Учебное пособие: Учебно-методическое пособие Самара 2003 Составитель В,А, дмитриев удк 621. 74 Проектирование поковок штампованных

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

“САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ”

В.А. Дмитриев

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ПОКОВОК ШТАМПОВАННЫХ

Учебно-методическое пособие

Самара 2003

Составитель В,А, ДМИТРИЕВ

УДК 621.74

Проектирование поковок штампованных : Учебно-метод. пособ.// В.А. Дмитриев; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2006. 44 с.

Современная структура продукции КШП в машиностроении примерно такова: кованые поковки, изготовляемые из слитков, – 16%, из проката – 14%, штампованные поковки – 70%. Замена ковки прогрессивными методами штамповки, вальцовки, прокатки позволяет максимально приблизить форму и размеры поковок к контурам готовых деталей и тем самым более экономно расходовать металл за счёт снижения отходов в стружку в процессе обработки резанием. При этом высвобождается значительная часть парка металлорежущих станков, снижаются затраты легированной стали, расходуемой на изготовление режущего инструмента, сберегаются энергоресурсы. Кроме того, следует учесть, что в процессе штамповки обрабатываемый металл претерпевает не только наружные (контурные), но и внутренние (структурные) изменения, способствующие повышению прочности деталей по сравнению с изготовленными обработкой резанием или методами литья.

1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ГОРЯЧЕЙ ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКИ

Основными этапами проектирования технологиче­ского процесса являются:

1.Анализ технологичности конструкции штампованной заготовки.

2.Выбор штамповочного оборудования и способа штамповки.

3.Разработка технологических переходов штамповки.

4.Выбор способа нагрева, термического режима штамповки и ох-лаждения поковки.

5.Разработка чертежа поковки.

6.Конструирование профиля рабочей полости штампа.

7.Расчет размеров и массы исходной заготовки.

8.Разработка указаний о завершающих операциях (термообработка, очистка, методы контроля поковок).

9.Оценка технико-экономических показателей технологического процесса.

10.Составление технологической карты.

В рамках данной работы выполняются 1-8 этапы.

1.1. Анализ технологичности конструкции штампованной заготовки

Форма поковки определяется конфигурацией детали и принятым способом штамповки. Все элементы штампованной поковки должны иметь простую геометрическую форму и плавно сопрягаться друг с другом. Технологически рациональную форму поковки выбирают с учётом следующих рекомендаций [1,2]:

рационально одностороннее расположение рёбер, бобышек и других выступающих элементов;

следует избегать резких переходов по сечению детали (площадь поперечного сечения по длине детали не должна изменяться более чем в 3 раза);

толщину полотна не следует делать очень малой во избежание быстрого остывания поковки, ведущего к снижению стойкости штампа;

при штамповке (высадке) утолщений на концах стержней диаметр высаженной части не должен быть больше 4-х диаметров исходной заготовки, а высота высаженного утолщения должна быть более 0, 05…0,125 диаметра утолщения;

деталь не должна иметь длинных, узких отростков в плоскости полотна.

При отработке конструкции штампованной поковки на технологичность следует проверить возможность изменения конструкции детали или её элементов с целью упрощения конструкции поковки. Необходимо проверять возможность получения поковки в закрытом ручье вместо открытого или перевода штамповки с молота на другие кузнечные машины, применения комбинированных способов изготовления поковки (вальцовка-штамповка на молоте или прессе и другие).

Для уменьшения расхода металла и упрощения штамповки иногда рационально разбить деталь на две и более частей простой формы для штамповки их порознь с последующей сваркой . Для мелких поковок более выгодна штамповка двух и более заготовок в одной поковке с последующей разрезкой.

С целью уменьшения стоимости технологической оснастки необходимо стремиться к унификации поковки для различных деталей, применению групповых поковок.

1.2. Выбор штамповочного оборудования и способа штамповки

При объёмной штамповке формообразование заготовки происходит в полости (ручье) специального инструмента – штампа . В зависимости от типа штампа различают штамповку в открытых, закрытых штампах (рис.1) и в штампах для выдавливания (рис.2). Перспективно применение штамповки выдавливанием в разъёмных матрицах (рис.3).

