Ковка и горячая объемная штамповка

В.В. ГАЛКИН

 

КОВКА И ГОРЯЧАЯ ОБЪЕМНАЯ ШТАМПОВКА

Часть III. Курсовое проектирование и проведение практических работ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

Введение

Методические материалы разработаны для выполнения курсовых проектов и практических работ по дисциплинам "Ковка и объемная штамповка" и "Технологии формоизменяющих операций" специальностей 150201 "Машины и обработка металлов давлением" и 150401 "Проектирование технических и технологических комплексов". Они являются третьей частью учебно-методических пособий для студентов заочной и дистанционной форм обучения общего курса "Ковка и объемная штамповка" и основаны на материалах части I "Технологические расчеты ковки и горячей объемной штамповки" и части II "Проектирование инструмента горячей объемной штамповки".

В разделе I (Пояснительная записка) указаны цели, задачи курсового проектирования и сроки его выполнения. Приведено содержание практических работ, обеспечивающих подготовку курсового проектирования.

В разделе II (Рабочая программа дисциплины) приведена тематика курсовых проектов, их объем, состав и требования, предъявляемые к оформлению расчетно-пояснительной записки и графической части.

В разделах III и IV (Курсовое проектирование)приведено содержание расчетно-пояснительных записок с перечнем графического материала при разработке технологий свободной ковки и горячей объемной штамповки на универсальном кузнечно-штамповочном оборудовании и примеры их выполнения.

В разделе V (Практические работы) приведены объем, содержание расчетно-пояснительных записок и перечня графического материала практических работ, их оформление при разработке технологий горячей объемной штамповки на универсальном кузнечно-штамповочном оборудовании, и примеры их выполнения.

В Приложениях приведены варианты заданий практических работ, формы оформления листов и разделов расчетно-пояснительной записки курсового проекта, справочные данные для выполнения технологических и конструкторских расчетов.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

Тематика курсовых проектов

Тематика курсовых проектов соответствует трем основным направлениям: технологическому, исследовательскому и исследовательско-технологическому.

К технологическому относятся темы, посвященные разработке технологических процессов изготовления изделия (поковки) в условиях заданного типа производства (вид производства указывается в задании проекта). Название технологических тем формулируется следующим образом:

- разработка технологического процесса изготовления поковки рычага переключения коробки передач автомобилей ГАЗ 3110 методом горячей объемной штамповки;

- разработка технологического процесса изготовления поковки вала гребного операциями свободной ковки.

Темы исследовательского и исследовательско-технологического направления содержат теоретические или экспериментальные (или то и другое) разработки вопросов технологии, конструкции штамповой оснастки, математического моделирования процесса горячей объемной штамповки, а также автоматизированного проектирования технологического процесса или конструирования оснастки.

У студентов заочной формы обучения практики проводится без отрыва от производства по срокам учебного плана. Перед практикой руководитель от кафедры анализирует возможную тематику курсовых проектов на предприятии, где работает студент, и выдает ему задание. Окончательная тематика формулируется в течение двух недель по окончанию практики.

 

Содержание расчетно-пояснительной записки и перечень графического материала курсового проекта по технологии свободной ковки

 

Введение

Аналитический обзор

1.1. Анализ конструкции детали и ее особенностей.

1.2. Технологический процесс изготовления поковок данной группы. Общие сведения.

Заключение

Пример

Вал гребной

Введение

Свободная ковка является одним из методов обработки давлением. При этом ковка крупных поковок занимает особое место среди данного вида обработки. Она выполняется на ковочных молотах и прессах. В данной работе разработан технологический процесс изготовления поковки на изделие "вал гребной". Конструкторско-технологическая документация включила чертеж поковки, схему ковки изделия, технологическую карту процесса и чертежи технологической оснастки.

 

Аналитический обзор

 

Конструирование поковки

Конструирование поковки включает этапы: определение классификации поковки; назначение припусков; назначение напусков, простановку размеров с предельными отклонениями; оформление чертежа поковки.

