Штамповка на кривошипном горячештамповочном прессе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Лысьвенский филиал

Выпускная квалификационная работа

На тему:

Штамповка на кривошипном горячештамповочном прессе ( КГШП)

Выполнил: Кузнецов В.А.

Введение

Кривошипные горячештамповочные прессы (КГШП) в настоящее время один из самых распространенных видов оборудования в кузнечных цехах серийного, крупносерийного и массового производства. Возрастает потребность в высококачественных поковках КГШП из обычных, легированных и высокопрочных сталей и сплавов в тяжелой, автомобильной, тракторной, энергетической, авиационной, оборонной промышленности и в других отраслях народного хозяйства страны.

КГШП выпускаются универсального и специализированного назначения. Многообразие видов КГШП объясняется разнообразием технологических процессов, применяемых для поковок различных видов. Преобладание специальной технологии при массовом характере производства вызывает стремление потребителей оборудования иметь специализированные КГШП для определенной узкой номенклатуры поковок. Однако условия производства на современном этапе его развития определяют необходимость широкого выпуска и универсального оборудования, которое к тому же является конструктивной базой специализированных КГШП.

Задачи уменьшения материалоемкости продукции машиностроения, обеспечения максимальной экономии металла и снижения трудоемкости изготовления деталей требуют более широкого развития специализированных КГШП для точной и малоотходной штамповки, автоматизированных и механизированных штамповочных комплексов и линий на базе универсальных и специализированных КГШП для осуществления комплексной механизации производства заготовок на предприятиях страны.

Внедрение точной и малоотходной штамповки поковок на КГШП, осуществление комплексной автоматизации и механизации кузнечных цехов рассматривается сейчас как основной резерв повышения производительности труда в кузнечно-штамповочном производстве.

Во многих случаях использование КГШП, предназначенных для горячей объемной штамповки, значительно эффективнее, чем молотов.

Задачей выпускной работы является изучение устройства кривошипного горячештамповочного пресса, его особенностей, видов штамповки, а также изготовление и контроль качества поковок.

1. Особенности и преимущества штамповки на КГШП

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

-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 в конструкции пресса и штампа предусмотрено надежное направление ползуна в направляющие колонки и втулки;

-увеличенному коэффициенту использования металла вследствие более совершенной конфигурации 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 резаньем;

- улучшенным условиям труда вследствие меньших шумовых эффектов, вибрации и состояния почвы, чем при работе на молотах, и относительно спокойным безударным характером работы, что позволяет установить ГКШП в зданиях облегченной конструкции;

- возможности применения автоматических перекладчиков заготовок;

- более высокой производительности;

- более высокому КПД, достигшему 6-8%; экономический (приведенный к энергии топлива) КПД пресса в 2-4 раза выше, чем у молота;

- снижению себестоимости продукции за счет снижения расхода металла и эксплуатационной стоимости.

Штамповка на прессах имеет свои особенности. Так как ползун пресса имеет постоянных ход, а конструкция деталей весьма прочная и жесткая, то поковки получаются более точными по высоте. Разница в несколько десятых миллиметра может получиться за счет пружинения деталей пресса при штамповке поковок с разной температурой. 

Рисунок 1.1 - Кинематическая схема КГШП

1- ползун; 2- тормоз; 3- шкив; 4- электродвигатель; 5- приёмный вал; 6- малое зубчатое колесо; 7- большое зубчатое колесо; 8- пневматическая функциональная дисковая муфта; 9- кривошипный вал; 10- шатун; 11- стол пресса; 12- клин.

2. Классификация поковок

Все поковки, штампуемые на КГШП, в зависимости от характера течения металла можно подразделить на два класса: поковки, при изготовлении которых, преобладающим процессом является осадка или расплющивание; поковки, которые производятся с преобладанием процесса выдавливания.

В зависимости от конфигурации поковки можно подразделить на пять групп:

I группа -- поковки круглые или квадратные в плане или близкие к ним по конфигурации типа шестерен, фланцев, втулок, ступиц, штампуемые осадкой в торец или осадкой с незначительным выдавливанием;

II группа -- поковки с вытянутой осью типа тяг, проушин, валиков с незначительной разницей в площадях поперечных сечений вдоль оси, не требующие предварительной подготовки заготовки;

III группа -- поковки с вытянутой осью типа рычагов, шатунов, турбинных лопаток, сошек рулевого управления, коленчатых валов, развилин со значительной разницей в площадях поперечных сечений вдоль оси, требующие при своем изготовлении применения фасонных заготовок;

IV группа -- поковки с изогнутой осью. В зависимости от разницы в площадях поперечных сечений вдоль оси поковки этой группы штампуют из обычного проката или фасонных заготовок. Поковки, у которых изогнутая ось располагается в плоскости разъема, требуют применения гибочного ручья, а в ряде случаев при штамповке поковок этой группы возникает необходимость в замках;

V группа -- поковки, получаемые выдавливанием, как в направлении оси поковки, так и в направлении, перпендикулярном оси поковки в штампах в цельных и разъемных матрицах.