В качестве штамповочного оборудования используются пневматические штамповочные молоты, кривошипные и гидравлические прессы, горизонтально-ковочные машины, ковочные вальцы, радиально-обжимные машины и другое специализированное оборудование [1,3].

Р и с.1. Схемы штамповки:

а – на молоте в открытом штампе; б – на молоте в закрытом штампе;

в – на прессе в открытом штампе; г – на прессе в закрытом штампе;

1 – заготовка; 2 – поковка; 3 – выталкиватель

Р и с.2. Схемы штамповки в штампах для прямого (а) и обратного (б)

выдавливания: 1- пуансон; 2- матрица; 3 – поковка; 4 – выталкиватель

Р и с.3. Схемы штамповки выдавливанием в разъёмных матрицах:

поперечный (а), продольный (б) и смешанный (в) разъём

Поверхность разъема штампа располагают: в открытом штампе - вблизи середины толщины поковки, в закрытом - совмещают с одной из торцовых поверхностей: нижней - при штамповке на молоте , верхней - при штамповке на прессе .

В зависимости от применяемого способа штамповки и типа штампа конфигурация и размеры поковки в каждом случае будут различными (см. рис.1).

При выборе штамповочного оборудования и способа штамповки руководствуются конфигурацией детали и экономичностью техпроцесса. Каждый из видов оборудования и способов штамповки имеет свои преимущества и недостатки. В условиях единичного и мелкосерийного производства наиболее экономичной является штамповка на пневматических молотах в подкладных или открытых штампах. Признаки типов кузнечно-штамповочного производства приведены в табл.1.

Таблица 1

Признаки типа кузнечно-штамповочного производства

При определении массы подвижных частей штамповочного молота ориентируются на последний удар, когда полость окончательного ручья заполнена и металл вытекает в облойную канавку. Для пневматического молота двойного действия применяют формулу Г. Гофмейстера

М_пч = (5…6) F _п , (1)

где М_пч – масса подвижных частей молота, кг; F _п – площадь проекции поковки в плане, см² .

Ориентировочные данные о необходимой массе подвижных частей штамповочного молота приведены в [1].

Усилие штамповки на прессе (МН) определяется выражением

P = y p _уд F , (2)

где y = масштабный коэффициент, для мелких поковок из штучных заготовок y = 1; p _уд - удельное давление прессования (МПа), определяемое для наиболее нагруженного перехода (осадки); F – площадь поперечного сечения заготовки в зоне деформации, м² .

, (3)

где - предел текучести материала (Мпа) при температуре окончания штамповки [3]; D – средний диаметр заготовки после деформации, мм; H – высота заготовки после деформации, мм.

Практикой установлено, что 1 тонна подвижных частей молота приблизительно соответствует усилию пресса, равному 10 МН. Следовательно, если поковку штампуют на молоте с массой подвижных частей 1т, то для её штамповки на прессе потребное усилие составит 10 МН.

При закрытой штамповке масса подвижных частей молота и усилие пресса рассчитывают по тем же формулам с последующим уменьшением полученного значения на 20…25%.

Усилие высадки на ГКМ (МН) определяется по формуле, приведенной в [5],

P = k F _п , (4)

где k – коэффициент, учитывающий сложность штамповки (k = 2…8); - предел прочности штампуемого материала (МПа ) при температуре окончания штамповки (табл.П2.2); F _п – площадь поковки в плане, м² .

1.3. Разработка технологических переходов штамповки

Штампованные поковки можно разделить на две основные группы – с вытянутой осью и симметричные в плане . К первой группе относятся поковки типа шатунов, рычагов, гладких и ступенчатых валов; ко второй - поковки фланцев, колец, зубчатых колёс и т.п. Поковки с вытянутой осью обычно штампуют поперёк оси заготовки (плашмя); осесимметричные в плане поковки изготовляют штамповкой вдоль оси (в торец).

Обработку заготовки в одном ручье называют переходом штамповки (количество ручьёв в штампе обычно соответствует количеству переходов штамповки).

Операцией называют законченную часть технологического процесса, включающую в себя все переходы объёмной штамповки, совершаемые за один нагрев независимо от количества используемых при этом кузнечных машин.

