Разработка технологического процесса горячей штамповки поковки вала-шестерни

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

штамповка деталь шестерня

Ковка и штамповка поковок деталей машин, инструмента других металлоизделий являются древнейшими процессами металлообработки, но и в наше время эти процессы наиболее распространены из-за высокой производительности, экономичности и качества продукции.

Свободной ковкой можно получать любые поковки -- от самых маленьких до очень крупных, таких, как поковки гигантских гидравлических турбин, имеющих массу до 200 т. Но детали точных размеров и форм таким способом не получишь. Поковки в дальнейшем приходится обрабатывать на металлорежущих станках, превращая много металла в стружку.

Поэтому свободная ковка выгодна тогда, когда нужно делать либо небольшое количество ковок, либо уникальные изделия по массе или форме. При массовом производстве, когда нужно делать большое количество одинаковых деталей, их не куют, а штампуют.

Штамповка -- это, по сути, та же ковка, здесь заготовка лежит не на наковальне, в особой форме -- штампе. Сам штамп состоит из двух половин -- нижняя закреплена на наковальне, а верхняя прикреплена к бойку «мота. Металл укладывают на нижний штамп, и при ударе, когда обе половины штампа сходятся, металл заполняет их внутреннюю полость, принимая ее форму. Поковки, полученные таким способом (их называют штамвеками), по форме и размерам значительно ближе к изделию, чем полученные свободной ковкой. А значит, при последующей обработке в стружку уходит меньше металла.

Штамповка гораздо производительнее свободной ковки. За то время, в которое отковывается 1--2 детали, можно отштамповать на современном прессе или молоте десятки, а то и сотни деталей.

Экономное расходование металла при изготовлении поковок заложено в самой идее пластического формоизменения при обработке давлением, которая состоит в преобразовании заготовки простой формы в заготовку сложной формы того же объема. Отходы производства поковок не присущи технологии ковки и объемной штамповки и большее или меньшее их количество характеризует лишь степень достигнутого технического совершенства данного способа производства поковок.

Возможность использования высоких скоростей деформации, быстроходность современных кузнечных машин и небольшое число необходимых относительно несложных технологических операций обуславливает кратковременность рабочего цикла и высокую производительность кузнечно-штамповочного производства. Кованные и штампованные изделия отличаются высокими механическими свойствами. Общеизвестно, что лучший металл - это металл деформированный, а затем термически обработанный.

В современной металлообрабатывающей промышленности кузнечно-штамповочное производство является одним из основных способов изготовления заготовок и деталей. Свободной ковкой и объемной штамповкой изготавливают заготовки и детали массой от десятков граммов, до сотен тонн, размерами от сантиметров до нескольких десятков метров.

Свободной ковкой и горячей объемной штамповкой перерабатывают 7…8% выплавляемой, стали.

Задача заключается в разработке технологического процесса горячей штамповки поковки вала-шестерни.

1. Общая часть

1.1 История штамповочного производства

Человек пользуется металлом с глубокой древности. Уже в IV веке, т. е. 1600 лет тому назад, люди знали способ получения высококачественной стали с содержанием углерода от 0,5 до 0,7%. Об этом говорят результаты химического анализа изделий, найденных учеными при раскопках. Способы получения железа в то время включали обязательно и ковку, посредством которой из рыхлой губчатой массы, получаемой при восстановлении руды в печах, выжимался шлак. Древнерусские кузнецы умело применяли тогда ковку, горячую штамповку в примитивных штампах, сварку, выколотку и другие приемы.

В IX веке наши кузнецы изготовляли высококачественные кованые серпы, форма которых была такой же, как и у наших современных серпов, а также косы-горбуши. В ту пору это было большим достижением. Но особого искусства требовало изготовление холодного оружия: мечи и копья нужно было делать прочными и упругими, а их лезвия - как можно острее. Нельзя сказать, чтобы этим требованиям не удовлетворяло оружие того времени. Железо и сталь все более и более входили в жизнь и быт человека. Совершенствовались способы изготовления металлических изделий, улучшались приемы горячей обработки металлов. Кузнечно-ковочное производство в Русском государстве в дальнейшем развитии специализировалось по городам.

