Кузнечно-штамповочное производство

d = 57 мм – диаметр заготовки,

Н = 61 мм – высота заготовки,

V = 155578.37мм3 – объём заготовки,

G = 1221.3граммов – масса заготовки.

11. Нагрев заготовки.

Температурный интервал штамповки для Стали 20Х находится в пределах  1260-7500С [1].

При нагреве заготовок  под горячую объемную штамповку преимущественно используют полуметодические печи или индукционный нагрев токами высокой частоты. Для нагрева мерных заготовок применяют камерные печи с закрывающимися окнами. Индукционный нагрев токами высокой частоты применяют для  заготовок диаметром до 150 мм.  Этот вид является  очень  дорогостоящим, но отсутствуют потери металла на угар.

Таким образом, с учётом данной серийности производства и размера заготовок, нагрев целесообразно проводить в индукционной печи, с целью экономии металла.

Типовая нагревательная печь: ИН3-108

Типовой индуктор: И60-108;

Мощность: 100квт;

Частота: 8000гц;

Длина катушек: 400-1000 мм;

Внутренний диаметр: 64-115 мм;

Производительность: 250 кг/ч;

Диаметр нагреваемых заготовок: 20-60 мм;

Время нагрева: 100 с.

12. Расчет потребного усилия.

Усилие штамповки в открытом штампе складывается из усилия, необходимого для заполнения облойной канавки и усилия, необходимого для  заполнения ручья штампа. Заусенечную канавку  выбираем в зависимости от наибольшей высоты ручья H в верхней и нижней вставках. В нижней вставке окончательного штамповочного перехода высота ручья H=16.5 мм.  Выбираем заусенечную канавку тип I [3], для высоты ручья 8-20мм. Заполнение ручья такой глубины должно происходить  под давлением пресса усилием в 1600 тс.

Параметры заусенечной канавки:

hз=2 мм;   b=6мм;  h1=6мм; R1=20мм; r=1.5мм.

где σs - напряжение текучести металла, соответствующее температуре и скорости деформации при штамповке (приблизительно равно временному сопротивлению на растяжение при той же температуре) (Па);

b – ширина мостика канавки для заусенца (м);

hз - толщина заусенца в мостике (м);

Fз - площадь проекции поковки на плоскости разъема (м2);

Fп - площадь мостика канавки для заусенца (м2);

d – диаметр или сторона квадрата поковки в плане (м).

13. Выбор типа штампа.

На кривошипных горячештамповочных прессах применяют только составные штампы.  Пакет сборного штампа состоит из нижней и верхней плиты (державок); направляющих колонок и втулок, расположенных сзади рабочих частей штампа. При штамповке изделий  имеющих большой размер  в направлении  глубины ручья, или извлечение которых из ручья штампа затруднено, применяют выталкиватели.  В державках имеется полость для ручьевых вставок. В этой полости крепятся опорные плиты, нижняя левая боковая и задняя, воспринимающие вертикальные и сдвигающие усилия от вставок при штамповке. Так же размещается узел регулировки и крепления вставок прихватами или прижимными клеммами. В каждом штампе  может быть от одной до трех ручьевых вставок. Если для изготовления изделия требуется меньше штамповочных переходов, то в таком  случае фрезеруется необходимое количество ручьев (по одному во вставке), а свободные места   заполняются   пустыми ручьевыми вставками. При этом всегда вставка окончательного ручья размещается в центре пакета, а остальные в зависимости от  расположения нагревательного устройства и  оборудования для последующих операций.

Ручей окончательного перехода конструируют по чертежу горячей штамповки. В верхней вставке  ручей симметричен нижней относительно линии разъема. Ведется открытая штамповка. Параметры заусенечной канавки hз=2 мм;   b=6мм;  h1=6мм; R1=20мм; r=1.5мм.

Штамповочные уклоны в окончательном ручье: внешние - 3º.

Радиусы закруглений – согласно чертежу горячей штамповки.

14. Выбор оптимальной технологической смазки.

Технологические смазочные материалы при горячей штамповке на КГШП применяют с целью снижения и усилия деформирования, охлаждения инструмента и предотвращения его разупрочнения, улучшение качества поверхности изделий при уменьшении износа инструмента. Одно из основным требований к смазочному материалу – хорошая экранирующая способность, т.е. способность надежно разделять поверхности деформируемой заготовки и инструмента.

В данном технологическом процессе целесообразно применять в качестве смазочного материала смесь графита с машинным маслом (цилиндровым, веретенным и автолом)  по 50 % по объему [6],так как она легко наносится (наносят только на рабочие поверхности) и удаляется.

