Конструирование горячештампованных поковок.

Назначение допусков и припусков.

1. При конструировании горячештампованной поковки назначаются технологические напуски, припуски на механическую обработку, допуски на размеры поковки, радиусы закруглений, технологические уклоны, определяются размеры исходной заготовки.

Припуски на механическую обработку и допуски размеров поковки назначают в зависимости от массы поковки, размеров детали, вида оборудования, класса точности поковки, степени сложности поковки, материала и шероховатости поверхности согласно ГОСТ 7505-89.

Горячештампованные поковки по точности делятся на 5 классов: Т1, Т2, Т3, Т4, Т5. Класс точности зависит от вида оборудования и тех процесса штамповки.

По группе стали поковки делятся на 3 группы М1, М2, М3:

М1 – сталь с содержанием углерода до 0,35% и легирующих элементов до 2%.

М2 – сталь с содержанием углерода свыше 0,35 % до 0,65 % или легирующих элементов свыше 2 % до 5 %.

М3 – сталь с содержанием углерода свыше 0,65 % или легирующих элементов свыше 5 %.

По сложности формы поковки делятся на 4 степени сложности: С1, С2, С3, С4, где С – отношение массы (объема) поковки к массе (объему) простой геометрической фигуры, в которую вписывается поковка: 0,63 < С1; 0,32 < С2 ≤ 0,63; 0,16 < С3 ≤ 0,32; С4 ≤0,16.

Ориентировочную величину расчетной массы поковки допускается вычислять по формуле:

М_п = М_д*К_р,

где К_р – коэффициент, учитывающий припуски и напуски (ГОСТ 7505-89).

2. Правила оформления чертежа горячештампованной поковки:

1) Чертеж поковки рекомендуется составлять в масштабе 1:1.

2) Контуры готовой детали на чертеже поковки следует вычерчивать штрихпунктирной или тонкой линией.

3) Размеры готовой детали можно проставить в скобках под размерами поковки.

4) Размерные линии для нанесения размеров поверхностей с уклонами проводят от вершин уклонов.

5) Необходимо указать установочные базы для обработки резанием и от них проставить размеры с допусками.

3. Конструирование наметки под прошивку.

При штамповке в штампах с одной поверхностью разъема нельзя получить сквозные отверстия в поковке, поэтому делают только наметку отверстия с перемычкой, удаляемой в последствии на обрезном штампе.

Толщина плоской перемычки может быть определена по формуле:

S = 0,45√(d_оп – 0,25h⁄2 – 5) + 0,6√(h/2) ,

где: d_оп – диаметр отверстия поковки;

h – высота (толщина) поковки

Если глубина прошивки h/2 меньше диаметра прошиваемого отверстия в 2,5 раза и более, то проштамповать плоскую наметку трудно. В таких случаях для облегчения раздачи детали в стороны рекомендуются вместо плоских перемычек с раскосом, у которых S_min = 0,65S, а S_max = 1,35S; d₁ = 0,12 d_оп + 3 мм; r₁ = r + 0,1 h/2 + 2 мм, где r – внутренний радиус закруглений длинной поковки.

Для получения тонких перемычек в их центре проектируется магазин. При этом радиус закругления r₂ должен быть вдвое меньше радиуса в предварительном ручье r₁, а размеры b и h₃ определяются как для нормального заусенца для данной поковки.

4. Расчет заусенечной канавки штампа.

Наиболее часто применяются канавки следующего типа:

Для кривошипных прессов

Заусенечная канавка имеет пережимной мостик, предназначенный для облегчения обрезки облоя.

Толщина пережимного мостика определяется по формуле:

h₃ = 0,015 d_нп ,

где: d_нп - наружный диаметр поковки.

Размеры канавки перемычки нормализованы и выбираются по таблице:

5. Определение размеров исходной заготовки.

Объем заготовки определяется по формуле:

V_заг = (V_п + V_з + V_пер)*(100+δ)/100 ,

где V_п – объем поковки, см³;

V_з – объем заусенца, см³;

V_пер – объем перемычки, см³;

δ – угар, %.

δ = 0,3 % … 1,0 % при нагреве в электропечах;

δ = 2 % … 3 % при нагреве в пламенных печах.

Объем заусенца:

V_з = КS_з Р_п ,

где: S_з – площадь сечения канавки для заусенца;

Р_п – периметр поковки по разъему штампа;

К – коэффициент заполнения канавки (К = 0,5).

Объем перемычки для круглого отверстия:

V_пер = (π d²_оп )/4 * S.

Зная объем заготовки, определяют ее размеры, пользуясь тремя уравнениями для случаев, встречающихся на практике:

1. Если известен диаметр заготовки ( в результате разработки переходов тех. процесса), например, когда заготовка перед штамповкой протягивается и диаметр исходной заготовки Д_заг берут по площади максимального сечения поковки плюс площадь облоя (ближайший больший по сортаменту), то

L_заг = 1,273 V_заг/ Д²_заг (1)

2. Если известна длина, как, например, у поковок удлиненной формы, не имеющих резких переходов и штампуемых , то:

Д_заг = 1,13 √(V_заг/ L_заг ) (2)

3. Если поковки штампуются на торец, то:

Д_заг = 1,08 ³√ (V_заг/m), (3)

где m = L_заг / Д_заг = 1,5 ÷ 2,5

6. Особенности расчета заготовки для безоблойной штамповки.