Одновременно со свободной ковкой развивалась и штамповка металлов. Люди давно знали холодную штамповку, они умели изготовлять штамповкой монеты и медали из меди, серебра и золота. При обработке железа также иногда применялась холодная штамповка. Но без предварительного нагрева получать штампованные изделия желаемой формы из железа не удавалось, так как требовались очень большие усилия. А изделия, полученные свободной ковкой, были грубыми, для их обработки требовалось много ручного труда. Поэтому надо было искать более выгодный способ для получения всевозможных изделий из металла. Таким способом явилась горячая штамповка металлов.

Горячая штамповка была применена впервые в России тульским оружейником Василием Антоновичем Пастуховым. Еще в 1800 году он изготовлял различные детали оружия штамповкой из черных металлов, используя для этого винтовой вертикальный пресс и примитивные штампы. Горячая штамповка позволяла обойтись без последующей ручной обработки деталей. А это было большим достижением кузнечного производства: с применением горячей штамповки стало возможным сразу получать взаимозаменяемые детали. Вот почему уже с 1819 года на Тульском заводе стали применять одноручьевую молотовую штамповку для массового изготовления многих оружейных деталей. Но процесс горячей штамповки тогда носил примитивный характер. Однако и в начальной стадии своего развития он напоминал современную одноручьевую штамповку на молотах.

В настоящее время горячая штамповка имеет очень широкое промышленное применение. Методами штамповки изготовляются различные инструменты, скобяные изделия, болты, гайки, и многие другие детали и предметы домашнего обихода.

В наше время горячая штамповка - неотъемлемая часть современного машиностроения. Она непрерывно совершенствуется и развивается, проникает во все области машиностроения, вытесняя свободную ковку и обработку деталей резанием. Развитие точной горячей штамповки с наименьшими допусками и припусками на обработку, широкое внедрение чеканки и калибровки в ближайшее время позволит создать такие технологические процессы, которые исключат механическую обработку многих деталей. В результате этого отпадет необходимость в грубой обдирке деталей на металлорежущих, станках, уменьшится расход металла и вес машин при сохранении их прочности. Вместе с этим значительно уменьшатся затраты труда на изготовление машин и оборудования, а себестоимость выпускаемой продукции снизится.

В течение многих лет люди накапливали опыт в ковке, штамповке и прокатке. Ученые, обобщая этот опыт, непрерывно изучали явления, происходящие при течении металла, создавали теорию обработки металлов давлением. В результате этого обработка металлов давлением стала представлять собой целую отрасль человеческих знаний - науку.

1.2 Где применяется штамповка

Горячая штамповка - высокопроизводительный и экономичный способ изготовления деталей высокой прочности. При штамповке все поковки получаются одинаковой формы и размеров, или, как говорят, взаимозаменяемые. Штампованные поковки могут иметь сложную форму и в то же время небольшие припуски и допуски. Поэтому штамповка успешно может заменять обработку резанием на станках, особенно тогда, когда после штамповки применяются еще отделочные операции: чеканка и калибровка. Все больше деталей из кузнечных цехов направляется прямо на сборку, без обработки в механических цехах.

Штамп все больше и больше вытесняет резец. И это хорошо, потому, что штамповкой детали можно получать гораздо скорее, чем обработкой на самых скоростных станках-автоматах, меньше требуется металла, а детали получаются более прочными. Более прочными детали получаются потому, что при штамповке поверхностные, самые качественные слои металла не удаляются в стружку, как это происходит при вытачивании детали из заготовки.

Горячая штамповка постепенно вытесняет также и свободную ковку, так как штамповкой детали можно получать в 10-20 раз быстрее, чем свободной ковкой, и расход металла при этом также снижается. Штамповка начинает вытеснять свободную ковку и при изготовлении крупных тяжелых поковок. Так, сейчас на тяжелых штамповочных молотах штампуют стальные поковки весом до 5 т. Однако штамповкой заменяют свободную ковку лишь тогда, когда получаемая экономия будет больше, чем затраты на изготовление штампов. Поэтому, для того чтобы штамповку внедрять еще шире, необходимо снижать стоимость штампов.

