Характеристика материала заготовки и технические требования.

Введение

     При производстве металлических изделий широко применяют обработку металлов давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Основными способами обработки металлов давлением являются прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

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

     Горячая объёмная штамповка поковок осуществляется в штампах. Штамп состоит из двух разъёмных частей, внутренние полости которых в собранном виде образуют ручьи. Течение металла при деформации ограничивается формой и размерами внутренней полости штампа. Получаемые поковки отличаются высокой точностью размеров, большей сложностью конфигурации, хорошим качеством поверхности и меньшими допусками. Следовательно, штамповка обеспечивает значительную экономию металла, снижает трудоёмкость обработки в кузнечном цехе и при последующей механической обработке, повышает коэффициент использования металла и увеличивает производительность оборудования.

     Горячую объёмную штамповку широко применяют в автомобильной, тракторной, транспортной, авиационной и других отраслях промышленности.

 

 

1. Сущность метода горячей объёмной штамповки.

Преимущества и недостатки.

 

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

  По способу изготовления поко­вок различают свободную ковку и горячую объёмную штамповку.

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

    В качестве заготовок для горячей штамповки в подавляющем большинстве случаев применяют прокат круглого квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные заготовки, хотя иногда штампуют и от прутка с последующем отделением поковки непосредственно на штамповочной машине. Заготовки отрезают от прутка различными способами: на кривошипных пресс-ножницах, газовой резкой и т д.

    По сравнению с ковкой штамповка имеет ряд преимуществ. Горячей объёмной штамповкой можно получать без напусков поковки сложной конфигурации, которые ковкой изготовить без напусков нельзя, при этом допуски на штамповочную поковку в 3 – 4 раза меньше, чем на кованную. В следствии этого значительно сокращается объём последующей механической обработки, штамповочные поковки обрабатывают только в местах сопряжения с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию.

    Производительность штамповки значительно выше – составляет десятки и сотни штамповок в час.

    В то же время штамповочный инструмент штамп – дорогостоящий инструмент и является пригодным только для изготовления какой то одной, конкретной поковки. В связи с этим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших 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 для штамповки считается крупными. В основном штампуют поковки массой 20 – 30 килограмм. Но благодаря созданию мощных машин в отдельных случаях штампуют поковки массой до трёх тонн.

    Горячей объёмной штамповкой изготовляют заготовки для ответственных деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин, самолётов, железнодорожных вагонов, станков и так далее.

    Конфигурация поковок чрезвычайно разнообразна, 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 квадратные в плане.

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

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

    Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижным и неподвижным частями штампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из полости штампа и заставляет металл целиком заполнить всю полость. В конечный момент формирования заусенец выжимаются излишки металла, находящийся в плоскости, что позволяет не предъявлять особо высоких требований к точности заготовок по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах. Штамповкой в открытых штампах получают поковки всех типов.

    Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остаётся закрытой. Зазор между подвижной и не подвижной частями штампа при этом постоянный и большой, так что образование заусенца в нём не предусматривается. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которых штампуют. Закрытый штамп может быть с одной или двумя взаимно перпендикулярными плоскостями разъёма, то есть состоять из трёх частей.

   При штамповке в закрытых штампах надо строго соблюдать равенство объёмов заготовки и поковки, иначе при недостатке металла не заполняются углы полости штампа, а при избытке размер поковки по высоте будет больше нужного. Значит процесс получения заготовки усложняется, поскольку отрезка заготовок должна сопровождаться высокой точностью. Существенным преимуществом штамповки в закрытых штампах является уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода заусениц. Поковки полученные в закрытых штампах имеют более благоприятную микроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не прорезаются в месте выхода металла заусениц. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших зажимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получить большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

   К закрытой штамповке можно отнести штамповку выдавливанием и прошивкой, так как штамп в этих случаях выполняют по типу закрытого и отхода металла заусениц не предусматривает. Деформирование металла при горячей штамповке вдавливанием и прошивкой происходит так же, как при холодном прямом и обратном выдавливании.  