Классификация поковки проводится в зависимости от условий работы, изготавливаемого из нее изделия. Вал гребной относится к ответственным изделиям и согласно требованиям Морского Регистра ГОСТ 8479 - 70 должен изготавливаться из поковки, относящейся к V группе (категория прочности КП 28). Для материала поковки необходимы испытания, поэтому в откованной поковке должны быть предусмотрены припуски для пробы (в данном случае с обоих концов поковки) - для вырезки образцов механических испытаний.

Величина припусков, напусков, допускаемых отклонений на размеры назначаются в зависимости от применяемого оборудования по стандартам. в частности по ГОСТ 7062 - 90 «Поковки из углеродистой и легированной стали, изготовляемые ковкой на прессах. Припуски и допуски».

Припуски на размеры поковки составляют:

- по длине мм;

- по диаметру мм.

Напуски включают скосы отрубов и назначение проб для вырезки образцов на механические испытания. Скосы отрубов должны быть без заусенцев и не должны препятствовать постановке центров. Угол скоса не должен превышать . Припуски на пробы отковываются с обоих концов поковки. Их сечение должно быть равно сечению основного тела поковки, а длина 200 250 мм.

Оформление чертежа поковки включает (рис. 2.1): вычерчивание контура готовой (чистовой) детали тонкой линией; вычерчивание контура поковки с учетом припусков и напусков, простановку размеров и отклонений; оформление требований, предъявляемыми к поковке.

Рис. 2.1. Эскиз поковки вала гребного

Вес поковки рассчитывается по номинальным ее размерам с учетом половины положительных отклонений и веса технологических напусков, и равен 1370 кг.

 

Содержание расчетно-пояснительной записки и перечень графического материала курсового проекта по технологии горячей объемной штамповки

 

Курсовые проекты выполняются по двум вариантам. Основной вариант включает разработку технологии горячей объемной штамповки на универсальном кузнечно-штамповочного оборудовании с выбором оптимального варианта по весовым показателям. Дополнительный вариант - на конкретном оборудовании согласно задания преподавателя. При дополнительном варианте содержание проекта будет иметь отличия от основного: технологическая часть расчетно-пояснительной записки рассчитывается только для одного конкретного оборудования, в графическом материале отсутствует лист вариантов переходов штамповки (плакат к аналитическому обзору).

Введение.

1. Аналитический обзор.

1.1. Анализ конструктивных и технологических особенностей штампуемой детали.

1.2. Выбор универсального кузнечно-штамповочного оборудования, на котором возможно изготовление поковки.

2. Технологическая часть: (пункты 2.1 – 2.3 выполняются для каждого вида оборудования, на котором возможно изготовление поковки)*.

2.1. Выбор схемы штамповки и конструирование поковки:;назначение припусков;выбор линии разъема;назначение напусков;оформление чертежа поковки.

2.2. Выбор способа штамповки, конструирование ее переходов и расчет размеров исходной заготовки.

2.3. Выбор оптимального технологического процесса по весовым показателям: норме расхода и коэффициенту использования металла (приводится таблица весовых показателей штамповки по видам используемого оборудования).

2.4. Расчет силы деформирования и подбор основного оборудования по мощности.

2.5. Расчет заготовительного этапа: выбор способа резки заготовки;расчет силы резки и подбор оборудования по мощности;подготовка заготовки под штамповку

2.6. Расчет термического режима: выбор способа нагрева заготовки;расчет термического режима штамповки (интервала ковочных температур, скорости нагрева заготовки и охлаждения поковки, способа контроля за температурой процесса);подбор оборудования; выбор вида термообработки (ТО) поковки и определение ее режимов.

2.7. Расчет этапа отделочных и завершающих операций (обрезки облоя, пробивки отверстия, правки и калибровки): определение требуемых операций и их вида, определение силы деформирования на операциях и подбор оборудования по мощности.