Горячей штамповкой изготовляют очень много разнообразных деталей. Наиболее распространенные из них: коленчатые валы, шатуны, рычаги, шестерни, вилки, цапфы, валики, ключи и другие детали и инструменты сложной формы. Горячая штамповка получает широкое распространение и при обработке цветных металлов и сплавов. Большое развитие она получила в авиационной промышленности. Применение там цельноштампованных деталей больших габаритов, которые заменяют большое число мелких деталей, оказывает очень большое влияние на конструкцию новых самолетов и технологию их производства.

Однако следует указать и на то, что промышленности известны и другие способы изготовления деталей машин, например, литье, сварка, прокатка, причем нередко они оказываются более выгодными, чем ковка и даже штамповка. Так, при изготовлении деталей литьем не нужно затрачивать энергию на деформирование заготовки, не нужно строить мощные и дорогие машины. Поэтому в тех случаях, когда литьем можно получить деталь хорошего качества с высокими механическими свойствами, это следует делать, так как литая деталь будет стоить дешевле. Комбинирование литья со сваркой или штамповки со сваркой также может дать большую экономию металла, энергии и труда.

1.3 Конструирование и изготовление штампов

Штампы для горячей штамповки работают при высокой температуре и испытывают большие напряжения. Это сказывается на их стойкости и приводит к быстрому износу.

Стойкость штампа определяется количеством годных поковок, изготовленных при помощи этого штампа до его износа. Стойкость штампа зависит от качества стали, из которой он изготовлен, от его конструкции, сложности ручьев и качества их отделки.

Штампы для горячей штамповки изготовляются из высоколегированных сталей, прочных и хорошо сопротивляющихся износу при нагреве во время работы до 400-500°. Наиболее хорошо зарекомендовали себя стали 5ХНВ, 5ХНТ и другие, содержащие хром, никель, вольфрам, титан и некоторые другие элементы.

Механическая обработка штампов производится на различных металлорежущих станках: строгальных, токарных, фрезерных и других. Наиболее сложные формы ручьев штампов обрабатываются на автоматических копировально-фрезерных станках. По модели, изготовленной из дерева, гипса, раствора цемента с песком и др. подобных материалов, перемещается штифт копировального устройства. Копировальное устройство через систему специальных передач заставляет точно так же перемещаться фрезу. В результате этого станок автоматически обеспечивает получение полости штампа, заданной формой модели.

Полный цикл изготовления штампов включает в себя изготовление заготовки штампа ковкой или отливкой, механическую обработку полости штампа на станках, термическую обработку - закалку и отпуск и, наконец, доводку штампов. Однако эта последовательность в обработке штампов в зависимости от их размеров может несколько изменяться. При конструировании молотовых штампов размеры кубиков подбираются в соответствии с размерами поковки и мощностью молота.

Важно, чтобы ручьи штампа, расположенные на зеркале половинок штампа, не нарушали их прочности. Для этих целей заводы-поставщики производят штамповые кубики стандартных размеров, что дает возможность конструкторам подбирать необходимые кубики при проектировании штампа для той или иной детали. Весьма важно, чтобы направление волокон в кубиках было бы горизонтальным, в противном случае штамп будет менее прочным и быстрее выйдет из строя.

Для сокращения расхода штамповой стали часто поступают так: кубик молотового штампа изготовляют из углеродистой стали, а ручей штампа располагают во вставке из высоколегированной штамповой стали. Вставки в кубиках закрепляются либо горячей посадкой, либо клиньями. Крепление клиньями позволяет очень легко менять вставки, не снимая кубика с молота. Один и тот же кубик становится благодаря этому пригодным для штамповки различных деталей. В этом случае стоимость изготовления вставок для каждой отдельной детали резко снижается и штамповка становится выгодной даже в условиях мелкосерийного производства при изготовлении 30-40 штук поковок.

