Колесо зубчатое

С целью придания металлу необходимой  пластичности и уменьшения сопротивления  пластическому деформированию заготовки  перед ковкой  и штамповкой нагревают.  От правильного нагрева в значительной степени зависят качество изделия, угар металла, нормальные условия работы оборудования.

Электронагрев по расходу энергии  на тонну заготовок менее экономичен, чем нагрев в пламенных печах. Однако его широко применяют, так  как он повышает производительность труда, позволяет провести полную автоматизацию  и обеспечить высокую стабильность процесса, улучшить условия труда  и сократить потери металла на окалинообразование.

Потери металла в виде окалины  при индукционном нагреве составляют 0,2-0,4% массы нагреваемого металла, что  почти в 10 раз меньше, чем при  нагреве в пламенных печах. Уменьшение окалины повышает качество поковок  и увеличивает стойкость штампов  кузнечно-прессового оборудования. Технологические  преимущества электронагревательных  устройств особенно эффективны в  серийном поточном производстве.

Рекомендованный интервал  штамповки для стали 40Х:

     - температура начала  ковки - 1200ÅС;

     - температура конца ковки   - 800ÅС;

     - максимальная температура  нагрева металла перед ковкой - 1250ÅС.

     - температура рабочего пространства - 1300ÅС.

 

Продолжительность нагрева заготовок диаметром 40мм и длиной 63мм до 1200°С в индукторес внутренним диаметром 90мм и длиной обмотки 300мм составляет 120 сек

Рис.3.2 Схема индукционного  нагревателя

Тип индукционного нагревателя: КИН9-250/5,4П.

5. Расчет параметров исходной заготовки

Для нахождения размеров исходной заготовки  определим ее объем:

V_заг=V_пок+V_уг+V_облоя

гдеV_уг–объем угара металла,

V_уг=0.03·(V_пок+V_обл)=0.03·(49500+27207,36)=2301,2 мм³

V_заг=49500+27207,36+2301,2=79008,6 мм³

Тогда масса  заготовки:

 

Диаметр неосаженной заготовки:

Примем m=2, тогда

 

 

 

Примем следующие размеры исходной заготовки: D_заг=40мм,Н_заг = 62,9мм

6. Определение переходов штамповки

Рис.3.3 Переходы штамповки

На Рис.3.3 представлены штамповочные переходы:

1.Исходная заготовка

2.Заготовка после осадки

3.Поковка

7. Выбор способа разделения исходного прутка на заготовки

Разрезку выбранного прутка будем  производить на  механических ножницах без отхода металла путем смещения (сдвига) отрезаемой части прутка по поверхности раздела сближающихся ножей. Это наиболее распространенный и экономичный способ разделения сортового проката на заготовки. Выбираем полностью закрытую разрезку (Рис.3.4), исключающую поворот и изгиб не только прутка, но и отрезаемой части. Заготовки отрезанные таким способом имеют

значительно меньшее искажение  формы, чем открытая и не полностью  открытая резка.

Рис.3.4 Схема установки для разрезки прутка на заготовки

Для уменьшения усилия отрезки, устранения динамического характера нагруженияи для повышения точности отрезаемых заготовок прокат перед разрезкой нагревают до температуры 550—600°С.

4. Выбор оборудования и проектирование штампа

1. Определение массы падающих частей молота

Массу падающих частей при штамповке  круглых в плане поковок в  открытом штампе для паровоздушного молота будем определять по формуле:

 

где  D_n-диаметр поковки, D_n=мм,

s_т-предел текучести, s_т=48МПа при температуре t=800̊C

b-ширина мостика облойной канавки, b=10мм,

h₀-толщина мостика облойной канавки, h₀=2мм.

 

На основании расчета выберем  для штамповки заданной поковки  паровоздушный молот по ГОСТ 9752-75 с номинальной массой падающих частей 2 тонны.

2. Определение размеров штампового кубика

Размеры штампа в плане определяются графическим методом, после соблюдения ручьев и предварительно рассчитанных минимальных толщин стенок между ручьями и краями штампа.

 

 

Толщина стенок между ручьем и гранью штампа:

, 

гдеТ – определяется по номограмме  в зависимости от размеров h, R, a.

Приh = 21 мм, R = 4 мм, α = 5̊, T = 38 мм.

Минимальная высота кубика штампа:

;

H_min = 8·21 = 168 мм.

Штамповый кубик: AxBxH = 220 x 270x 170 мм.

 

Проверка штампового кубика по площади соударения штампов:

,  
где – масса падающих частей, т.

F_c ≥ 150·1,197 = 179,6см².

