46354

Разработка технологического процесса детали «Кольцо»

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Анализ чертежа детали. Анализ свойств материала детали. Разработка технологического процесса изготовления заготовки детали. Анализ чертежа детали.

Русский

2013-11-21

546.7 KB

77 чел.

Содержание:

1. Состояние вопроса. Цели и задачи работы.

1.1. Анализ чертежа детали……………………………………………………....3

1.2. Анализ свойств материала детали…………………………………………..3

1.3. Обзор альтернативного способа получения штампованной заготовки…………………………………………………………………………..4

1.4. Цель и задачи работы………………………………………………………...7

2. Разработка технологического процесса изготовления заготовки детали.

2.1. Проектирование эскиза горячей поковки…………………………………..7

2.2. Расчет и обоснованный выбор числа операций и переходов, их параметров……………………………………………………………………….10

2.3. Обоснование термомеханических режимов деформирования, нагрева, охлаждения и термической обработки…………………………………………12

3. Проектирование технологической оснастки и деформирующего инструмента.

3.1. Выбор и назначение деформирующего и нагревательного оборудования…………………………………………………………………….13

3.2. Проектирование штамповой оснастки…………………………….............15

3.3. Обоснование требований к деформирующему инструменту…………….16

Заключение……………………………………………………………………….17

Список использованных источников…………………………………………...18

Приложение. Спецификация……………………………………………………19

1. Состояние вопроса. Цели и задачи работы.

  1.  Анализ чертежа детали.

Наименование детали – кольцо. Деталь предположительно служит в качестве крышки в каких-либо станках или приспособлениях. Обозначение материала детали сталь 30Х ГОСТ 14896 – 84 – конструкционная углеродистая качественная сталь.

Деталь представляет собой цилиндрическое тело с габаритными размерами: диаметром 40 мм и толщиной 10 мм. Имеется сквозное осевое отверстие диаметром 20 мм.

Все поверхности имеют шероховатость Ra = 6,3 мкм.

Все размеры имеют 14 квалитет точности.

Твердость поверхности до 216…259 HВ.

  1.  Анализ свойств материала детали.

Штампуемый материал – сталь 30.

Характеристика стали 30

Заменитель: 25, 35

Классификация: Сталь конструкционная углеродистая качественная.

Назначение: тяги, серьги, траверсы, рычаги, валы, звездочки, шпиндели, цилиндры прессов, соединительные муфты и другие детали невысокой прочности.

Химический состав   Таблица 1.1.

Химический элемент

%

Кремний (Si)

0.17-0.37

Медь (Cu), не более

0.25

Мышьяк (As), не более

0.08

Марганец (Mn)

0.50-0.80

Никель (Ni), не более

0.25

Фосфор (P), не более

0.035

Хром (Cr), не более

0.25

Сера (S), не более

0.04

Углерод (С)

0.27-0.35

Технологические свойства   Таблица 1.2.

Температура ковки

Начала 1280, конца 750. Заготовки сечением до 800 мм охлаждаются на воздухе.

Свариваемость

Ограниченно свариваемая. Способы сварки РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка. КТС без ограничений.

Обрабатываемость резанием

В горячекатаном состоянии при НВ 143 и sB = 460 МПа, Ku тв.спл. = 1,7.

Склонность к отпускной способности

Не склонна.

Флокеночувствительность

Не чувствительна

  1.  Обзор альтернативного способа получения штампованной заготовки.

Данную поковку можно получить либо холодной объемной штамповкой, либо штамповкой на горизонтально-ковочных машинах.

В нашем случае - при прямом выдавливании заготовки сплошного сечения простой формы (круг) процесс выглядит так: отрезать заусенец, а после произвести пробивку пленки, это означает, что для изготовления кольца нам нужно два штампа, значат штамповка совершается за два перехода.

Штамповку осуществляют в открытых и закрытых штампах. В открытых штампах получают поковки удлиненной и осесимметричной формы. В закрытых штампах – преимущественно осесимметричные поковки, в том числе из малопластичных материалов. Наша поковка простой формы и штампуют ее в штампах с одной полостью.