При расчете и конструировании молотовых штампов обязательно должны учитываться уклоны ручья и радиусы закруглений в зависимости от величины поковки, а также порядок расположения ручьев в штампе. Известно, что при работе на молотах металл более интенсивно течет вверх, поэтому наиболее выступающие участки поковок располагают в верхней половине штампа. При штамповке на прессах заполнение верхней и нижней половинок штампа происходит одинаково. На горизонтально-ковочных машинах вставки закрепляются в блоках полуматриц или в пуансонодержателе. При штамповке на кривошипных горячештамповочных прессах, а также на фрикционных прессах вставки закрепляются на плитах пресса.

1.4 Операции штамповки

При штамповочных работах на молотах или прессах обычно выполняются следующие основные операции:

1) разрезка прутков на заготовки;

2) подготовка заготовок к нагреву и нагрев их до требуемой температуры;

3) непосредственная штамповка на молоте или прессе с соблюдением последовательности переходов, предусмотренных технологическим процессом;

4) передача штамповки на пресс и обрезка заусенца (облоя);

5) просечка отверстия там, где это требуется;

6) передача на молот (или пресс) для правки;

7) передача от пресса в тару или на площадку для выполнения дальнейших операций.

После штамповки поковка в зависимости от ее назначения и от требований, предъявляемых к ней, может быть подвергнута термической обработке (отжигу или нормализации), очистке от окалины, правке, калибровке или чеканке и, наконец, контролю. Каждая из перечисленных операций имеет свои особенности, без соблюдения которых нельзя получить деталь, удовлетворяющую заданным требованиям. Поэтому надо хорошо знать порядок выполнения главнейших операций штамповки.

Подготовка заготовок к нагреву и нагрев их до соответствующей температуры играет важную роль в процессе штамповки. Заготовки должны быть приняты на рабочее место после их осмотра. И только тогда, когда будет установлено отсутствие внешних пороков (трещин, плен, косого среза на торцах, большого слоя окалины и др.), заготовку можно загружать в печь для нагрева. Нагрев необходимо вести строго по заданному режиму и в пределах температур, указанных в технологической карте.

Температура нагрева для начала и конца штамповки различных сталей разная и играет важную роль в получении качественных штамповок. Разница температур между началом и концом ковки называется температурным интервалом. Несоблюдение указанных температурных интервалов приводит к браку поковки при перегреве заготовки или незаполнению формы штампа при низком нагреве заготовки.

Перед штамповкой необходимо тщательно удалять окалину с поверхности заготовки и из ручья штампа. Как уже говорилось, неудаленная окалина внедряется в поверхностные слои поковки, делает поверхность грубой и зачастую является причиной того, что поковку выводит в брак. Удаление окалины из ручья штампа лучше всего осуществлять сжатым воздухом.

При штамповке следует обязательно пользоваться всеми ручьями штампа, предусматриваемыми по технологии. Это условие способствует лучшему формированию поковки, в меньшей степени изнашивает штамп и обеспечивает высокое качество поковок.

Охлаждение штампа во время его работы лучше всего осуществлять соляным раствором или струей сжатого воздуха. Смазка ручьев мазутом не рекомендуется, так как масло или мазут способствуют образованию разгарных трещин в острых углах и переходах штампа, уменьшая его стойкость в несколько раз. Разгарные трещины в штампах, особенно в их острых углах и переходах, возникают вследствие резкого повышения температуры, вызванного сгоранием мазута.

Во время штамповки через каждые 30-50 поковок необходимо осматривать одну из них для проверки качества и своевременно устранять замеченные дефекты путем переналадки штампов.

Важнейшим условием производительной работы является также и соблюдение всех правил техники безопасности. Надо постоянно следить за прочностью крепления штампов и механизмов молота или пресса и своевременно устранять все неполадки.

1.5 Краткое знакомство со штамповочными машинами

Современные кузнечно-прессовые цехи оснащены разнообразными машинами. Многие из них являются высокопроизводительными. Но требования к кузнечно-штамповочному производству непрерывно растут, становится недостаточным уровень его технической вооруженности, появляются потребности в новых типах кузнечно-прессового оборудования, многие из имеющихся машин становятся устаревшими.