Все переходы горячей объёмной штамповки можно разделить на три основные группы – заготовительные, штамповочные и разделительные .

Заготовительные переходы необходимы для перераспределения металла исходной заготовки в соответствии с формой поковки. Штамповочные переходы необходимы для получения окончательно оформленной поковки. Разделительные переходы (отрубные, обрезные, отрезные и пробивные) необходимы для отделения поковки от прутка, обрезки облоя и пробивки отверстий, они выполняются в соответствующих ручьях тех же штампов, в которых проводят штамповку. На рис.4 показаны эскизы технологических переходов открытой штамповки на молоте осесимметричной поковки диска. В прил. 1 приведены эскизы технологических переходов штамповки заготовок на кривошипном горячештамповочном прессе (КГШП) и горизонтально-ковочной машине (ГКМ) [11].

Р и с.4. Эскизы технологических переходов открытой штамповки на молоте:

а- исходная заготовка; б- осадка; в – штамповка; г – обрезка облоя; д – пробивка перемычки;

е – плоскостная калибровка

1.4. Выбор способа нагрева, термического режима штамповки

и охлаждения поковки

В кузнечных цехах применяют следующие виды нагрева заготовок: пламенный, электрический и нагрев в жидкостях (в растворах расплавленных солей). В условиях единичного и мелкосерийного производства поковок экономически оправдано применение пламенного нагрева. Нагрев заготовок в пламенных печах осуществляется с помощью теплоты, выделяющейся при сжигании газообразного, жидкого или твёрдого топлива. Основными видами электрического нагрева являются индукционный, контактный и в печах электросопротивления. Преимуществами нагрева в расплавах солей являются быстрота, полное отсутствие окалины и равномерность прогрева заготовок. Электрический нагрев и нагрев в жидкостях применяются в основном в условиях крупносерийного или массового производства поковок. Для правильного установления температуры нагрева металла перед штамповкой необходимо знать её влияние на свойства металла. Прочность стали , характеризующая её сопротивление деформированию, с повышением температуры уменьшается . Это позволяет уменьшить потребное давление (усилие) для изменения формы металла в ручьях штампа.

Область температур, при которых металл находится в наиболее пластичном состоянии и обладает наименьшим сопротивлением пластической деформации, называется температурным интервалом горячей обработки давлением. Максимально допустимую температуру нагрева перед штамповкой (верхний предел) Т_в для углеродистых сталей можно определить по следующей формуле [3]

Т_в = Т_с -150⁰ , (5)

где Т_с – температура, соответствующая линии солидуса диаграммы "железо-углерод ", ⁰ С.

Для каждого металла в зависимости от его химического состава установлены вполне определённые температурные интервалы горячей штамповки, приведенные в табл.П2.1. Там же содержатся данные о влиянии температуры нагрева стали на её сопротивление деформированию.

При охлаждении поковок происходит уменьшение их объёма и изменение состава и величины зерен металла в процессе структурно-фазовых превращений. Охлаждение поковок необходимо вести с такой скоростью, которая обеспечивает полное устранение возможности возникновения внутренних напряжений, обусловленных неравномерным их остыванием по толщине. Режим охлаждения устанавливается в зависимости от химического состава металла, максимального поперечного сечения поковки и вида исходного металла (прокат или слиток). Чем более легирована и менее вязка сталь, тем медленнее должно вестись её охлаждение. Охлаждение поковок ведётся тремя способами: на воздухе, в колодце и вместе с печью . Режимы охлаждения поковок приведены в работе [3].

1.5. Разработка чертежа поковки

Чертёж поковки представляет собой графический документ, выполненный в соответствии с требованиями ГОСТ 7505-89 [4] и стандартов ЕСКД. Чертёж поковки разрабатывается на основании чертежа детали и должен содержать все данные, необходимые для изготовления, контроля и приёмки поковки. Линейные и угловые размеры на чертеже поковки должны быть образованы путем добавления к номинальным размерам детали припусков на механическую обработку и кузнечных напусков, а также содержать сведения о предельно допустимых отклонениях размеров и формы поковки. Величины припусков устанавливают в зависимости от конструктивных характеристик поковки, шероховатости обработанной поверхности детали, изготовляемой из поковки.