 

Характеристика материала заготовки и технические требования.

Для поковки ''Цапфа правая'' 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 Ст3 конструкционная обыкновенного качества низкоуглеродистая низколегированная, по степени раскисления, спокойная, содержит в среднем 0,20%С;  0,3%Cr и 0,25%Si.

Поковка относится ко 2-й группе ГОСТ 8479 -70. Сдается по твердости. Твердость измеряют на одной поковки от партии. Партия комплектуется из поковок одной марки стали, совместно прошедших термическую обработку в одной печи.

Гр.  НВ 111 – 156 ГОСТ 8479 – 70.

Для обеспечения заданной твердости поковка должна быть подвергнута 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 ГОСТ 7417-75, уголки, трубы ГОСТ8732 - 78, полоса ГОСТ 1577 - 81 и т. д.), а так же поковок ГОСТ8479 - 70 . В зависимости от гарантируемых свойств их поставляют трех групп: А, Б, В.

 

Механические свойства поковок.

 

ГОСТ	Состояние поставки, режим термообработки	Сечение мм	σ0,2	σв	σ5	Ψ	KCU	НВ
			Мпа		%		Дж/см²
			Не менее
	нормализация	До 100 100-300	195 195	392 392	26 23	55 50	59 54	111-156

 

Температура критических точек.

 

АС1	Ас3(Асm)	Ar3(Arcm)	Ar1
735	850	835	680

 

 

Технологические свойства.

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

Свариваемость- сваривается.

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

Для толщины свыше 37 мм. Рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Склонность к отпускной хрупкости- не склонна.

По структуре после нормализации стали подразделяют на следующие классы: перлитный, мартенситный, аустенитный, ферритный.

 

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 Kp

        Mg – масса детали; 2.57 кг

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

           

        M = 2.57 1,5 = 3.85кг

 

 

- Класс точности паковки устанавливаем в зависимости от технологического процесса и оборудования для её изготовления.

         Класс точности Т4

 

 

- Группа стали устанавливается исходя из среднего массового содержания углерода и легирующих элементов (Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V)

         Группа стали принимаем М1

(Углерода около 0.22%)

 

 

- Степень сложности определяем путём вычисления отношения массы поковки к массе геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

 Gф=Vф d;  Vф = 1.64дм³;    d=7.8кг/дм³ ;      

 Gn/Gф = 3.85/12.8 = 0,3   

              Степень сложности принимаем С3

 

 

  - Выбор поверхности разъёма штампа.

Поверхность разъёма называют поверхность соприкосновения верхней и      нижней половины между собой. На детали плоскость разъёма штампа выбираем так , чтобы при этом глубина полости штампа была наименьшей, что облегчает заполнение металлом полости штампа и хорошую выемку штампованной поковки из неглубокой полости.

  Конфигурация поверхности штампа плоская ( П )

 

- Исходный индекс определяем для последующего назначения припусков на механическую обработку и допускаемых отклонений 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 поверхности 12.5 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

    - На наружные 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)Допускаемая величина высоты заусенца по контуру обрезки облоя - 3мм.

11) Расчет размеров заготовки :    

Диаметр заготовки равен максимальному диаметру поковки D=102мм.

       Длинна заготовки: L_заг=4 V_заг/П D²,  D = 102мм

                   V_заг = V_пок + V_обл + V_уг;       

                   V_пок = 0,922дм³ – расчитанно по чертежу.

                   V_обл = 0,08  V_пок = 0,08 0,922=0,07дм³

                    V_уг = 0,03  (V_пок +V_обл)= 0,03 0,992=0,02дм³

        V_заг = 1,02дм³;       

         Отсюда длина заготовки L_заг = 1,24дм³

 

12) Выбор усилия КГШП:

    Масса поковки равна 3,85кг, значит усилие 20000 кН.