До последнего времени основными машинами в штамповочных цехах машиностроительных заводов были штамповочные молоты, главным образом паровоздушные, т. е. такие, которые могут работать как паром, так и воздухом. На таких молотах штамповались поковки различной конфигурации весом до 200 кг. Причем вес падающих частей, т. е. поршня, штока, бабы и бойка, таких молотов достигал 30 т. Штамповочные молоты просты в управлении, быстроходны, на них могут штамповаться поковки самых различных форм и размеров. Однако они имеют и большие недостатки.

Во-первых, крупные штамповочные молоты были слишком тяжелыми и дорогими, требовали большой высоты здания цеха и глубоких сложных фундаментов. Для сохранения фундамента от разрушений при работе молота под шабот укладывается до восьми рядов деревянных плит - прокладок, изготовленных из дуба или лиственницы. Такие прокладки воспринимают на себя нагрузку при ударах падающих частей молота и являются своеобразными амортизаторами.

Во-вторых, коэффициент полезного действия, т. е. отношение полезно использованной молотом энергии к энергии затраченной, у таких молотов очень мал и составляет всего 2-3%.

В-третьих, условия работы на штамповочных молотах очень тяжелые.

Также созданы машины, которые не имеют названных недостатков и могут заменить молоты. Это кривошипные горячештамповочные прессы. Пресс приводится в движение электродвигателем, через клиновые ремни вращение передается маховику, который через вал, шестерни, эксцентриковый вал и шатун заставляет перемещаться ползун пресса. На эксцентриковом валу во втулке большой шестерни расположена муфта включения пресса на рабочий ход.

На этих прессах штамповка производится за один рабочий ход, а не за несколько ходов, как при штамповке на молоте. Поэтому штамповка на этих прессах производится в 1,5 - 2,0 раза быстрее, чем на молотах. Кривошипные прессы имеют более высокий коэффициент полезного действия, а условия работы на них значительно лучше, чем на штамповочных молотах. Наконец, поковки, отштампованные на этих прессах, имеют меньшие припуски и допуски, а, следовательно, позволяют уменьшать механическую обработку на станках.

Кривошипные горячештамповочные прессы работают давлением, а не ударом, как молоты. И различают их между собой не весом падающих частей, как молоты, а тем давлением, которое они развивают в конце рабочего хода. Машиностроительная промышленность выпускает прессы с усилием до 10000 т. Более мощные штамповочные прессы получаются очень громоздкими и дорогими.

Для штамповки тяжёлых поковок применяют тяжелые молоты с двусторонним ударом или, как их еще называют, бесшаботные молоты.

Пар через золотник поступает в рабочий цилиндр молота и действует на поршень. Под действием пара поршень идет вниз и перемещает вниз верхнюю бабу с верхним штампом. С верхней бабой посредством стальных лент, перекинутых через блоки, связана нижняя баба, которая при ходе верхней бабы вниз лентами поднимается ей навстречу, и соударение происходит при вполне определенном положении баб.

Преимущество таких молотов перед обычными штамповочными молотами заключается в том, что они не имеют тяжелых шаботов, вес которых в 20-25 раз больше веса падающих частей молота. Вследствие этого такие молоты получаются более легкими, а следовательно, и более дешевыми. На них штампуются тяжелые поковки весом до 5 т.

Штамповку поковок типа подшипниковых колец, болтов фланцев и др. очень удобно производить на горизонтально-ковочных машинах. Такие машины очень удобны в работе, высокопроизводительны и дают точные поковки, которые требуют лишь незначительной механической обработки. Строятся эти машины с усилием от 75 до 3000 т и широко используются в штамповочных цехах.

Широкое применение в штамповочных цехах чеканочных прессов, обработка поковок на которых позволяет отказаться от обработки на металлорежущих станках, так как они обеспечивают высокую точность и чистоту поверхности.

В штамповочных цехах применяется множество других специализированных машин: высадочных автоматов, горизонтально-гибочных машин, раскатных машин, ковочных вальцов и многих других.

1.6 Обоснование выбора метода штамповки

Деталь «вал-шестерня» входит в состав редуктора цилиндрического трёхступенчатого в качества первого промежуточного вала.