Порядок расчета:

1) Предварительно на размеры поковки назначают такие допуски, чтобы отклонение объема поковки, вызванные отклонением горизонтальных и вертикальных размеров, были одинаковыми;

2) Определяют расчетный объем поковки по максимально изношенному штампу (т.е. с max размерами);

3) По максимальному размеру поковки с учетом угара определяют наименьший размер заготовки;

4) По наименьшим размерам заготовки устанавливают линейные положительные допуски на резку и положительные отклонения объема (веса) заготовки;

5) для учета отклонений объема заготовки устанавливают дополнительные допуски на вертикальные размеры поковки, которые прибавляют к вертикальным допускам на поковку, установленным ранее в зависимости от износа штампа.

Если в безоблойной штамповке предусмотрены полости для поглощения излишков металла, вызванных неточностью размеров заготовки, то п.5 отпадает;

6) По наименьшему объему заготовки по формулам 1, 2 или 3 определяют наименьшие размеры заготовки, учитывая, что заготовка должна свободно укладываться в ручей штампа в нагретом состоянии и при этом должно быть обеспечено ее надежное центрирование.

Штамповка на кривошипных горячештамповочных прессах.

Особенности штамповки на кривошипных прессах.

Основные особенности штамповки на КГШП по сравнению со штамповкой на молотах – это жесткость станины пресса при постоянной длине хода, безударный характер нагрузки и наличие выталкивающих устройств.

Поэтому штамповка на КГШП имеет следующие преимущества:

1) Наличие выталкивателей позволяет уменьшить штамповочные уклоны до 1⁰ ÷ 3⁰, а в некоторых случаях вовсе отказаться от них.

2)Жесткая конструкция пресса, надежное направление ползуна, постоянство хода пресса, направляющие колонки и втулки штампа позволяют повысить точность поковок. Припуски и допуски при штамповке на КГШП уменьшаются на 20 ÷ 35 % по сравнению со штамповкой на молоте.

3) Высокая производительность КГШП по сравнению с молотом объясняется уменьшением числа ходов, требующихся для штамповки, которое всегда равно количеству ручьев штампа.

4) КГШП дают возможность осуществлять штамповку выдавливанием, которая позволяет изготовлять поковки с высокими механическими свойствами и очень близкими размерами к чистовой детали.

5) Постоянство хода КГШП обеспечивает одинаковую степень обжатия, а постоянство скоростей хода ползуна для соответствующих углов поворота коленчатого вала – одинаковую скорость деформации при тех же углах поворота. Это обеспечивает стабильность размеров и механических свойств.

6) Высокая стойкость штампов кривошипных прессов объясняется малым временем пребывания горячего металла в ручье штампа; безударным характером деформации; применением выталкивателей, исключающих застревание поковок в штампах; составной конструкцией прессовых штампов, позволяющих каждому ручью работать до полного износа.

7) При штамповке на молоте штамповщик должен регулировать количество и силу ударов, что требует высокой квалификации. При штамповке на КГШП точность обеспечивается настройкой штампа и пресса, поэтому требуется менее квалифицированный штамповщик.

8) Экономический (приведенный к энергии топлива) коэффициент полезного действия штамповочного молота около 3 %, а КГШП – в два раза выше (6÷8 %).

Недостатки штамповки на КГШП:

1) Стоимость КГШП в 3-4 раза выше стоимости молота;

2) Возможность заклинивания и поломки прессов при крайнем нижнем положении ползуна;

3) Меньшая универсальность пресса – из-за жесткого хода ползуна не применяют протяжку и подкатку заготовок;

4) Необходимость очистки заготовок перед штамповкой от окалины;

5) Необходимость применения большего числа ручьев из-за худшего заполнения глубоких полостей;

6) Более сложная конструкция штампов.

Особенности течения металла при штамповке на КГШП.

Законы течения металла при штамповке на молоте и КГШП неодинаковы. При штамповке на молоте заполнение полости ручья штампа происходит за несколько ударов с большими скоростями, при штамповке на КГШП за одно нажатие.

При штамповке на молоте вследствие больших скоростей более интенсивному деформированию подвергаются верхние слои металла, поэтому заполнение верхнего ручья штампа происходит быстрее, чем нижнего.

При штамповке на прессе деформация охватывает сразу весь объем металла. Объемы металла, прилегающие к поверхности штампа, быстро охлаждаются, в результате чего происходит интенсивное течение металла от центра к периферии. Поэтому ручей может оказаться незаполненным из-за чрезмерного вытекания металла в облой. Наиболее рациональным средством предотвращения вытекания металла в облой и более интенсивного заполнения ручья прессового штампа является увеличение количества ручьев с целью постепенного приближения формы заготовки к форме поковки. Другим способом является уменьшение канавки и увеличение его ширины.

