Размер исходной заготовки под штамповку.

Для молотовых поковок первой группы (при поперечной деформации), площадь поперечного сечения которых не сильно изменяется по длине поковки, длина заготовки ориентировочно равна:

 

                                                           (15)

   

Если применяется только один протяжной ручей:       

 

                                                                                   (16)

 

При применении подкатного ручья:       

             

                                (17)

Схема перераспределения металла в протяженном подкатном ручьях показано на рис.14.

Диаметр прутка d _пр при найденном значении определяется по формуле:

                                        d _пр=1,13                                             (18)

и выбирается по диаметру из ближайшего размера сортамента проката с учётом необходимой точности.

  Если первым переходом штамповки является осадка, должно соблюдаться соотношением:

 

                                            1,25< <2,5,                                  (19)

 

где верхний предел обусловлен возможностью изгиба заготовки в результате потери устойчивости при деформации, а нижний – чистотой и точностью среза (без следов смятия) при отрезке заготовки от прутка или штанги на пресс – ножницах.

При штамповке на ГКМ длина высаживаемого за один ход незажатого участка , выступающего из матрицы, должна быть:

 

                                                                               (20)

 

Рис.14.Схема протяжного (а) и подкатного (б) ручьев молотового штампа

 

Если же >2,5d_пр, то сначала производится набор металла – высадка в конус, а затем, если условие (19) соблюдено, производится дальнейшая штамповка в формировочном и чистовом ручьях.

2.15. Материальные затраты.

Материальные затраты оценивается коэффициентами: КИМ,  по формуле (1) с количественным учётом всех потерь в кузнечном цехе (облой, выдра, клещевина, концевые отходы, угар) и в механическом цехе (стружка).

Рассмотрим их на примере штамповки деталей типа «втулка» на разных видах оборудования: ГКМ, КПШП и штамповочном молоте (рис.15).

На рис. 15 даны эскизы поковки и штамповочных переходов с последним чистовым (формовочным) ручьем. Считаем, что величина припуска во всех случаях одинакова. Отсюда разница в КИМе может быть обусловлена только кузнечными потерями и величиной штамповочных напусков.

Потери в стружку зависят от величины припусков и штамповочных уклонов. На рис.15 они показаны заштрихованными.

Кузнечные потери показаны затемненными.

Рис.15. Переходы при штамповке детали типа «втулка» разными методами:

На ГКМ, КГШП и молоте

При штамповке на ГКМ потери от напусков незначительны, но они могут быть большими от обрезки конца прутка длиной l _к = d _пр/2 и концевого отхода под зажим в матрицах и клещевину, равных  (d _пр – диаметр просечки ).

При штамповке на КГШП в закрытом штампе потери от напусков будут несколько больше, чем при штамповке на ГКМ, плюс потери на выдру и некратность при разделе проката на мерные заготовки, хотя последние потери будут примерно такими же, что и на ГКМ.

Таким образом, в 1 и 2 случаях КИМ будет почти одинаковым.

При штамповке в открытом штампе на КГШП и, особенно на молоте, потери самые большие, т.к. потери в стружку будут больше из-за увеличенных штамповочных уклонов , плюс потери на выдру и некратность.

Окончательный выбор метода штамповки делается после технико-экономического расчёта, заводской себестоимости с учётом не только КИМа, но и стоимости оборудования и оснастки, трудоемкости и др. затрат по всему технологическому циклу от заготовки до детали.

Пример выполнения практической работы.

2.16.1. Задание (вариант).

Деталь-шатун (см. чертеж детали – рис. 16). Материал: сталь 40х.

Масса детали М_дет = 3,47кг.Производство – массовое.

Анализ чертежа детали.

  Деталь имеет удлиненную форму  в плане с двумя бобышками под отверстия 25 и 55. Деталь технологична с точки зрения минимума обрабатываемых поверхностей. Обрабатываются только торцы бобышек и отверстия. Бобышки соединены двухтавровой балочкой, которая не подвергается механической обработке. Шатун работает в условиях знакопеременных нагрузок «растяжение-сжатие», не исключающих нагрузок в динамическом режиме. В этом отношении наиболее благоприятной является структура с продольным (вдоль балочки) расположением волокна, что легко получить имеющимся методами штамповки.

2.16.3. Анализ материала детали [6].

Сталь 40Х, ГОСТ 4543-80, малолегированная конструкционная сталь; плотность γ=7,85г/

Химсостав, %: С - 0,36…0,44 %; Si-0,17…0,37; Mn - 0,5…0,8;

Cr - 0,8…0,11; P и S<0,05.

Механические свойства в поковках (ГОСТ 8479-70)

· нормализация ; 570-590 МПа; δ = 17-18 %; НВ = 167-217 МПа; ψ = 38-45%.

· закалка от 860 С в масло, отпуск 500  для прутка .

; δ = 10 %; ψ = 45%; KCU = 59 Дж/

Технологические свойства стали (ГОСТ 8479-70):  

 

                                                       Рис. 16. Чертеж детали «шатун»

· Температура начала и конца штамповки: 1250-800 .

· Охлаждение поковок: на воздухе.

· Свариваемость: трудносвариваемая.