Одно из важнейших требований обеспечения конкурентоспособности цилиндрического редуктора - наилучшее соответствие его паспортных характеристик реальным эксплуатационным условиям нагружения и работы привода машины. Редуктор предназначен для привода различных исполнительных механизмов машин. Как правило, редуктор понижает частоту вращения приводного двигателя, при этом повышая момент силы.

Назначение детали «вал-шестерня» - передача крутящего момента с быстроходного вала на второй промежуточный вал. Изготавливают вал-шестерню из поковки. Качество вала-шестерни выше, а стоимость изготовления ниже, чем вала и насадной шестерни. Именно поэтому все шестерни редукторов выполняют вместе с валом. При изготовлении вала-шестерни на валу нарезают зубья цилиндрической зубчатой передачи (модуль m=5, число зубьев z=17). Конструкция вала в месте нарезания зубьев зависит от передаточного числа и межосевого расстояния передачи. Конструкция вала определяет кинематическую характерную передачу. Чем больше валов в редукторе, тем больше погрешность каждой передачи.

При изготовлении важно правильно подобрать материал, чтобы свойства изделия отвечали его служебному назначению.

Данная деталь изготавливается из стали 40 Х (ГОСТ 4543).

Это конструкционная сталь, цементируемая, с повышенной прочностью по сравнению с обычной конструкционной сталью.

Характеристика материала 40Х приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Характеристика стали 40Х

Таблица 2 - Химический состав материала

Таблица 3 - Механические свойства при температуре 20°

Таким образом, материал детали вал-шестерня полностью отвечает своему назначению: это крупная деталь с зубчатым венцом, работающим на износ при трении.

Обоснование метода штамповки производится с учетом:

- требований к детали при ее эксплуатации

- особенностей течения металла при деформировании заготовки с целью обеспечения максимальной прочности

- размера годовой программы производства.

В данном случае, учитывая годовую программу выпуска деталей - 300тыс.шт.- выбираем как возможный способ штамповки штамповку на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП).

При объемной штамповке широко применяют КГШП благодаря следующим преимуществам по сравнению с молотами:

1. повышенной точности размеров получаемых на КГШП поковок из-за постоянства хода пресса и определенности нижнего положения ползуна, что позволяет уменьшить отклонения размеров поковок по высоте; поковки не контролируют на сдвиг, так как конструктивно обеспечивается надежное направление ползуна, как в направляющих станины, так и в направляющих устройствах штампа;

2. увеличенному коэффициенту использования металла вследствие более совершенной конструкции штампов, снабженных верхним и нижним выталкивателями, что позволяет уменьшить штамповочные уклоны, припуски, напуски и допуски и тем самым приводит к экономии металла и уменьшению последующей обработки поковок резанием;

3. улучшенным условиям труда, вследствие меньших шумовых эффектов, вибрации, и относительно спокойным безударным характером работы.

4. возможности применения автоматических перекладчиков заготовок;

5. более низким затратам на энергоносители благодаря более высокому КПД;

6. снабжению себестоимости продукции за счет снижения расхода металла и эксплуатационной стоимости.

К недостаткам КГШП и штамповки на этих прессах (по сравнению с молотовыми) относят:

1) более высокую (в 3-4 раза) стоимость КГШП при сопоставимых мощностях КГШП и молота;

2) меньшая универсальность - из-за жесткого хода ползуна не применяют подкатку и протяжку заготовок;

3) необходимость очистки от окалины заготовок перед штамповкой, т.к. деформация происходит за один ход пресса при равномерном нагружении и окалина может быть заштампована в поверхность поковки;

4) необходимость применения большего числа ручьев при получении поковок сложной формы из-за худшего заполнения глубоких полостей;

5) более сложные конструкции штампов и их регулирование;

6) возможность заклинивания и поломки прессов при крайнем нижнем положении ползуна, на вывод из которого затрачивается много времени

Несмотря на ряд имеющихся недостатков, преимуществ КГШП для данного вида деталей намного больше, следовательно, выбираем штамповку на КГШП.