15. Выбор способа удаления облоя, выбор типа обрезного штампа.

Обрезку облоя производят в холодном и горячем состоянии. При холодной обрезке легче осуществить подгонку матрицы и пуансона, наладку штампа. Холодный способ обрезки облегчает механизацию и автоматизацию процесса, позволяет увеличить производительность обрезных прессов, получить более точные размеры поковки с более гладкой поверхностью, а также увеличить стойкость штампа.

Однако при холодной обрезке сопротивление срезу в 3-6 раз больше, чем при горячей, и для крупных поковок с большой площадью среза требуются прессы весьма большой мощности.

В холодном состоянии обрезку производят у мелких и средних поковок из углеродистой стали с содержанием углерода до 0,4 % и поковок из низколегированной стали, штампуемых на КГШП с усилием до 10-20 МН [3].

Горячую обрезку производят у средних и крупных по массе поковок из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей, имеющих недостаточную пластичность в холодном состоянии и относительно большую толщину облоя, штампуемых на КГШП с усилием свыше 10-20 МН [3]. При горячей обрезки прессы входят в состав штамповочного агрегата, их устанавливают рядом с КГШП.

Таким образом, сделаем вывод о том, что обрезка облоя будет производиться на остаточном тепле после штамповки, т.к. поковка делается из стали 20Х с содержанием углерода 0,17 – 0,23 %, усилие штамповки до 20 МН.

16. Расчет усилия обрезки.

Необходимое усилие обрезного пресса определяется по формуле [3]:

,

где Fср – площадь среза в м²;

- временное сопротивление разрыву при температуре обрезки в Па;

,

где Lср – периметр среза в мм;

S – толщина обрезаемого заусенца в мм с учетом срезаемых закруглений на переходе от тела поковки к заусенцу, а так же с учетом верхнего отклонения толщины заусенца, равного верхнему отклонению вертикальных размеров поковки.

мм²

17. Конструирование обрезного штампа.

Размер зазора между пуансоном и матрицей зависит от формы и размеров сечений поковки в плоскости, перпендикулярной к разъему. Зазор оказывает большое влияние на качество и точность поверхности среза, изнашивание и стойкость штампа.

Зазор между пуансоном и матрицей при обрезке облоя будет равен δ = 0,5 мм [3].

(Общий вид обрезного штампа представлен в графическом приложении)

1.Пуансон

2.Матрица

3.Штамповка

4.Прижим

5.Пружина

18. Выбор способа и средств очистки поверхности штамповок.

Поверхность штамповки во время остывания после штамповки  покрывается окалиной. Этот слой окалины необходимо удалить для выявления поверхностного  брака и  подготовки поверхности изделия к последующим операциям.

Основным способом очистки поверхности стальных заготовок является очистка в дробеметных барабанах с механизированной загрузкой и выгрузкой штамповок большими партиями [3]. В этих аппаратах штамповки непрерывно движутся по замкнутому пути, многократно падают с небольшой высоты, при этом происходит их трение друг о друга. Стальная ( или из ковкого чугуна) дробь диаметром 0,8-2,0 мм, вылетая из дробеметного аппарата с силой ударяется о  поверхность штамповок и сбивает окалину. Потери дроби, составляющие 2-3 кг на 1 т штамповок восполняют по мере необходимости.

19. Методы и средства контроля качества штамповок.

Качество штамповок определяется точностью их геометрической формы и размеров, механическими свойствами, структурой и отсутствием поверхностных и внутренних дефектов. В задачи технического контроля входит как предупреждение брака, так и выявление недоброкачественных заготовок.

Контроль штампованных поковок производят на всех  этапах их изготовления. Химических состав металла проверяется лабораторным химическим анализом. Проверяют размеры профиля и визуально  контролируют поверхностные дефекты.

При нагреве контролируют время выдержки. Для контроля температуры применяют оптические термопары и пирометры.

Для контроля размеров штамповок используют измерительные инструменты, которые делят на универсальные и специальные. К универсальным относятся: штангенциркули, штангенвысометры, штангенглубиметры, индикаторные  кронциркули, радиусометры, щупы и т.д. К специальным относятся:  скобы, шаблоны, и контрольные приспособления. Контрольные приспособления делят на наладочные, показывающие фактические размеры детали, и приемочные, фиксирующие попадание размеров в допуск или выход из него.