Рисунок 1.2 - Классификация поковок

Некоторые поковки в зависимости от варианта штамповки можно отнести к различным группам, например, поковки сателлита, штампуемые по одной штуке, относят к I группе, 1-й подгруппе.

Заготовки для поковок первой группы, как правило, укладывают в ручей вертикально (на торец). Однако, если разница между диаметром и высотой заготовки незначительна ( до 1,5 : 1), заготовки можно укладывать горизонтально.

Припуски и допуски при штамповке поковки на КГШП назначают в соответствии с ГОСТ 7505--74 по первой или второй группе точности в зависимости от предъявляемых к поковке требований и способа изготовления (массовое или крупносерийное с последующей обработкой резанием на станках). Определение размеров перемычки для получения отверстия, радиусов закругления, плоскости разъема, построение расчетной заготовки и ее эпюры, конструирование замков, определение размеров заготовки и составление чертежа поковки производится так же, как при штамповке на молотах.

3. Температурный интервал горячей штамповки, типы нагревательных устройств

штамповка температурный пресс поковка

Способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации. Для увеличения ковкости, то есть повышения пластичности и снижения сопротивления деформирования, обычно повышают температуру металла.

Температура нагрева для разных металлов различна. Эта температура имеет нижний и верхний пределы, между которыми находится температурный интервал штамповки, то есть область температур, при которых целесообразно проводить горячую штамповку.

Металл поковок хорошего качества получают при определенных температурах. При этом нижний предел определяется температурой фазовых превращений.

Температурный интервал объемной горячей штамповки зависит в основном от химического состава металла и от других свойств, определяемых этим составом. Температурный интервал обусловливается комплексом испытаний.

Для определения оптимального температурного интервала рассматривают изменение механических характеристик в зависимости от температуры.

Реальный металл представляет собой скопление зерен - кристаллов разнообразных размеров, форм и направлений кристаллографических осей. Подобное строение называется поликристаллическим.

Металлы и сплавы в нормальных условиях имеют кристаллическое строение. Горячая деформация поликристалла происходит в том случае, когда металл получает полностью или частично рекристаллизованную структуру. Рекристаллизация снимает упрочнение и исключает искажение форм зерен.

Однако при температурах, близких к пережогу, наблюдается большой рост зерна и образование крупнозернистого строения металла - перегрев металла. Из крупнозернистого строения всегда можно получить мелкозернистое. Это приводит к крупнозернистому менее качественному строению металла поковки. Поэтому необходимо устанавливать верхнюю границу температурного интервала штамповки ниже температуры, при которой интенсивно растет зерно.

При температурах выше 1470 градусов и вблизи температуры плавления находится зона хрупкости металла - зона пережога. При пережоге кислород диффундирует внутрь металла, и окисляет границы зерен, которые при этом оплавляются, так как окислы железа имеют меньшую температуру плавления, чем сам металл. Штамповка при пережоге не возможна. Таким образом, верхняя граница температурного интервала не должна находиться ниже зоны пережога.

При температурах 750 - 800 градусов сопротивление деформированию остаётся относительно постоянным, а пластичность уменьшается. Это объясняется фазовыми превращениями, происходящими в металле. Наиболее пластичной структурой является структура аустенита. При наличии двухфазной структуры пластичность снижается. Низкоуглеродистые и углеродистые стали при температурах 1100 - 1200 С имеют чисто аустенитную структуру. Исходя из однофазности структуры и повышенной пластичности, температуру 1200 С можно принять за верхний предел температурного интервала деформации для углеродистых сталей. У высокоуглеродистой стали при 1100 С структура двухфазная: аустенит и цементит, последний образует хрупкую сетку по границам зёрен. Для пластичности стали цементитную сетку надо раздробить с тем, чтобы цементит образовал отдельные зёрна в металле поковки. При этом твёрдость и прочность металлов останутся высокими.