Нагрев металла перед штамповкой преследует ту же цель, что и нагрев металла перед свободной ковкой, т.е. увеличение пластичности металла. Как правило, штамповочные машины по сравнению с машинами свободной ковки имеют более высокую производительность. Зачастую нагревательные печи не обеспечивают нагретым металлом штамповочный агрегат (молот или пресс), отчего снижается его производительность. Между тем, производительность печи должна соответствовать производительности штамповочного молота и даже иметь некоторый запас.

Наилучшая пластичность стали достигается нагревом, так как она непрерывно увеличивается в интервале температур от 300 до 1200 °С в зависимости от содержания в стали углерода.

Применяются два способа нагрева металла перед штамповкой: пламенный и электрический. Для пламенного нагрева в последнее время широко используются механизированные высокопроизводительные нагревательные печи, причем применяются скоростные методы нагрева металла в этих печах. Конструкция механизированных печей определяется характером нагреваемых заготовок, а также типом штамповочных машин, обслуживаемых печью. В качестве механизированных печей применяются методические и полуметодические печи с толкателем, карусельные и конвейерные печи.

Вместо использования газовых, пламенных печей и других нагревательных устройств в большинстве случаев вполне целесообразно и оправданно применение индукционных нагревательных установок. Такая замена позволяет, в конечном итоге, снизить себестоимость продукции.

Основное и главное преимущество индукционного нагрева заключается в следующем. В любой неиндукционной нагревательной установке металл, помещенный в область воздействия температур, нагревается за счет теплопередачи. Таким образом, осуществляется, по сути, "косвенный" нагрев. В индукционных нагревательных установках, магнитный поток, созданный током генератора, пронизывает металл, находящийся в индукторе. Под действием магнитного потока, в металле (заготовке) протекают индуцированные токи, непосредственно воздействуя на структуру металла, и как следствие, нагревая его. Интенсивность нагрева пропорциональна мощности источника тока, рабочей частоте (частоте изменения магнитного поля) и зависит от физических свойств металла.

Оперативно изменяя мощность преобразователя частоты, изготавливая индукторы специальной конструкции, оказывается возможным регулирование температуры нагрева заготовок. Выбор рабочей частоты генератора позволяет управлять глубиной прогрева, что широко используется в индукционных закалочных установках.

В итоге выбираем обычный индукционный нагрев, продолжительностью 325 секунды, и частотой тока 500 Гц.

2. Технологическая часть

2.1 Назначение припусков, кузнечных напусков и допусков

Все припуски, напуски и допуски назначаются по ГОСТу 7505-89, исходя из номинальных размеров детали «Вал-шестерня» (рисунок 2.1), класса точности поковки - II, группы стали. Данная деталь изготавливается из стали 40 Х, которая относится к группе М1.

Найдём объем и массу поковки.

Объём поковки определяется по формуле:

Vп = V₁ +V₂+V₃+V₄+V₅+V₆+V₇+V₈+V₉,

где V_1,V₂,V_3,V_4,V_5,V_6,V_7,V_8,V₉ - части поковки.

V₁=475333.44 мм³;

V₂=48465.20 мм³;

V₃=188049.17 мм³;

V₄=131.164.01 мм³;

V₅=127982.14 мм³;

V₆=131164.32 мм³;

V₇=105589.76 мм³;

V₈=93039.05 мм³;

V₉=40415.42 мм³.

Масса поковки:

,

Где =7,85•10^-6; [1]

m_п = 1704700 * 7,85 • 10^-6 = 13,48 кг.

Определим степень сложности:

Деталь - тело вращения, может быть вписана в цилиндр диаметром 104 мм и длиной 310 мм. Тогда:

,

где D - наибольший диаметр детали.

.

Степень сложности поковки определяется из отношения объема поковки к объему геометрической фигуры, в которую вписывается форма поковки.

;

Припуски, допуски, напуски назначаем исходя из номинальных размеров детали «Вал-шестерня», класса точности поковки - II, группы стали - М1 и степени сложности - С1.

Назначаем припуски на обработку на сторону и сводим в таблицу 4.