При разработке чертежа поковки соблюдают следующий порядок действий. Определяют конструктивные характеристики и исходный индекс поковки. Выбирают тип штампа и положение плоскости разъема штампа. Назначают припуски на механическую обработку. Проектируют наметки отверстий и углублений. Назначают штамповочные уклоны. Производят расчеты размеров поковки и назначают допуски на контролируемые параметры поковки. Назначают радиусы закруглений. Формулируют технические требования на изготовление поковки. Оформляют чертеж поковки.

Определение конструктивных характеристик поковки. ГОСТ 7505-89 устанавливает следующие конструктивные характеристики поковки: класс точности, группа стали, степень сложности, конфигурация поверхности разъема штампа.

Класс точности поковки устанавливают в зависимости от применяемого оборудования для ее изготовления и типа штампа (табл.2).

Группа стали . Стали, применяемые для получения поковок, подразделяют на три группы: М1, М2, М3. При назначении группы стали определяющим является среднее массовое содержание углерода и легирующих элементов ( Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, V и др.).

Таблица 2

Выбор класса точности поковок

Примечания:

1. Прецизионная штамповка - способ штамповки, обеспечивающий устанавливаемую точность и шероховатость одной или нескольких функциональных поверхностей поковки, которые не подвергаются окончательной обработке.

2. При пламенном нагреве заготовок допускается снижение точности для классов Т2 - Т4 на один класс.

3. При холодной или горячей плоскостной калибровке точность принимается на один класс выше.

М1 - сталь с массовой долей углерода до 0,35% включительно и суммарной массовой долей легирующих элементов до 2,0% включительно .

М2 - сталь с массовой долей углерода свыше 0,35 до 0,65% включительно или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0 до 5,0% включительно .

М3 - сталь с массовой долей углерода свыше 0,65% или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 5,0%.

Степень сложности поковки . По степени сложности поковки подразделяют на четыре группы: С1, С2, С3, С4. Степень сложности устанавливают по табл. 3 в зависимости от численного отношения расчётной массы поковки М_пр к массе пространственной геометрической фигуры М_ф , в которую вписывается форма поковки. Расчетную массу поковки допускается вычислять по формуле

, (6)

где M_пр - расчетная масса поковки; M_д - масса детали; К_р - коэффициент, зависящий от формы поковки (табл. П3.1).

При вычислении М_ф габаритные линейные размеры детали рекомендуется увеличить в 1,05 раза (см. Приложение 2 ГОСТ 7505-89).

Таблица 3

Показатели для определения степени сложности поковки

Для горячих штамповок с тонкими элементами, в том числе с пробиваемыми перемычками , устанавливается степень сложности C4 , если отношения t/ D, t/ L, t/( D- d) не превышают 0,2 и t не более 25 мм ( где t –толщина тонкого элемента, D или d – наибольший размер тонкого элемента, l – длина тонкого элемента). Для поковок с наличием ребер, выступов, углублений, прошиваемых отверстий степень сложности устанавливается по прил. 3 [7].

Для поковок, полученных на горизонтально-ковочных машинах, допускается определять степень сложности формы в зависимости от числа переходов: С1 – не более чем при двух переходах; С2 – при трёх переходах; С3 – при четырёх переходах; С4 – более чем при четырёх переходах.

Конфигурация поверхности разъема штампа может быть плоской, симметрично или несимметрично изогнутой.

Определение исходного индекса поковки . Исходным индексом поковки называют условный показатель, учитывающий в обобщенном виде конструктивные характеристики поковки и ее расчетную массу. Исходный индекс служит для назначения основных припусков, допусков и допускаемых отклонений. Исходный индекс определяют по табл. 4.

Для определения исходного индекса при группе стали М1, степени сложности поковки С1 и классе точности Т1 в графе “ Расчетная масса поковки “ находят соответствующую данной расчетной массе строку и перемещаются вправо только по горизонтали до графы “Исходный индекс”. Так, для поковки с расчетной массой 5 кг и конструктивными характеристиками М1, С1, Т1 исходный индекс равен 5.