Верхний предел температур деформации, для высокоуглеродистой стали, целесообразно принять за 1100 С, а давление должно производится осторожно с учетом того, что пластичность снижена из - за наличия двухфазной структуры.

Нижний предел температур деформации должен находиться выше температур фазовых превращений. При установлении нижнего предела температур штамповки необходимо учитывать массу поковки, наличие или отсутствие последующей термообработки, способ охлаждения и т. д. Так при большой массе поковки и высокой температуре окончания процесса штамповки, поковка остывает медленно, и размельченное деформацией может вновь, вырасти. При малой массе поковки, до 100 кг, температура конца штамповки может быть более высокой, но из - за быстрого охлаждения, зерно не успевает вырасти и остается измельченным.

Штамповка сталей при температурах ниже 723 С приводит к упрочнению. У некоторых металлов и сплавов нет фазовых превращений. В этом случае нижний предел температур определяется именно упрочнением

Данные о температурном интервале штамповки можно найти в соответствующих справочниках.

В цехах горячей объёмной штамповки применяют полуметодические печи и печи с вращающимся подом, представляющие собой разновидность полуметодических печей.

Кроме пламенных печей, для нагрева небольших заготовок из черных и цветных металлов и сплавов применяют электропечи сопротивления. При нагреве в этих печах угар значительно меньше, чем в пламенных. Температура в электропечах поддерживается автоматически в соответствии с заданным режимом.

В электронагревательных устройствах теплота выделяется непосредственно в заготовке. Широкое распространение в промышленности нашли установки для индукционного нагрева и контактного нагрева сопротивлением. В электронагревательных устройствах скорость нагрева заготовок в 8 - 10раз больше, а угар металла в 4 - 5раз меньше, чем при печном нагреве. Практическое отсутствие окалины на заготовке уменьшает износ штампов и позволяет штамповать точные поковки. Эти установки в ряде случаев наиболее выгодно применять для нагрева заготовок под горячую объемную штамповку. Электронагрев улучшает санитарно - гигиенические условия труда благодаря отсутствию излучения и газообразования.

Установка для индукционного нагрева имеет индуктор в виде витков медной трубки, по которой циркулирует вода для охлаждения и генератор для получения токов высокой или промышленной частоты. При пропускании переменного тока через индуктор вокруг его витков возникает переменное поле индукции. При установке в индуктор заготовки, в последней, возбуждаются вихревые токи разогревающие ее.

Форма и размеры заготовок влияют на нагрев: чем меньше длина, тем быстрее нагрев. При длине заготовки большей трем диаметрам заготовки на скорость нагрева дальнейшее изменение длины не влияет.

Чем больше нагреваемая поверхность заготовки, тем больше теплоты перейдет в заготовку и тем быстрее протекает нагрев. Чем больше размеры заготовки, тем больше время нагрева вследствие того, что площадь поверхности, приходящаяся на единицу объёма нагреваемой заготовки, будет меньше.

Теплопроводность, теплоемкость и плотность заготовки влияют на нагрев.

Чем больше теплопроводность, тем быстрее отводится теплота с поверхности и передается внутрь заготовки. Чем меньше теплопроводность, тем больше температурный градиент в различных сечениях заготовки.

Чем больше теплоемкость, тем больше времени нагрева. Теплоемкость в зависимости от температуры изменяется незначительно.

Чем больше плотность заготовки, тем больше требуется теплоты для нагрева единицы объема. При нагреве возникают термические структуры напряжения, которые могут разрушить металл. Если металл достаточно пластичен, то в местах наибольших термических напряжений происходит пластическая деформация без его разрушения.

Чем выше пластичность металла, тем больше скорость нагрева. Пластичные металлы и сплавы можно нагревать быстро даже при низкой теплопроводности и большого температурного градиента. Пластичность стали увеличивается по мере нагрева при температурах свыше 600 - 700 С ее можно нагревать с большой скоростью.

4. Штамповка на КГШП в открытых и закрытых штампах

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.

5. Штамповка на КГШП прямым выдавливанием

Поковки, имеющие цилиндрический стержень постоянного или переменного сечения с утолщением на конце, которые штампуют за один, два и три перехода, наиболее технологичны при штамповке прямым выдавливанием. Число ступенчатых участков на стержне не должно превышать трех.

При штамповке поковок из труднодеформируемых жаропрочных сталей и сплавов предусмотрен электронагрев штампов. С этой целью в нижних обоймах делают отверстия для медных нагревателей, нагревающих матрицы. Температура нагрева вставок контролируется стационарной хромель-алюмелевой термопарой, подключенной к потенциометру.