Таблица 4

Размеры, мм	Допуск	Припуск, мм	Расчёт заготовки	Окончательные размеры
310		3,3	310+(2*3,3)	316,6
104		2,9	104+(2*2,9)	109,8
74		2,9	74+(2*2,9)	79,8
72		2,9	72+(2*2,9)	77,8
67		2,9	67+(2*2,9)	72,8
55		2,9	55+(2*2,9)	60,8
55		2,9	55+(2*2,9)	60,8
50		2,9	50+(2*2,9)	55,8
48		2,6	48+(2*2,6)	53,2
45		2,6	45+(2*2,6)	50,2
42		2,6	42+(2*2,6)	47,2
40		2,6	40+(2*2,6)	45,2
40		2,6	40+(2*2,6)	45,2
40		2,6	40+(2*2,6)	45,2
40		2,6	40+(2*2,6)	45,2
40		2,6	40+(2*2,6)	45,2
38		2,6	38+(2*2,6)	43,2
20		2,6	20+(2*2,6)	25,2
5		2,6	5+(2*2,6)	10,2

Штамповочные уклоны: внешние - 5, внутренние - 7;

Радиусы закруглений внутренние принимаем r=3мм, внешние - R=4мм.

Дополнительные припуски, учитывающие:

1. смещение по поверхности разъема штампа - 0,3 мм;

2. отклонение от плоскости - 0,5 мм.

2.2 Конструирование облойной канавки

Выбираем 1 тип облойной канавки - мостик облойной канавки и магазин расположены в верхнем штампе, эта форма обеспечивает наибольшую стойкость, т.к. верхний штамп нагревается меньше нижнего.

Определение размеров заусенечной канавки типа 1 производится по таблице 5 [2] в зависимости от площади облойной канавки S_обк.

Площадь облойной канавки определяем по формуле:

, [2]

где F_п - площади поковки в плане.

F_п=109,8*50,2+77,8*10,2+72,8*45,2+60,8*45,2+45,2*79,8+60,8*45,2+55,8*43,2+ 47,2*53,2+45,2*25,2=49415,04мм²

Рисунок 2.1 - Облойная канавка.

Таблица 5. Характеристика облойной канавки

Категория	Значение, мм
Высота мостика, мм	4
Высота магазина, мм	6
Радиус скругления, мм	3
Длина мостика, мм	14
Длина магазина, мм	38
Площадь, мм2	344

Объём облоя:

,

где P_п - периметр поковки по линии разъема.

P_п = (109,8+316,6+109,8+316,6+109,8) = 853 мм.

Тогда

V_о = 344 • 853 = 293432 мм³.

Найдём массу облоя:

m_o=293432 • 7,85*10^-6 = 2,3 кг.

2.3 Выбор переходов

Для выбора переходов нам необходимо построить эпюру диаметров и эпюру сечений.

Диаметр исходной заготовки в сечении определим по формуле:

Площадь сечения расчётной заготовки:

S_э = S_п + 2S_об.к. = S_п + 2оS_об.к.,

где о - коэффициент заполнения штампа детали по таблице 8 о = 0,7; [2]

S_п - площадь поперечного сечения поковки.

Проведём через поковку 5 сечений. Используя формулы, найдём и S_э для каждого сечения. Результаты представлены в таблице 6.

Таблица 6

№ сечения	dп	dэ	Sп	Sоб.к.	Sэ
1	45,2	51,6	1603.78	344	2085,38
2	47,2	53,37	1748,85	344	2230,45
3	60,8	65,7	2901,86	344	3383,46
4	77,8	81,74	4751,45	344	5233,05
5	109,8	112,69	9463,99	344	9945,59

По результатам расчётов построим эпюры диаметров и сечений.

Рис. 2.2 - Эпюры диаметров и сечений

Диаметр средней расчётной заготовки:

V_поб = 293432 + 1704700 = 1998132 мм³.

В соответствии с полученными размерами расчётной заготовки определяем общий коэффициент подкатки:

К_по =

Комбинацию ручьёв выбирают таким образом, чтобы

К_по ? К_пр,

где К_пр равно произведению коэффициентов подкатки К_п выбранных ручьёв.

При использовании подкатного закрытого, предварительного и окончательного ручьев:

K_пр = 1,6 • 1,1 • 1,05 = 1,85.

К_по = 1,576 < K_пр = 1,85.

Размещено на Allbest.ru