После штамповки в открытых штампах производят обрезание облоя и пробивку пленок в специальных штампах, устанавливаемых на кривошипных прессах (рис.1.3.1).

Рис. 1.3.1. Схемы обрезания облоя (а) и пробивки пленок (б)

  1.  пуансон, 2- съемник, 3- поковка, 4- матрица.

Холодной объемной штамповкой получают ответственные детали с высокими и стабильными механическими свойствами, что объясняется отсутствием рекристаллизации в металле и упрочнением. Так как заготовки не нагреваются, на поверхности поковок не происходит образование окалины, обезуглероживания, обесцинкования и тому подобного, что улучшает качество поковок в целом и сохраняет припуски на дальнейшую обработку. В ряде случаев поковки не требуют дополнительной обработки, являясь готовыми деталями (коэффициент использования металла составляет 1). Однако для осуществления холодной объемной штамповки требуются значительные усилия – до 2500 Мн/м2 (1 Мн=100 тс) и более, что отрицательно влияет на стойкость штампов. Существенно снизить усилия (в 10-15 раз) позволяет нагрев заготовок, то есть горячая объемная штамповка.

Преимущества:

- производительность штамповки на прессах выше, чем на молотах;

- высокую точность размеров;

- штамповочные уклоны меньше, т. к. есть выталкиватели;

- большие возможности для механизации и автоматизации процесса.

Недостатки: стоимость пресса в 3-4 раза выше стоимости молота.

На ГКМ процесс изготовления детали производят из прутка на одном штампе, но за три перехода. В отличие от молотовых и прессовых штампы ГКМ имеют не одну, а две плоскости разъема, расположенные под углом 90°. Одна из них проходит между пуансонами и матрицами, другая — между половинками матриц. Набор металла при высадке производится в матрицах и в пуансонах. Поковки, получаемые в пуансонах, отличаются большей точностью. В них отсутствуют такие дефекты, как эллиптичность наружного диаметра, смещение и др., свойственные поковкам, изготовленным в матрицах.

Рис.1.3.2- Схема штамповки на ГКМ

  1.  пуансон, 2- упор, 3- неподвижная часть матрицы, 4- пруток,

5- подвижная часть матрицы.

К преимуществам штамповки на ГКМ можно отнести следующее:

1. Легкость штамповки таких деталей, которые на другом оборудовании рационально изготовить нельзя (поковки типа стержня с фланцем).

2. Отсутствие штамповочных уклонов на наружной поверхности поковки, что позволяет повысить коэффициент весовой точности (КВТ) и коэффициент использования металла (КИМ) при штамповке.

3. Получение поковок высокой точности.

4. Легкость автоматизации.

5. Безударную, спокойную и безопасную работу.

Недостатки:

1. Меньшая универсальность по сравнению с молотами и прессами; резко ограниченная номенклатура поковок; относительно небольшие размеры и масса поковок (до 150 кг).

2. Низкая стойкость штампов.

3. Необходимость очистки нагретого прутка от окалины.

4. Высокая стоимость.

Для изготовления детали «кольцо» мы выбираем штамповку на ГКМ.

  1.  Цель и задачи работы.

Главная цель-это получить качественную деталь за меньшее время и затраты на ее изготовление.

Для увеличения долговечности и снижения стоимости штампов применяются ручьевые вставки из штамповой стали, закрепляемые в блоках матриц.

У поковок, получаемых на ГКМ, отсутствуют штамповочные уклоны на поверхностях, совпадающих с направлением движения главного ползуна. Это повышает точность поковок и снижает расход металла.

  1.  Разработка технологического процесса изготовления заготовки детали.

  1.  Проектирование эскиза горячей поковки.

 Припуск - предусмотренное одностороннее увеличение размера поковки по сравнению с номинальным размером детали, обеспечивающее после обработки резанием требуемые, проставленные на чертеже размеры детали и шероховатость ее поверхностей.