Для определения исходного индекса при группе стали М2 или М3, степени сложности поковки С2 - С4 и классе точности Т2 - Т5 от клеточки, соответствующей расчетной массе поковки, перемещаются вправо по горизонтали и вниз по утолщенным наклонным линиям до пересечения каждой из них с вертикальными линиями, соответствующими заданным значениям М, С и Т . Так, для поковки с расчетной массой 5 кг и конструктивными характеристиками М3, С2 и Т4 исходный индекс равен 14.

Таблица 4

Исходный индекс поковки

Общие требования при назначении припусков, допусков и кузнечных напусков . ГОСТ 7507-89 устанавливает следующие требования при назначении припусков, допусков и кузнечных напусков.

Номинальный размер поковки - геометрический параметр, определяемый исходя из номинального размера детали, припуска и кузнечного напуска. Действительный размер поковки - фактический размер, полученный измерением с допустимой погрешностью.

Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей поковки являются самостоятельными величинами и не зависят от допусков и допускаемых отклонений размеров поковки. К ним относятся: смещение по поверхности разъема штампа; остаточный облой; высота заусенца; отклонение от концентричности и соосности; отклонение от плоскостности и прямолинейности; допуск радиусов закруглений; след от выталкивателя; изогнутость и радиальное биение.

Линейные размеры на чертеже поковки, образованные с учетом припусков и кузнечных напусков, должны быть проставлены от черновых баз механической обработки, согласованных между изготовителем и потребителем и обозначенных специальным знаком на чертеже детали.

Припуски на механическую обработку . Припуск на механическую обработку устанавливается как величина суммарная , включающая основной припуск и дополнительные припуски , учитывающие отклонения формы поковки. Дополнительные припуски назначают для компенсации смещения по поверхности разъема штампа, отклонений от плоскостности и прямолинейности, отклонений межцентрового и межосевого расстояний, отклонений угловых размеров, изогнутости поковки. Величины этих припусков назначают, исходя из формы поковки и технологии ее изготовления. Для поковки, рассматриваемой в данной работе, требуется назначить дополнительные припуски, учитывающие смещение штампов и отклонение от плоскостности.

Численные величины всех припусков назначают на одну сторону обрабатываемой поверхности поковки. При назначении величины припуска на поверхность, положение которой определяется двумя и более размерами поковки, устанавливают наибольшее из значений припусков.

Основные припуски на механическую обработку устанавливают в зависимости от исходного индекса, линейных размеров детали и шероховатости ее поверхности по табл. 5.

Первый дополнительный припуск , учитывающий смещение “ m ” по поверхности разъема штампа (рис.5), назначают по табл. 6 в зависимости от массы и класса точности поковки. Таблица регламентирует величины дополнительных припусков для случая плоской поверхности разъема штампов. Смещением по поверхности разъема штампа называют отклонение формы поковки в виде наибольшего линейного переноса по плоскости одной части поковки относительно другой.

Второй дополнительный припуск , учитывающий отклонение от плоскостности, назначают по табл. 7 в зависимости от наибольшего размера и класса точности поковки. Отклонением от плоскостности Р_а называют отклонение, оцениваемое наибольшим расстоянием от точек действительной поверхности поковки до прилегающей плоскости (рис.6).

Таблица 5

Основные припуски на механическую обработку (на сторону), мм

Таблица 6

Первый дополнительный припуск

Р и с.5.Смещение по

плоскости разъёма

штампа

Таблица 7

Второй дополнительный припуск

Р и с.6. Неплоскостность

поковки

Назначение штамповочных уклонов . Штамповочные уклоны назначают по табл. 8 на все поверхности, расположенные параллельно направлению движения деформирующего инструмента. Точки пересечения следов конусных поверхностей, образованных штамповочными уклонами, являются координатами расположения поверхности разъема штампа и средней линии толщины перемычки. При этом в плоскости разъема штампа и по средней линии перемычки образуются новые размеры D_n и d_n , характеризующие наибольший наружный и наименьший внутренний диаметры поковки. На рис.7 приведены схемы, иллюстрирующие образование координат плоскости разъёма штампа и размеров поковки в открытом (а) и закрытом (б) штампе (Z – условное обозначение припуска, x – x плоскость разъёма ).