· Обрабатываемость резанием: (твердосплавный инструмент).

· Т/О: чувствительна к флокенам и отпускной хрупкости.

 

Характеристики ковкости в интервале ковочных температур:

Т=1250˚С                              Т=800˚С        

, МПа	Ψ,%
27	99…100

, МПа	Ψ,%
149	91…94

                                              

 

 

Пластичность достаточно высокая и слабо зависит от скорости деформации (см. табл. 2).

Выбор метода штамповки.

Деталь «шатун» работает в динамическом режиме. Испытывая в основном напряжения сжатия вдоль оси.

      Поковка имеет удлиненную форму. Согласно классификации поковок (рис.8), данная поковка может быть отштампована  в открытом штампе либо на молоте, либо на КГШП по схеме: ковочные вальцы – КГШП. В общих случаях имеет место поперечная деформация (в протяжном ручье на молоте или в ковочных вальцах). Это обеспечивает благоприятные расположения волокон в поковке.        Перерезанные волокна, остающиеся после обрезки облоя, не дадут снижения прочности, т.к. деталь не работает на изгиб.

Плоскость разъема штампа: симметрична относительно нижней и верхней  половины. Высота детали наибольшая (50 мм), поэтому удовлетворяются требования к минимальной глубине ручья, его заполнения. Так как пластичность стали 40Х в области ковочных температур высокая, выбираем относительно метод деформации –  штамповка на штамповочной молоте. В этом случае не потребуется дополнительного оборудования - ковочных вальцев. Нагрев заготовки – пламенный газовый. Рабочая бригада состоит из трёх человек: нагревальщик, штамповщик, обрезчик.

2.16.5. Составление чертежа поковки [1,4-5,7,8].

Используется ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные (допуски, припуски и кузнечные напуски)».

 

 

  Исходные данные для расчета:

· По Приложению 1* определяем класс точности поковки. Для штамповки на молоте выбираем класс точности – 4.

· По  табл.1**   определяем  группу  стали.   По содержанию   углерода и легирующих элементов группа стали – 2.
Определяется расчетная масса поковки по формуле где  расчетный коэффициент, определяется по Приложению 3. Принимаем = 1,5. Тогда = 3,47·1,5 = 5,2 кг.

· По приложению 2 определяем степень сложности поковки.

Объем описывающей фигуры:

= 5,0·9,0·27,0· =1406

Масса описывающей фигуры:

= γ = 1406·7,85 =11,04кг.

Отношение:

Берем степень сложности – С2.

· Конфигурация плоскости разъема штампа П – плоская (табл.1).

· Исходный индекс, определяемый по табл.2, – 13.

  Назначение припусков и напусков.

  Основные припуск и назначаем по табл. 3 на толщину* детали – бобышки высотой 45 и 50 мм и на диаметр отверстия 55.

2,2 мм – на толщину 45,чистота поверхности 1,25 мкм.

1,7 мм – на толщину 50,чистота поверхности 20 мкм.

2,2 мм – на 55,чистота поверхности 1,25 мкм.

Отверстие 25 прошиваться не будет; на него назначаем напуск.

Дополнительные припуски, учитывающие:

– смещение по поверхности разъема штампа (табл. 4):
0,3 мм – на диаметр отверстия 55 мм

– отклонение от прямолинейности (табл. 5) при наибольшем размере поковки 270 мм:

0,6 мм – на толщину 50 мм

0,6 мм – на толщину 45 мм

   Штамповочные уклоны (табл.18).

Наружные уклоны принимаем 7 .
Внутренние уклоны принимаем 10 .

_____________________

*номера приложения и таблиц, указанные в разделе 2.16., относятся к ГОСТ 7505-89.

** высотный размер, образованный между верхней и нижней частью штампа в чистовом ручье – в данном случае это высота бобышек.

  Размеры поковки.

  Размеры обрабатываемых элементов поверхности поковки.

Толщина 45+(2,2+0,6)·2 = 50,6;     принимаем 50,5 мм

Толщина 50+(1,7+0,6)·2 = 54,6;   принимаем 54,5 мм

Диаметр 55-(2,2+0,3)·2 = 50 мм.

Радиусы закругления наружных углов.

Для глубины полости ручья штампа от 25 до 50 мм – наружный радиус 2,5 мм (табл.7).

Для  радиусов   закруглений    внутренних   углов  берем  значение R_σ 8±3 мм с допуском на размер по табл.17.

  Назначение допусков.

  Допуски на размеры обрабатываемых элементов поверхности (табл.8):

Толщина

Толщина

Диаметр

  Допуски на размеры не обрабатываемых элементов поковки:

Диаметр

Диаметр

Толщина

Толщина

Ширина

Ширина

Ширина

Глубина

  Допускаемая величина смещения штампа по поверхности разъема – 0,7 мм (табл.9).

  Допускаемое отклонение от плоскости и прямолинейности – 1,2 мм (табл.13).

  Допускаемое отклонение межцентрового расстояния ±0,8 мм (табл.14)

  Допускаемая величина остаточного облоя – 0,9 мм (табл.10).

Работа с ГОСТом 7505-89 завершается вычерчиванием чертежа поковки (рис. 17).