Припуски и допуски определяют в соответствии с ГОСТ, учитывая ориентировочное превышение массы детали по сравнению с массой упрощенной готовой детали.

Произведем расчет массы детали:

,     (1)

где  Vпок- объем детали,

 -плотность стали,

=7,85·103 кг/м3.

Объем детали находится как:

,   (2)

 

Рис.2.1.1- Эскиз детали

м3.

Масса детали равна:

Припуск выбирают с учетом диапазона значений массы до 0,25кг. После выполнения чертежа поковки проверяют правильность выбора этого диапазона.

Степень сложности поковки определяют по отношению массы (объема) поковки к массе (объему) геометрической фигуры в которую вписывается поковка. В данном случае фигура представляет собой цилиндр.

Однако фактические размеры поковки неизвестны, что не позволяет определить и массу геометрической фигуры. В связи с этим определяют ориентировочную степень сложности по формуле:

     ;    (3)

где––масса фигуры, в которую может быть вписана деталь.

.  (4)

.

Значение находится в пределах от 0,63 до 1,0,установленных для  степени сложности С1 по ГОСТ 7505 – 74.

Из рассчитанной массы, равной 73,9 г я определила припуск на размеры, он должен составлять до 0,5 мм, принимаем припуск 0,2 мм.

Напуск – увеличение припуска в целях упрощения конфигурации поковки из-за невозможности или нерентабельности ее изготовления с контуром, соответствующим контуру детали. К кузнечным напускам относят  штамповочные уклоны, внутренние радиусы закруглений и перемычки отверстий.

При изготовлении поковок на ГКМ штамповочные углы назначают на поверхности, располагающиеся перпендикулярно движению главного ползуна, а также поверхности выступов и углублений, располагающихся параллельно движению ползуна и выполняемые пуансонами, и поверхности сквозных отверстий.

 Для горизонтально-ковочных машин штамповочные уклоны составляют: наружные 5°, внутренние 7°; наименьший радиус наружных закруглений составляет 1,5°.

Диаметр наметки под отверстие не должен превышать 0,8 диаметра отверстия.

Допуск – отклонение размера поковки от номинального, обусловленного точностью изготовления, недоштамповкой, износом ручья штампа и т.д.

Допуск по массе штампованных поковок нормальной точности до 0,25 кг на группу стали М1 и степень сложности С1 составляет  мм.

Разработаем чертеж поковки на основании полученных данных.

Рис. 2.1.2- Чертеж поковки

Масса поковки:

 кг=77,9 г. (5)

Таким образом, масса поковки находится в ранее принятом диапазоне значений до 0,25 кг.

Степень сложности С определяем по формуле:

    ,    (6)

где  – масса фигуры, в которую может быть вписана поковка с вертикальными размерами, принятыми с учетом 0,5 положительного предельного отклонения.

Таким образом, степень сложности остается в диапазоне величин  от 0,63 до 1,0 установленных для степени сложности С1.

2.2. Расчет и обоснованный выбор числа операций и переходов, их параметров.

Выбор переходов штамповки проводят, используя рекомендации для поковок различных степеней сложности [2]. Изготовляемые поковки на ГКМ с отверстием выполняются за три перехода.

Составим эскиз последнего формовочно-прошивного перехода и определим его объем, в данном случае по формуле (7) в связи принятым для данной поковки кольца способом штамповки без облоя:

   ,    (7)

Где Vц - объем поковки кольца с учетом объема наметки Vнм (размеры наметок в таб.14[1]);

-угар (составляет 0,4-0,7% для малых заготовок диаметром менее 50 мм, принимаем =0,5% ).

Vцr2·h=3,14·202·10=12560 мм3,

Vнмr2·h +  ·r2·h1=3,14·102·2,6+ ·3,14·102·10=1863 мм3,

где h=0,13·d0=2,6 мм,

 h1=0,5· d0=10 мм (по таб.14 [1]).

