Нагрев производитсяв печи с газопламенным способом нагрева до температуры 13000С.

·

Горячая объемнаяштамповка производится после нагрева заготовки в печи до температуры 13000С,а затем подается на ковочные вальцы для предварительной штамповки, после чегополучившуюся заготовку кладут в ручей КГШП при температуре 1280 – 7500С.

·

После объемнойштамповки идет операция обрезки заусенца. Эту операцию производят специальнымиобрезными прессами с обрезными штампами (например, Пресс КА 9536 усилием 4000кН), а так же обрезку заусенца можно производить с помощью КГШП притемпературном интервале 730 – 6300С.

·

Для стали Ст3 вроли термообработки можно произвести нормализацию. Температура нормализации 870– 9000С, а затем охлаждение на воздухе. Нормализация производитсядля придания металлу требуемый уровень механических свойств, для обеспечениянеобходимую структуру.

·

Правка поковки. Этуоперацию выполняют для устранения искривлений осей и искажения поперечныхсечений, образующихся при затруднённом извлечении поковок из штампа, послеобрезки заусенца, а также после термической обработки. Крупные поковки ипоковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей правят в горячемсостоянии, либо в чистовом ручье штампа, либо на обрезном прессе, либо наотдельной машине. Мелкие поковки можно править в холодном состоянии послетермической обработки на специальном оборудовании (обычно на фрикционныхмолотах с доской), в правочных штампах, ручьи которых изготовляют по чертежухолодной поковки.

·

Очистка поковокот окалины. Очистка обеспечивает условие работы режущего инструмента припоследующей механической обработке, а также контроль поверхности поковок.Очистку производят несколькими способами: в барабанах, дробью, травлением.

В барабанах очищают поковки следующим образом. Поковкизагружают в барабан с наклонной осью вращения, в котором находятся стальныезвёздочки. При вращении барабана поковки трутся и ударяются друг с другом и созвёздочками, благодаря чему и происходит сбивание окалины. При очистке тяжёлыхпоковок на их поверхности образуются забоины, поэтому таким способом их неочищают.

Дробеструйная очистка заключается в том, что дробьразмером 1-3мм с большой скоростью ударяет о поверхность поковок и сбивает сних окалину. Скорость дроби сообщает сжатый воздух в специальных аппаратах.Этим способом очищают мелко- и среднегабаритные поковки. Травлением в водныхрастворах кислот, нагретых до 40-60 С, очищают крупногабаритные поковки сложныхконфигураций.

·

Калибровкаповышает точность размеров всей поковки или её отдельных участков. Такимобразом, последующая механическая обработка ограничивается только шлифованием.Различают плоскостную и объёмную калибровку.

Плоскостная калибровка служит для получения точных вертикальных размеровна одном или нескольких участках поковки, ограниченных горизонтальнымиплоскостями. При плоскостной обработке поковку правят в холодном состоянии накривошипно-коленчатых прессах.

Поскольку калибруют с небольшой степенью деформации (менее 5-10%),необходимо заранее предусматривать припуск на калибровку. Причём, с увеличениемприпуска точность размеров после калибровки уменьшается, а качество поверхностиулучшается. Обычная точность после калибровки составляет от 0,1 до 0,25 мм, адопуск при калибровке с повышенной точностью в 2 раза меньше.

Объёмной калибровкой повышают точность размеров поковки в разныхнаправлениях и улучшают качество её поверхности. Калибруют в штампах с ручьями,соответствующими конфигурации поковки. При объёмной калибровке возможно образованиенебольшого заусенца, который удаляют на наждачном станке. В этом случаекалибровка повышает и точность массы поковки. Объёмную калибровку проводят вхолодном и горячем состоянии. Холодную калибровку производят накривошипно-коленных прессах для мелких поковок, так как усилие при объёмнойкалибровке примерно в 2 раза больше, чем при плоскостной. Горячую калибровкупроизводят при температурах более низких, чем температура конца штамповки, наштамповочном оборудовании.

·

Контроль поковки. Контролируют не только готовыепоковки, но и изготовление их на всех этапах, начиная от контроля исходныхзаготовок.

При контроле готовых поковок производят их внешнийосмотр, выборочно измеряют геометрические размеры, твёрдость по Бринелю. Размерыконтролируют универсальными измерительными инструментами: штангенциркулями,штангенвысотомерами, штангенглубиномерами и др.и специальными инструментами:скобами, шаблонами и контрольными приспособлениями. Несколько поковок из партиииногда подвергают металлографическому анализу и механическим испытаниям.Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом контроля ипросвечиванием лучами Рентгена.

4.2 Штамповка на ковочныхвальцах (вальцовка).

Эташтамповка напоминает продольную прокатку в одной рабочей клети, на двух валкахкоторые закрепляют секторные штампы, имеющие соответствующие ручьи.

Нагретую заготовку 1 подают до упора 2 в тот момент,когда секторные штампы 3 расходятся. При повороте валков происходит захватзаготовки и обжатие ее по форме полости; одновременно с обжатием заготовкавыталкивается в сторону подачи.

На вальцах изготовляют поковки сравнительно несложнойконфигурации, типа звеньев цепей, рычагов, гаечных ключей и т. п. Кроме того,на вальцах фасонируют заготовки для последующей штамповки, чаще всего накривошипных горячештамповочных прессах.

Профилируют и штампуют на вальцах в одном илинескольких ручьях. Исходное сечение заготовки принимают равным максимальномусечению поковки, так как при вальцовке происходит главным образом протяжка.

4.3 Устройство и принципработы деформирующего оборудования и штамповочной оснастки.

<img src="/cache/referats/13485/image008.gif" v:shapes="_x0000_s1026">
Кинематическая схемаКГШП

Рисунок 1

1-

Ползун;

2-

Тормоз

3-

Шкив

4-

Электродвигатель

5-

Приёмный вал

6-

Малое зубчатое колесо

7-

Большое зубчатое колесо

8-

Пневматическаяфункциональная дисковая муфта

9-

Кривошипный вал

10-

Шатун

11-

Стол пресса

12-

Клин

Штамповка на кривошипныхгорячештамповочных прессах КГШП изготовляют усилием 5-10 мм. Они успешнозаменяют и во многих случаях по технологическим возможностям превосходятпаро-воздушные штамповочные молоты с массой подающих частей до 10 тонн. КГШПхарактерно то, что усилие, возникающеепри штамповке, воспринимается массивной станиной. На станине пресса установлен электродвигатель.На его валу закреплён шкив, от которого крутящий момент через клиноременнуюпередачу передаётся маховику, закреплённому на приёмном валу. На другом концеэтого вала насажана малое зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с большимзубчатым колесом со встроенной в него пневматической муфтой включения. Большоезубчатое колесо с муфтой расположено на коленчатом валу, который при вращенииприводит в движение шатун с ползуном в направляющие стороны.

Для остановки вращения кривошипноговала после включения муфты служит тормоз. Стол пресса, установленный нанаклонной поверхности, может перемещаться клином и тем самым в незначительныхпределах регулировать высоту штамповочного пространства. Для обеспечен

еще рефераты

Еще работы по металлургии. технологии

Реферат по металлургии. технологии

Технологические основы сварки плавлением и давлением

29 Августа 2013

Реферат по металлургии. технологии

Технология конструкционных материалов

29 Августа 2013