2.8. Составление карты технологического процесса (карта помещается в Приложении расчетно-пояснительной записки курсового проекта).

3. Конструкторская часть

3.1. Конструирование оснастки на основные штамповочные операции: конструирование ручьев;выбор способа компенсации сдвигающих усилий;компановка штампа и определение его размеров;проверочный расчет на прочность.

3.2. Конструирование оснастки на завершающие и отделочные операции (проводится по операциям, выбранным в п.2.8): конструирование матрицы, пуансона и вспомогательных элементов; конструирование штампа.

Заключение.

Список использованных литературных источников.

Приложение: карта технологического процесса горячей объемной штамповки

Таблица 4.1.

 

Перечень графического материала для проекта по ГОШ

 

№ п/п	Вид чертежа	Количество листов формата А1
	Плакат к аналитическому обзору
	Чертежи детали, поковки, горячей поковки и переходов штамповки	1^*
	Сборочный чертеж технологической оснастки (штампа)
	Рабочие (детальные) чертежи технологической оснастки	1^*

^* Чертежи выполняются отдельными форматами на целом листе формата А1^* , который не разрезается.

 

Пример 1. Разработка технологического процесса горячей объемной штамповки поковок круглой формы в плане типа "кольцо синхронизатора"

Введение

Горячая объемная штамповка поковок является одним из методов обработки давлением. При этом штамповка поковок круглой формы в плане занимает особое место среди данного вида обработки. Она выполняется на штамповочных молотах, прессах и горизонтально-ковочных машинах. В данной работе представлена разработка технологического процесса штамповки поковки детали "кольцо синхронизатора".Разработанная конструкторско-технологическая документация включила чертеж поковки,. технологическую карту процесса и чертежи технологической оснастки.

Аналитический обзор

Технологическая часть

Конструирование поковки

Конструирование поковки включает этапы: назначение припусков, конструирование линии разъема штампа, назначение напусков и оформление чертежа поковки как сдаточного документа.

Назначение припусков

При конструировании поковки на трех выше указанных видах оборудования (ПШМ. КГШП, ГКМ ) назначение припусков, напусков и отклонений формы геометрии поковки выполняется согласно ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные. Припуски, допуски и кузнечные напуски» [2], справочные данные которого приведены в Прил.7 данного пособия. Их величина назначается в зависимости от индекса который определяется в зависимости от массы поковки , степени ее сложности , группы стали и класса точности .

Приближенное значение массы поковки определяется выражением

= · ,

(1.1)

где - коэффициент для определения массы поковки. Для поковок круглой формы в плане = 1,5. Тогда = 0,2 кг · 1,5 = 0,3 кг.

Степень сложности поковки определяется выражением

= ,

(1.2)

где – объем (масса) поковки; – объем (масса) фигуры (цилиндр с диаметром = 94,5 (90 · 1,05) мм, высотой = 18 (17,9 · 1,05) мм и массой = 0,979 кг), описывающий поковку. Тогда , что соответствует группе (Прил. 7, табл.1).

Группа стали определяется в зависимости от массовых долей компонентов, входящих в ее состав. Сталь относится к группе (Прил. 7, табл.1).

Класс точности имеет значения: ПШМ - 5, КГШП – 4, ГКМ – 5 (Прил. 7, табл.1).

Исходный индекс поковки имеет значения: ПШМ - 12, КГШП – 10, ГКМ – 12. Значения основных, дополнительных припусков, допускаемые отклонения на размеры определены согласно табл. 1,2 и 3 Прил. 7. Их расчетные значения, а также расчетные и принятые размеры поковки приведены в табл. 1 и 2.

Назначение напусков

Напуски включают: штамповочные уклоны, наметку под прошивку отверстия, радиусы закруглений и конструктивные упрощения отдельных элементов детали. Они зависят от формы, количества и расположения плоскостей разъема в штампе.