Конструкция прессовых штампов.

Безударный характер нагрузки на КГШП позволяет применять штампы со следующими конструктивными особенностями по сравнению с молотовыми штампами:

1) Штампы изготовляются сборными. Ручьи выполняются во вставках из инструментальных сталей. В каждой вставке, как правило, по одному ручью. Вставки устанавливаются в пакеты, изготовленные из конструкционной стали. Это позволяет:

а) экономить дорогостоящую инструментальную сталь;

б) производить замену изношенных вставок поотдельности;

в) снизить себестоимость изготовления штампа.

2) Пакеты выполняются с направляющими колонками, что позволяет надежно центрировать верхние и нижнее части ручьев.

3) Пакеты можно крепить не за счет “ласточкиного хвоста”, а при помощи болтов. Это упрощает конструкцию крепления и облегчает настройку штампа.

4) Прессовые штампы имеют выталкиватели для удаления поковки. Это позволяет уменьшить величину уклонов и дает возможность автоматизации производственного процесса.

В штампах КГШП предусматривают заготовительные и штамповочные ручьи. К Заготовительным штампов КГШП относят пережимной, формовочный, гибочный ручьи и площадку для осадки. К штамповочным ручьям относят предварительный, окончательный и заготовительно-предварительный ручей. Ручьи конструируют с учетом основных особенностей горячей штамповки на прессах:

- поверхности разъема вставок не должны соприкасаться при штамповке. Между верхней и нижней вставками необходим зазор не меньше толщины заусенца;

- на вставке, как правило, располагают только один ручей;

- размеры ручьев надо взаимно увязывать так, чтобы в окончательном ручье деформация шла, по возможности, осадкой, а не выдавливанием.

Штамповка на КГШП выдавливанием.

Кривошипные прессы дают возможность осуществлять прогрессивный технологический процесс штамповки выдавливанием, который позволяет изготовлять поковки с высокими механическими свойствами и близкими по форме и размерам к готовой детали. Существует прямой, обратный и комбинированный способы выдавливания.

При прямо выдавливании

металл пуансоном перемещается

из полости матрицы сквозь имею-

щиеся в ней отверстие. При этом

весь объем заготовки перемещается

к рабочему отверстию и трение ме-

тала о стенки полости приводит к значи-

тельной неоднородности деформации.

При обратном выдавливании металл

вытесняется через отверстие в пуансоне. При этом

в каждый данный момент процесса деформи-

руется лишь часть заготовки, находящаяся

в непосредственной близости к рабочему

отверстию.

При обратном выдавливании происходит одновременное течение металла в обоих направлениях.

Разновидностью выдавливания является закрытая прошивка. При закрытой прошивке обрабатываемый металл

вытекает в концевой зазор между пуансоном и

матрицей.

Параметры выдавливания:

- коэффициент вытяжки

λ = F/f

- коэффициент обжатия

q = f/F = 1/λ

- степень деформации или относительное обжатие δ = (F-f)/F = 1 – f/F = 1 – 1/λ

- скорость истечения металла из очка матрицы ω = FV/f

где: F – площадь поперечного сечения контейнера,

f – площадь поперечного сечения очка матрицы (или хвостовика, получаемого выдавливанием),

V – скорость движения пуансона, м/сек.

При выдавливании литых заготовок из цветных металлов степень деформации δ должна ровняться 80 ÷ 85 %, для остальных поковок 15 ÷ 95 %.

Штамповку за один переход без образования торцевого облоя можно осуществлять при λ ≤ 7,5 ÷ 8,5. При большем λ штамповку следует производить за 2 перехода.

Устройство и принцип работы КГШП.

КГШП выпускаются с усилием от 630 до 10000 т. для штамповки поковок, требующих усилий более 10000 т, применяют гидравлические штамповочные прессы.

КГШП имеют следующие основные узлы: станина, главный и приводной валы, ползун и шатун, стол пресса, муфту выключения, тормоз, верхний и нижний выталкиватели, электродвигатель, систему смазки, систему управления.

Рабочие части пресса приводятся в движение от электродвигателя (1), установленного на станине пресса. При помощи клиноременной передачи от шкива (2) движение передается маховику (3), укрепленному на валу (5). Маховик оборудован фрикционным предохранительным устройством, не допускающим перегрузки вала. Для остановки маховика предусмотрен

вспомогательный

тормоз (4), автоматически включающийся после выключения электродвигателя. Вал (5) вращает шестерню (6), которая сцеплена с шестерней (7), приводящей в движение коленчатый вал (9), перемещающий при помощи шатуна (11) ползун (12). Включение кривошипно-шатунного механизма осуществляется пневматической муфтой (8), которая управляется ножной педалью. После выключения муфты кривошипно-шатунный механизм останавливается ленточным тормозом (10).

Кинематическая схема КГШП

Верхняя половина штампа крепится к ползуну, нижняя – к столу (13), снабженному двухклиновым устройством для регулирования высоты штампового пространства.