Подставим значения

мм3.

Рис.2.2.1- Эскиз формовочного перехода

Диаметр исходной заготовки предварительно выбирают по формуле :

    d0,98·d0,     (8)

где d0-диаметр отверстия поковки.

d0=20 мм, тогда d19,6 мм, округляем значение диаметра прутка до ближайшего меньшего по ГОСТ 7417-75 (штамповка без заусенца), тогда d=19,5 мм.

Определяем длину высаживаемой части заготовки:

    ,    (9)

подставим числовые значения:

36 мм.

=1,8.

Высадку проводят за два перехода при штамповке в ручьях, расположенных в матрице (т.к. 1,7 d / lв3), с принятой последовательностью формоизменения с одним наборным переходом.

Кольцо штампуется из длинного прутка, нагретого с одного конца. В первом переходе пруток зажимается в матрице 9, и высаживается головка пуансоном 12. После раскрытия матрицы в ручье I пруток с высаженной головкой передается в ручей II, где формовочный пуансон 6делает наметку под пробивку. Переложив пруток в ручей III пробивным пуансоном выбивают пруток из головки, образуя кольцо без отходов.

2.3. Обоснование термомеханических режимов деформирования, нагрева, охлаждения и термической обработки.

Формоизменение поковки осуществляется высадкой и прошивкой, а заканчивается операцией пробивки. При штамповке поковок характерно совмещение операций высадки и прошивки. Штамповку проводят в пуансоне, в поковках, изготовленных в матрицах отсутствуют дефекты, свойственные поковкам, изготовленным в матрицах (эллиптичность наружного диаметра, смещение и др.) Т.к. Н/d0<0,6 будем использовать формовочный ручей без наметки под прошивку, что обеспечит незначительное изменение площади поперечного сечения заготовки.

Размеры поперечного сечения по сравнению с исходной заготовкой изменяются на всех участках поковок. Кольцо штампуется из длинного прутка, нагретого с одного конца. Рекомендуемая температура нагрева стали 30 на начало ковки 1250°С, на конец ковки 800°С, при температуре рабочего пространства 1400°С. При температуре нагрева 1250°С и диаметре поковки меньше 50 мм время нагрева прутка составляет 3,5 мин. После окончания штамповки кольцо охлаждается на воздухе.

  1.  Проектирование технологической оснастки и деформирующего инструмента.

  1.  Выбор и назначение деформирующего и нагревательного оборудования.

Усилие ГКМ, необходимое для штамповки в закрытых формовочных и прошивных ручьях находится как:

Р=К··,    (10)

где  D-диаметр поковки,

- предел прочности при температуре окончания штамповки, =10 кГ/мм3.

 К-коэффициент, определяемый в зависимости от вида штамповки на ГКМ по табл.4 [1]; К=6,5.

Подставим числовые значения:

Р=6,5··10=83280,9 кГ=83,2809 Т.

Из рассчитанного усилия, выбираем ГКМ .Нам подходит горизонтально-ковочная машина с номинальным усилием машины с 1000 Н (наименьшая по усилию по ГОСТ 7023-56), производительностью 80 кг/ч.

Рис.3.1.1- Кинематическая схема горизонтально-ковочной машины

Схема ГКМ с вертикальным разъемом матриц и с кулачково-рычажным механизмом зажимного ползуна показана на рис. 3.1.1. От электродвигателя 1 движение передается клиноременной передачей 2 на маховик 3, от него через фрикционную пневматическую муфту включения 4 - на приводной вал 5 и затем через пару зубчатых колес 6 -на кривошипный вал 8, который через шатун 9 обеспечивает возвратно-поступательное движение главного ползуна 10 с закрепленными на нем пуансонами 11. Упор 12 при сомкнутых матрицах отводится в сторону главным ползуном.