Штамповка на ПШМ (эскиз поковки приведен на рис. 2)

Плоскость разъема открытого штампа по расположению может иметь два основных равнозначных вариантов: по верхнему торцу фланца или его середины, из которых выберем первый. При этом по месту центрального сквозного отверстия выполним одностороннюю наметку, у которой линию разъема относительно основной - внешней сместим вниз с целью стабильности фиксации осаженной заготовки в штамповочном ручье. Величина напусков имеет следующие значения:

- штамповочные уклоны: наружные – 7⁰ , внутренние – 10⁰;

- наметка под прошивку отверстия конструируется, так как диаметр основания прошиваемого отверстия = 54 мм и 16 мм; вид наметки плоская, так как 0,4 1,7, ( – глубина наметки, =16,5 мм); толщина наметки определяется выражением

,,

(1.3)

и имеет значение 54 5,5 мм;

диаметр просекаемого отверстия в наметке (рис.2) определяется выражением

= - - ,

(1.4)

где – глубина наметки_, = – внутренний штамповочный уклон, = 10⁰; – радиус закругления перехода внутреннего штамповочного уклона на плоскость наметки, = .

Тогда = 54 – 16,5 – 0,4 5 = 47,74 ≈ 48 мм.

- радиусы закруглений наружных углов определяются выражением

= ,

(1.5)

где , – припуски по прилегаемым сторонам поковки; – размер фаски; для поковки до 1 кг. и глубиной ручья до 25 мм минимальный радиус равен = 1,6 мм;

- радиусы закруглений внутренних углов определяются выражением

= + .

(1.6)

Тогда:

= _{; = ;}

_{= ;} =

Объем поковки определяется по номинальным размерам поковки с учетом: половины положительного отклонения на наружных размерах и половины отрицательного – на внутренних и равен = Масса поковки равна = 0,688 кг.

Рис. 2. Эскиз поковки венца синхронизатора, штампуемой на ПШМ

Штамповка на КГШП (эскиз поковки приведен на рис. 3)

Плоскость разъема открытого штампа выбираем аналогично, как и при штамповке на ПШМ. Величина напусков имеет следующие значения:

- штамповочные уклоны (без выталкивания поковки): наружные – 5⁰, внутренние – 7⁰;

- наметка под прошивку отверстия конструируется, так как диаметр основания прошиваемого отверстия = 55 мм и 16 мм; вид наметки плоская, так как 0,4 1,7, ( – глубина наметки, = ); толщина наметки определяется выражением

,

(1.7)

и имеет значение 0,1 55 ;

диаметр просекаемого отверстия в наметке (рис.2) определяется выражением

= - - ,

(1.8)

где – глубина наметки_, = 15 мм; – внутренний штамповочный уклон, = ; – радиус закругления перехода внутреннего штамповочного уклона на плоскость наметки, = 5 мм.

Тогда = – – = .

- радиусы закруглений наружных углов:

= _{= ; = ;}

_{= ;}

- радиусы закруглений внутренних углов:

=

Объем поковки равен = 10⁴ мм³ . Масса поковки составляет = 0,545 кг.

Рис. 3. Эскиз поковки венца синхронизатора, штампуемой на КГШП

 

Штамповка на ГКМ (эскиз поковки приведен на рис. 4)

Закрытый штамп имеет две плоскости разъема:

- первый разъем (постоянный) в плоскости осевого сечения детали между полуматрицами, которые оформляют наружную поверхность поковки и торцевую, противоположную пуансону;

- второй разъем в плоскости поперечного сечения, между сомкнутыми полуматрицами и пуансоном, который оформляет внутреннюю поверхность наметки и сопряженные с ней торцевую поверхность поковки.