Действительная площадь соударения:

, 

где – площадь штампового кубика в плане;

 – площадь поковки в плане; 

 – площадь проекции выемки  под клещевину.

Из предварительных построений:F_n = 102 см²;

Зная допускаемое значение площади  соударения и все остальные составляющие, можно определить площадь штампового кубика в плане:

F_к ≥ 179,6 + 102 + 30 = 311,6 см²

3. Выбор материала молотового штампа

 

Штамп будем изготовлять из стали 5ХНМ (ГОСТ 13983-80).

Твердость: НВ 388-444.

5. Обрезка облоя

1. Выбор способа и температуры обрезки облоя

Обрезку облоя будем производить в горячем состоянии, потому что таким образом производят обрезку облоя у мелких и средних поковок из низколегированной стали, штампуемых на молотах с массой падающих частей до 1-2 тонн, а так же потому что обрезка производится сразу после окончания штамповки, температура обрезки облоя ̴ 800̊.

Горячую обрезку осуществляют  как на обрезных, так и на более легких кривошипных прессах общего назначения.

2. Расчет усилия и обрезки облоя и выбор пресса

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, величину потребного усилия и  работы обрезки.

1-матрица, 2-заготовка, 3-пуансон.

Рис.4.2 Схема обрезки облоя

Обрезные матрицы делают цельными. Они применяются главным образом  для круглых поковок, когда изнашивание  режущих кромок по контуру матрицы  происходит равномерно.

Конструкция матрицы представлена на Рис.4.3

 

 

Рис.4.3 Конструкция матрицы

Рассчитаем усилия обрезки облоя:

 

Р₀=(1.5÷1.8)×S×t×s_B,

где S-периметр среза облоя, мм;

t-толщина среза облоя, мм;

s_В-предел прочности материала поковки при температуре обрезки (800̊ С),

s_В=48 Мпа.

S=pD_Mмм,

где D_М-диаметр матрицы, который больше диаметра поковки на величину горячей усадки.

D_M=1,015×D_ПОК=1,015×58 =58,87»59мм

S₀=p×59=185,3мм

t₀=Z+nмм,

где Z-толщина по линии среза облоя, Z=2 мм

n-возможнаянедоштамповка, n=1,6 мм

t₀=2+1,6=3,6 мм

Р₀=1,6×185,3×3,6×48=51232Н

По ГОСТ 6739-53 выберемдвухкривошипный закрытый пресс усилием 200кН.

Параметр	Норма
Номиниальноеусидие, кН Ход ползуна, мм Число ходов ползуна в 1 мин Наибольшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении, мм Размеры стола, мм Мощность привода, кВт Масса, т	200 200 50     630 250х900 22 41

 

3. Определение размеров деталей и закрытой высоты штампа

 

 

Рис 5.1 Схема для расчета закрытой высоты штампа

 

Высоту обрезных пуансонов определяют исходя из размера закрытой высоты штампового пространства. Закрытая высота штампового пространства:

 

где     Н_НАИБ – наибольшее расстояние между столом пресса и ползуном в его нижнем положении,

 Н_НАИБ=630 мм

Н_{РЕГ –} величина регулирования между столом и ползуном, Н_РЕГ=150 мм

 

Закрытая высота штампа:

 

где h₁ – толщина подкладной плиты, h₁=120 мм.

 

Величина сдвига поковки при  обрезке

 

где     h_O – толщина срезаемого облоя, h_O=3,6 мм

, примем е=14 мм

Высота пуансона:

 

где Н_Б – высота башмака

Н_М – высота матрицы, Н_М=55 мм

Н_Д – высота пуансонодержателя, Н_Д=60 мм

h_П – размер поковки от поверхности прилегания ее к пуансону до линии разъема.

Для данной поковки примем плиту  нижнюю коробчатую для крепления  матриц винтами (башмак) с размерами  В × L × H: 260 x 340 x 200, но в формулу для расчета Н_П будем подставлять Н=160 мм.

 

6. Литература

1. Ковка и штамповка.:Справочник в 4-х т./Ред.совет: Е.И.Семенов и  др.-М.: Машиностроение,1986.-Т2. Горячая  штамповка 1986. 592 с., ил.
2. Ковка и штамповка.:Справочник в 4-х т./Ред.совет: Е.И.Семенов и др.-М.: Машиностроение,1986.-Т1. Горячая штамповка 1986. 568 с., ил.
3. Атрошенко А.П., Вагин В.А. «Горячая объемная штамповка», Санкт-Петербург, 1998г.
4. А.В. Малькевич и др. «Технологические основы проектирования штампованных и кованых изделий» Учебное пособие, Санкт-Петербург, 1993г.