Возвратно-поступательное движение зажимного ползуна 15 осуществляется от кривошипного вала 8, а через кулачковые механизмы зажима 18 и разжима 17 и роликов 19 и 20 передается на боковой ползун 21, на котором закреплены оси роликов. Боковой ползун получает возвратно-поступательное движение, передающееся через систему рычагов, образующих шарнир 16, на зажимный ползун 15, несущий подвижную матрицу 14, которая при включении фрикционной пневматической муфты 4 периодически смыкается и размыкается с неподвижной матрицей 13. Для остановки кривошипного вала, а следовательно, главного и зажимного ползунов выключают фрикционную пневматическую муфту 4 и включают тормоз 7.

Для нагрева прутка выбираем печь с периодической нагрузкой, а именно  щелевую каменную печь в которой тепло отходящих газов обычно не используется. Работа совершается на газообразном топливе, т.к. сжигается с минимальным избытком воздуха, удобно транспортируемое по трубопроводам. Производительность 250-400 кг/ч; расход топлива (природный газ) 50-60 м3/ч. Нагреваем пруток (как ранее было сказано)

3,5 мин.

Рис. 3.1.1- Переносная щелевая печь

  1.  Проектирование штамповой оснастки.

Штамповая оснастка состоит из матрицы и пуансона, которые изготавливаются из износостойкого и твердого материала.

Для ГКМ с номинальным усилием 1МН размеры матрицы составляют:

длина140 мм, высота 250 мм, ширина 100 мм; размеры блока пуансонов:

длина 264 мм, высота 270 мм, ширина 60 мм.

Для высадки кольца за три перехода, как мы выяснили ранее, нам необходимо разработать три пуансона: наборный пуансон, формовочный пуансон и  пробивной пуансон. Все данные для конструирования мы берем из источников [1] и [2], производим построения.

 

3.3. Обоснование требований к деформирующему инструменту

К конструкции пуансонов предъявляются большие требования. Она должна обеспечивать надежное закрепление пуансонов в пуансонсдержателе, экономное расходование штамповой стали и возможность быстрой замены. Таким требованиям удовлетворяют составные пуансоны, состоящие из державки с хвостовиком и самого пуансона. Материал пуансонодержателя – сталь марки 45ХЛ ГОСТ 7832-65. НВ 207…255. Остальные технические требования по ГОСТ 16198-70.

Крепление пуансона к державке осуществляется с помощью гайки, т.к. машина малой мощности.

Блоки матриц со вставками изготавливают из стали 45 по ГОСТ 7023-70, HRC 56-60. Вставки, пуансоны изготавливают из стали 4Х5В2ФС по ГОСТ 7023-70, HRC 54-58. Блоки для вставок должны иметь твердость НВ 321-444, блоки для рабочих вставок и пуансонов НВ 368-478.

Крепление матриц в гнездах горизонтально-ковочной машины осуществляется с помощью колодок с прижимными болтами. Для предотвращения смещения полуматриц при обратном ходе центрального ползуна на нижней опорной поверхности матриц имеется шпоночный паз, в который входит шпонка, соединенная с подкладными плитами машины.

Заключение

Применяя знания, основных видов обработки и их схем, был разработан технологический процесс детали «Кольцо».

При выборе заготовки учитывались: конструкция, размеры, масса и материал заготовки, точность выполнения и качество поверхности заготовки. Для данной детали была выбрана сталь 30 ГОСТ 14896 – 84 – конструкционная углеродистая качественная сталь, которая обладает наилучшими свойствами необходимыми при обработке и дальнейшей эксплуатации.

Используя справочную литературу, произведен расчет переходов, усилий, мощности, машинного времени при высадке.

Оборудование и приспособление к нему выбрано по размерам в соответствии с габаритными размерами данной детали. Степень точности станков соответствует техническим требованиям.

Курсовая работа включает в себя: чертеж детали (формат А4), чертеж штампа и технологического процесса (формат А1), деталировочные чертежи деформирующего инструмента и других рабочих деталей штампов (формат А3 и А4) пояснительную записку, 3 главы, заключение, список литературы.