Величина напусков имеет следующие значения:

- штамповочные уклоны:

- на внешних поверхностях поковки, формируемых в полуматрицах, уклоны не назначаются;

- наметка под просечку отверстия конструируется на основании окончательного формовочного перехода. Параметры ее конструктивных элементов: глубина прошиваемой части , полная прошиваемая глубина ; радиус закругления на дне наметки , рассчитываются по выражениям [1]

= ,	(1.9)
= ,	(1.10)

где - диаметр отверстия на торцевой поверхности поковки; - глубина радиусной части наметки, зависящая от отношения ( - внешний диаметр поковки), - коэффициент, зависящий от отношения ( - высота поковки) и определяемый по выражениям

= при ,	(1.11)
= при >	(1.12)

Величина радиуса закругления на дне наметки зависит от отношения [1]. После просечки внутренний контур сквозной полости поковки состоит из двух поверхностей: конической длиной с уклоном величиной , переходящей в цилиндрическую с диаметром , величина которого определяется выражением

= -

(1.13)

где - внутренний штамповочный уклон, [1].

Глубина просекаемой части имеет значение

= - .

(1.14)

Размеры элементов поковки имеют значения:

при = < , тогда = ; = - . При , , ;

	- радиусы закруглений наружных углов имеют значения: = ; = = . Минимальный радиус закруглений внутренних углов конструктивно принимаем Объем поковки равен = Масса поковки равна = кг.
Рис.4. Эскиз поковки кольца синхронизатора, высаживаемой на ГКМ

Расчет термического режима

Выбор способа нагрева заготовки и подбор оборудования

Основным способом нагрева заготовок гладкого проката при высадке является пламенный нагрев в газовой очковой печи. При этом заготовки укладываются в печь по штучно в каналы специальных огнеупорных кирпичей, расположенных по входу печи.

Расчет термического режима штамповки

Интервал ковочных температур выбирается по справочным данным, для стали он составляет 1200 810 .

Режим нагрева мелких и средних заготовок имеет свои особенности: нагрев проводится с максимально достижимой скоростью; продолжительность нагрева определяется по справочным данным: графикам или по значению удельного времени нагрева на единицу диаметра заготовки. При этом заготовки укладываются в печь, разогретую на максимальную температуру, превышающую максимальную температуру штамповки на 20 30 С. Взятие заготовок производится поштучно с минимальным интервалом, обеспечивающим нагрев заготовки до максимальной температуры. Для рассчитанной заготовки диаметром = 40 мм время нагрева составляет 10 мин., а темп высадки 60 .

Для стали охлаждение высаженных поковок производится на воздухе (поковки после штамповки по транспортеру перемещаются в металлическую тару).

Контроль за термическим режимом ведется на двух стадиях процесса: нагреве и штамповки. Температура нагрева фиксируется термопарами, помещенными в нагревательную печь, в виде записанных бумажных диаграмм на многоканальных потенциометрах. При штамповке режим нагрева контролируется периодически согласно инструкций (в частности для стали в интервале штамповки 30 поковок) с помощью пирометра (оптический способ), результаты замеров которого заносятся в технологический паспорт изготовления изделия.

 

Конструкторская часть

Аналитический обзор

Технологическая часть

Конструирование поковки

Конструирование поковки включает этапы: назначение припусков, конструирование плоскости разъема штампа, назначение напусков и оформление чертежа поковки.

Назначение припусков

При конструировании поковки на двух выше указанных видах оборудования (ПШМ. КГШП ) назначение припусков, напусков и отклонений формы геометрии поковки выполняется согласно ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные. Припуски, допуски и кузнечные напуски» [2]. Их величина назначается в зависимости от индекса который определяется в зависимости от массы поковки , степени ее сложности , группы стали и класса точности .

Приближенное значение массы поковки определяется выражением

= · ,

(1.1)

где - масса детали, - коэффициент для определения ориентировочной массы поковки. Для поковок удлиненной формы в плане; = 1,8. Тогда = 0,235 кг · 1,8 = 0,423 кг.

Степень сложности поковки определяется выражением