После термической обработки штамповки подвергают контролю твердости по Бринеллю. Из проверенных на твердость отбирают пробы на металлографические испытания.

Внешние дефекты выявляют визуальным осмотром. На ответственных штамповках применяют электромагнитный или люминесцентный методы.

Внутренние дефекты  определяют ультразвуковым методом контроля и просвечиванием Рентгеновскими лучами.

Для контроля нашей штамповки будем применять радиусометры, штангенциркули, шаблоны, визуальный осмотр внешних дефектов, контроль твердости, контроль внутренних дефектов.

20. Виды брака поковок и исправление дефектных поковок.

Виды брака поковок:

1. Брак возникающий от исходного материала:

Риски, волосовины, закаты, плены, расслоение, инородные включения, флокены, несоответствующая марка стали, несоответствующие размеры профиля;

2. Брак возникающий при резке заготовок:

Косой срез, заусенцы, грубый срез или скол с выровом металла, торцовые трещины, несоответствие заготовки по длине;

3. Брак возникающий при нагреве заготовки:

Недогрев, перегрев, пережог, окалина, обезуглероженная  поверхность;

4. Брак возникающий при штамповке:

Вмятины, забоины, незаполнение фигуры, недоштамповка, перекос, зажим, заусенец, кривизна, ослабление размера, отклонение по длине.

Характерные виды брака при штамповке на кривошипных горячештамповочных прессах:

1. Незаполнение фигуры: в нижних полостях чистового ручья – при накоплении в них продуктов сгорания смазочных материалов; на высоких выступах и ребрах.
2. Коробление поковок – происходит в результате застревания поковок при выталкивании их из ручья с наименьшими уклонами.
3. След от толкателя.
4. Увеличенный размер на участке перехода от большего сечения к меньшему вследствие ускоренного изнашивания штампа в этом месте из-за  интенсивного течения металла.
5. Остатки заусенца – следствие затрудненных условий его обрезки.
6. Зажимы – результат неправильный конструкции ручьев.

В результате штамповки возможны недоштамповка, не полное заполнение угловой области между цилиндром и отростками, след от толкателя, увеличенные размеры в областях интенсивного течения металла, из-за быстрого износа штампа.

Исправление дефектных поковок.

Заусенцы, волосовины, закаты и зажимы исправляют заточкой наждачным кругом или вырубкой зубилом. Неполная фигура, если незаполнение незначительно, и небольшие вмятины исправляют перештамповкой в новом штампе или заваркой. Недоштампованные поковки целесообразно обрабатывать в механических цехах отдельными партиями с предварительной обдиркой. Перештамповка таких заготовок не желательна, так как при этом может получиться окончательный брак в следствии заштамповки вновь образуемой окалины. Если поковки не подвергаются последующей обработки резаньем, то для неответственных деталей недоштамповку возможно исправлять одним повторным нагревом для перевода избытка металла в окалину. Перекос можно исправить перештамповкой только при наличии хорошего направления бабы в параллелях и обязательно в штампе с направляющими, в противном случае этот дефект не исправим. Незначительный перекос в поковке можно исправить путем заточки. Кривизна исправляется правкой в холодном состоянии в штампе, под правочным прессом и вручную с подгонкой по шаблону или контрольному приспособлению. Перегрев исправляется нормализацией, которая необходима почти для всех штампованных поковок. Пережог, расслоение, закалочные трещины, торцевые трещины и значительное незаполнение фигуры считаются окончательным браком и исправлению не подлежат.

Правка

Штамповка может искривляться в процессе  изготовления, удаления из ручья или при транспортировке.  Так же может произойти искривление  при обрезке облоя. Если  изгиб детали мал и припуск всюду укладывается в поле допусков, то штамповку отправляют на механическую обработку или на термообработку. Если  величина припуска не попадает в поле допуска, то необходима правка. Мелкие и средние по массе изделия подвергают холодной правке на молотах с доской. Холодную правку производят после  термообработки и  очистки штамповки от окалины. Осуществляют ее в одноручьевом правочном  штампе. Ручей изготавливают по типу окончательного ручья, но с упрощением формы и без заусенечной канавки. Холодная правка изделий является очень производительным и экономичным процессом [4].

Калибровка

Калибровка осуществляется небольшим обжатием штамповки и обеспечивает получение  точности  размеров и высокой чистоты поверхности. Наибольший экономический эффект достигается когда применение калибровки может обеспечить частичную или полную замену обработки резанием. Калибровка бывает горячая и холодная. Различают объемную и плоскую калибровку.