Список использованных источников

1. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./Ред. Совет: Е.И. Семенов и др. – М.: Машиностроение, 1985 – т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка/Под ред. Е.И. Семенова, 1985. 568 с., ил.

2. Ковка и штамповка: Справочник. В 4-х т./Ред. Совет: Е.И. Семенов и др. – М.: Машиностроение, 1986 – т.2. Горячая штамповка/Под ред. Е.И. Семенова, 1986. 592 с., ил.

Приложение

(обязательное)

Спецификация


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41278. Непрерывно-стохастические модели (Q-схемы) (продолжение). Возможные приложения Q-схем 140.5 KB
  В студенческом машинном зале расположены две ЭВМ и одно устройство подготовки данных УПД. Студенты приходят с интервалом в 8  2 мин и треть из них хочет использовать УПД и ЭВМ а остальные только ЭВМ. Работа на УПД занимает 8  1 мин а на ЭВМ – 17 мин. Кроме того 20 работавших на ЭВМ возвращаются для повторного использования УПД и ЭВМ.
41279. Сетевые модели (N-схемы). Основные соотношения. Возможные приложения N-схем 176.5 KB
  Сетевые модели Nсхемы. Сетевые модели Nсхемы Основные соотношения Для формального описания структуры и взаимодействия параллельных систем и процессов а также анализа причинноследственных связей в сложных системах используются сети Петри англ. Граф Nсхемы имеет два типа узлов: позиции и переходы изображаемые 0 и 1 соответственно. Граф Nсхемы является мультиграфом так как он допускает существование кратных дуг от одной вершины к другой.
41281. ФОРМАЛИЗАЦИЯ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ 163 KB
  Методика разработки и машинной реализации моделей систем Сущность машинного моделирования системы состоит в проведении на вычислительной машине эксперимента с моделью которая представляет собой некоторый программный комплекс описывающий формально и или алгоритмически поведение элементов системы в процессе ее функционирования т. Требования пользователя к модели Основные требования предъявляемые к модели процесса функционирования системы: 1. Полнота модели должна предоставлять пользователю возможность получения необходимого набора оценок...
41283. ОСНОВЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ 56.5 KB
  Алгебра логики или алгебра высказываний разработана Джорджем Булем в 1854 г. Отсюда второе название "Булева алгебра". Логическая функция – закон соответствия между логическими переменными (функция дискретная). Логическая переменная либо есть, либо ее нет. Логическая функция может иметь произвольное число логических переменных. Область определения насчитывает значений, где n – количество переменных.
41284. Політичне і соціально-економічне становище українських земель у складі Австро-Угорщини 48.5 KB
  У Галичині тривав початий ще значно раніше процес полонізації на Закарпатті – мадяризації на Буковині – румунізації. Перші дві парові машини в Галичині з’явилися лише в 1843 р. Велике феодальне землеволодіння було домінуючим на Закарпатті та в Галичині. Кількість сільської буржуазії становила 11 в Галичині та 8 – на Буковині.
41285. Політичне і соціально-економічне становище українських земель у складі Російської імперії 85 KB
  в Україні сталося 104 масових антиурядових виступи кріпаків. Найзначнішими на Правобережній Україні були виступи селян у 24 селах і містечках Черкаського повіту на Київщині в 1803 р. Однак це не зупинило антикріпосницький рух в Україні. Особливо широкого розмаху він набрав на Правобережній Україні у зв’язку з проведенням інвентарної реформи 1847–1848 рр.
41286. Суспільно-політичний розвиток західноукраїнських земель 16.42 KB
  Вона маніфестувала нескореність духу українського народу що мало неабияке значення у справі пробудження національної самосвідомості мас. Яхимовичем взяла на себе роль представника інтересів українського населення Галичини перед центральним урядом і виконувала її протягом 18481851 рр. Руські ради стали організаторами боротьби українського населення за відокремлення Східної Галичини заселеної переважно українцями від західної польської та надання їй національнотериторіальної автономії за запровадження навчання в усіх освітніх закладах...