Значительно труднее, чем поковки со сплошным стержнем, штамповать прямым выдавливанием стержневые поковки со сквозным отверстием, что объясняется специфическими особенностями процесса штамповки таких поковок и большой сложностью конструкции штампов.

Для получения высококачественных поковок выдавливанием из легированных и нержавеющих сталей, жаропрочных сталей и сплавов, алюминиевых сплавов и титановых сплавов особое внимание надо уделять тщательной подготовке заготовок перед штамповкой.

Мерные заготовки для штамповки выдавливанием должны иметь жесткие допуски по длине и диаметру (в пределах ±0,5 мм). Заготовки такой точности получают после разрезки штанг круглого или квадратного сечения на абразивноотрезном станке или дисковых пилах с последующей обработкой их боковых и торцовых поверхностей на токарных и фрезерных станках с шероховатостью Rz = 20-10 мкм. При выдавливании из пустотелых (трубных) заготовок последние для устранения разностенности и получения соосности внутреннего и наружного диаметра обязательно надо обрабатывать еще и по внутренней поверхности. Фаски необходимо делать и на торцах сплошных круглых и квадратных заготовок, так как при их отсутствии на поковках остаются глубокие следы острых кромок заготовок, приводящих при малом припуске под механическую обработку к браку поковок.

6. Калибровка поковок

Калибровка повышает точность размеров всей поковки или её отдельных участков. Таким образом, последующая механическая обработка ограничивается только шлифованием. Различают плоскостную (б) и объёмную (а) калибровку.

Плоскостная калибровка служит для получения точных вертикальных размеров на одном или нескольких участках поковки, ограниченных горизонтальными плоскостями. При плоскостной обработке поковку правят в холодном состоянии на кривошипно-коленчатых прессах.

Рисунок 1.3 - Калибровка поковок

Поскольку калибруют с небольшой степенью деформации (менее 5-10%), необходимо заранее предусматривать припуск на калибровку. Причём, с увеличением припуска точность размеров после калибровки уменьшается, а качество поверхности улучшается. Обычная точность после калибровки составляет от 0,1 до 0,25 мм, а допуск при калибровке с повышенной точностью в 2 раза меньше.

Объёмной калибровкой повышают точность размеров поковки в разных направлениях и улучшают качество её поверхности. Калибруют в штампах с ручьями, соответствующими конфигурации поковки. При объёмной калибровке возможно образование небольшого заусенца, который удаляют на наждачном станке. В этом случае калибровка повышает и точность массы поковки. Объёмную калибровку проводят в холодном и горячем состоянии. Холодную калибровку производят на кривошипно-коленных прессах для мелких поковок, так как усилие при объёмной калибровке примерно в 2 раза больше, чем при плоскостной . Горячую калибровку производят при температурах более низких, чем температура конца штамповки, на штамповочном оборудовании.

7. Правка поковок

Поковки в процессе штамповки подвергаются искривлению (короблению), а в некоторых случаях происходит смятие выступающих ребер и бобышек.

Эту операцию выполняют для устранения искривлений осей и искажения поперечных сечений, образующихся при затруднённом извлечении поковок из штампа, после обрезки заусенца, а также после термической обработки. Крупные поковки и поковки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей правят в горячем состоянии, либо в чистовом ручье штампа, либо на обрезном прессе, либо на отдельной машине.

Искривление поковок происходит при обрезке облоя и пробивке перемычек в результате неплотного прилегания опорной поверхности пуансона к поверхности поковки.

Поковки правят в горячем и холодном состоянии. Горячую правку выполняют на обрезном прессе в совмещенном или последовательном штампе при обрезке облоя и пробивке перемычек или же на оборудовании, предназначенном только для правки. Горячую правку применяют для крупных поковок относительно несложной формы из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей.

Рисунок 1.4 - Искривление поковок при обрезке и пробивке

Холодную правку применяют в основном для мелких и средних по массе поковок простых и сложных форм. Ее обычно осуществляют после термической обработки и очистки поковок от окалины на штамповочных фрикционных молотах, фрикционных винтовых прессах, устанавливаемых в термическом отделении цеха. Для правки крупных поковок удлиненной формы применят гидравлические правильные прессы и правку производят не в штампах, а на призмах.