Таблица 8

Величины штамповочных уклонов

Проектирование углублений . При наличии в детали полости или отверстия с целью снижения отходов металла в стружку проектируют намётку отверстия (рис. 8). Образующуюся при штамповке перемычку удаляют в дальнейшем на обрезном прессе. При штамповке поковок с наметками в наиболее тяжелых условиях работают выступы штампов, называемые знаками .

(а)

Р и с.7. Схема образования координат плоскости разъёма и размеров поковок в открытом (а) и закрытом (б) штампах

Вследствие низкой стойкости знаков полости диаметром менее 30 мм при горячей штамповке не выполняют . Выполнение сквозных отверстий в поковках обязательно , если диаметр отверстий больше или равен высоте поковок.

В зависимости от формы и размеров штампуемого отверстия различают намётки с плоской перемычкой, с раскосом, с магазином, с карманом и глухие [1]. Плоскую перемычку получают в небольших отверстиях с диаметром основания:

d _осн .= 24+0,0625 D _п , (7)

где D _п – наибольший диаметр поковки, мм.

Р и с. 8. Чертеж поковки:

R и r — соответственно наружные и внутренние радиусы; a и b— соответственно на­ружный и внутренний штамповочные уклоны; D_П — диаметр поковки; Н_П — высота поковки; h_Н и h_В — глубина соответственно нижней и верхней наметок

Намётка верхним знаком делается глубиной h_в £ d _осн , а нижним знаком h_н £ 0,8 d_осн . Толщину плоской перемычки либо рассчитывают по формулам (8-9), либо определяют по табл. 9-10 и рис.9.

, (8)

, (9)

где h ¢- высота углубления ориентировочная; d _{осн .} - диаметр основания углубления.

Минимальная ширина кольцевого выступа поковки определяется размером поковки (см. табл.10)

b_{1 min} = 10 + 0.0625 D _П (10)

Если ширина выступа больше b ₁ > b _{1 min} , то этот выступ получают в поковке при условии h / b ₁ < 0,8 ; в противном случае назначается напуск.

Р и с. 9. Параметры круглых и удлиненных в плане поковок

с плоским дном или перемыч­кой

Таблица 9

Минимальная толщина S (мм) дна или плоской перемычки

удлинённых или круглых в плане поковок (см. рис. 9)

Примечание. K_S =0,5 (K₁ + K₂ ); d_S = 0,5 (d₁ + d₂ )

Таблица 10

Минимальная ширина b (мм) выступов (рёбер) удлинённых или круглых в плане поковок (см. рис. 9)

Радиусы закруглений . Наружные и внутренние углы поковки оформляют радиусами закруглений. Закругления радиусом R , центры которых находятся внутри контура поковки, относятся к наружным , а радиусами r с центрами вне контура поковки – к внутренним (см. рис.8). Минимальную величину радиусов наружных углов R устанавливают по табл. 11 в зависимости от массы поковки и глубины h полости ручья штампа. Величину радиусов закругления внутренних углов r устанавливают по согласованию между изготовителем и потребителем. Рекомендуется величину внутренних углов принимать в 2 - 3 раза больше наружных: r ≈(2 …3)R . Величины радиусов должны быть во всех случаях согласованы с припусками на обработку.

Допуски и допускаемые отклонения размеров поковки . Допуски и допускаемые отклонения линейных размеров поковки назначают по табл.П4.1 в зависимости от исходного индекса и размеров поковки. Допуски наносят на чертеж поковки с соблюдением следующих правил:

Таблица 11

Радиусы закруглений наружных углов поковки

- допуски размеров типа D, D_n , D₁ , T и t (наружные размеры), учитывающие недоштамповку и двухсторонний износ штампов, принимают без корректировки величин и знаков.

- допуски размеров типа d и d_n (внутренние размеры), учитывающие износ выступов штампов, принимают с обратными знаками.

- допуски размеров типа T и t (толщины поковки), учитывающие недоштамповку, устанавливают по наибольшей толщине поковки.