8. Очистка поковок от окалины

Очистка поковок от окалины. Очистка обеспечивает условие работы режущего инструмента при последующей механической обработке, а также контроль поверхности поковок. Очистку производят несколькими способами: в барабанах, дробью, травлением.

В барабанах очищают поковки следующим образом. Поковки загружают в барабан с наклонной осью вращения, в котором находятся стальные звёздочки. При вращении барабана поковки трутся и ударяются друг с другом и со звёздочками, благодаря чему и происходит сбивание окалины. При очистке тяжёлых поковок на их поверхности образуются забоины, поэтому таким способом их не очищают.

Рисунок 1.5 - Гидроабразивный барабан

Дробеструйная очистка заключается в том, что дробь размером 1-3мм с большой скоростью ударяет о поверхность поковок и сбивает с них окалину. Скорость дроби сообщает сжатый воздух в специальных аппаратах. Этим способом очищают мелко- и среднегабаритные поковки. Травлением в водных растворах кислот, нагретых до 40-60 С, очищают крупногабаритные поковки сложных конфигураций.

9. Охлаждение и термообработка поковок

Скорость охлаждения влияет на величину термических напряжений, которые в случае быстрого охлаждения могут вызвать наружные трещины. Кроме того, при переходе через критический интервал температур возникают структурные напряжения. В легированных сталях есть опасность поверхностной закалки, трудно устранимой даже отжигом.

Низкоуглеродистая и низколегированная стали при малых размерах поковок не требуют специальных условий охлаждения.

Чем более легирована сталь и чем больше размеры поковки, тем медленнее должно быть охлаждение.

Способы охлаждения поковок: на воздухе; в теплоизолирующих материалах (доменный шлак, минеральная вата, каменноугольная зола, песок и гравий); в термосах и неотапливаемых колодцах; в подогреваемых колодцах; в специальных печах.

При ковке и горячей штамповке производится промежуточная и последующая термообработка.

Промежуточный отжиг применяют, когда крупные поковки изготавливают из слитков за несколько нагревов для размельчения зерна и во избежание образования флокенов. Отжиг снимает остаточные напряжения. Режим: охлаждение до 650°С, выдержка, нагрев до 850°С, выдержка, охлаждение до 700°С, нагрев под ковку.

Гомогенизационный отжиг при t=1200°C применяют для выравнивания структуры по всему сечению. При этом легирующие элементы диффундируют по всему сечению и распространяются более равномерно.

Полный отжиг производят путем нагрева поковок до температуры +30ч50°С (770ч800°С), затем дается выдержка и медленное охлаждение.

После ковки и штамповки производят также нормализацию, нормализацию с отпуском, улучшение (закалка с высоким отпуском), светлый отжиг и др. виды термообработки.

Поковки из алюминиевых сплавов подвергают закалке с последующим естественным (до 5суток) или искусственным старением. Поковки из магниевых сплавов подвергают отжигу, закалке или искусственному старению. Поковки из магниевых сплавов подвергают отжигу или гомогениизации.

10. Контроль качества поковок

При контроле готовых поковок производят их внешний осмотр, выборочно измеряют геометрические размеры, твёрдость по Бринелю. Размеры контролируют универсальными измерительными инструментами: штангенциркулями, штангенвысотомерами, штангенглубиномерами и другими специальными инструментами: скобами, шаблонами и контрольными приспособлениями. Несколько поковок из партии иногда подвергают металлографическому анализу и механическим испытаниям. Внутренние дефекты в поковках определяют ультразвуковым методом контроля и просвечиванием лучами Рентгена.

Заключение

В данной выпускной работе я изучил устройство кривошипного горячештамповочного пресса, главными особенностями этого пресса является точность размеров, экономия расходных материалов и минимальный шум при работе установки.

Штампуемые поковки на этом прессе имеют 5 основных групп и 3 подгруппы, которые изготавливают разными способами. Важным пунктом в процессе производства поковок является контроль качества.

Список используемых источников

1. В.В. Бойцов «Горячая объемная штамповка», М.: Высшая школа,1988

2. Ю.А. Бочаров «Кузнечно-штамповочное оборудование», М.: Академия. 2008

3. Е.И. Семенов Технология и оборудование ковки и объемной штамповки.- М.: Высшая шк., 1978

4. В.С. Тимохин «Оборудование для объемной штамповки», М.: МГИУ, 2007

5. Ковка и штамповка: Справочник в 4-х т. / Под ред. Е.И. Семенова.- М.: Машиностроение, 1987

Размещено на Allbest.ru