- допуски размеров, не указанных на чертеже поковки, принимают равными 1,5 допуска соответствующего размера поковки, с равными допускаемыми отклонениями.

Припуски и допуски на толщину поковок, подвергаемых холодной калибровке . При холодной калибровке припуски на механическую обработку и допуски на толщину между калиброванными плоскостями определяют по табл. П4.2. Допускаемые отклонения принимают равными половине поля допуска .

Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей .

Допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей поковки в виде смещения по поверхности разъема штампов, остаточного облоя, высоты заусенца, отклонения от концентричности и плоскостности являются самостоятельными величинами и не зависят от допусков и допускаемых отклонений размеров поковки. Параметры этих величин отражают в технических требованиях на чертеже поковки.

Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа назначают по табл. П5.1 в зависимости от массы и класса точности поковки.

Остаточный облой и срезанная кромка. При обрезке облоя и пробивке отверстия на поверхности поковки могут образоваться дефекты в виде выступа - остаточного облоя, или, наоборот, в виде срезанной кромки. Допускаемую величину остаточного облоя для случая плоской поверхности разъема штампов назначают по табл. П5.2 в зависимости от массы и класса точности поковки. Допускаемую величину остаточного облоя по контуру отверстия для радиусов перехода на стыке с перемычкой менее 10 мм удваивают. Величина срезанной кромки не должна уменьшать установленного припуска.

Допускаемая величина высоты заусенца. Заусенцем называют выступ, образовавшийся на поверхности поковки в непредусмотренных для образования облоя местах сочленения частей штампов (зазорах), а также при обрезке облоя и пробивке отверстия. Допускаемую величину высоты заусенца назначают по табл. П5.3 в зависимости от массы, степени сложности и размеров поковки и способа штамповки.

Допускаемое отклонение от концентричности. При пробивке отверстия в поковке центр его может сместиться относительно центра поковки. Такое смещение называют отклонением от концентричности. Допускаемое отклонение от концентричности пробитого в поковке отверстия относительно внешнего контура поковки устанавливают по табл. П5.4 в зависимости от наибольшего размера и класса точности поковки.

Допускаемое отклонение от плоскостности устанавливают по табл. П5.5 в зависимости от наибольшего размера и класса точности поковки.

Табл. П5.1 и П5.2 регламентируют допускаемые величины смещений по поверхности разъема штампов и остаточного облоя только для случая плоской поверхности разъема штампов. Допускаемые отклонения от концентричности, приведенные в табл. П5.4, соответствуют началу пробивки со стороны входа пуансона в поковку. В конце пробивки (со стороны выхода пуансона) эти отклонения могут быть увеличены на 25%.

1.6. Конструирование профиля рабочей полости штампа

Типы облойных канавок открытых штампов приведены на рис.10. Толщину облоя h₀ , рассчитывают для круглых в плане поковок по формуле

h₀ = 0,015D_п , (11)

Для поковок произвольной формы с площадью поперечного сечения F _П

h_o = 0, 015 (12)

а) б)

Р и с. 10. Основные типы облойных канавок:

а — при штамповке на молотах, б — при штамповке на прессах

Остальные параметры облойной канавки для молотовых штампов назначают по табл. П6.1, а для прессовых штампов – по табл. П6.2 в зависимости от величины усилия пресса.

В виду того что штамповке подвергают нагретую заготовку, размеры рабочей полости штампа должны быть увеличены на 1,5% (или в 1,015 раза). На рис.11 приведен эскиз горячей поковки (слева) и профиль рабочей полости молотового штампа (справа).

Основным конструктивным параметром замка закрытого штампа является глубина ручья h , остальные параметры назначают по табл.12 [6].

Р и с.11. Эскиз горячей поковки и профиля рабочей полости штампа

Таблица 12

Конструкция и размеры замка закрытого штампа

1.7. Расчет размеров и массы исходной заготовки

При расчете размеров исходной заготовки под штамповку используют закон постоянства объема: при пластической деформации объем металла практически не изменяется. Исходная заготовка представляет собой горячекатаный прокат круглого или квадратного поперечного сечения. При открытой штамповке с образованием облоя целесообразно применять прокат обычной (В) точности по сортаменту ГОСТ 2590-88 [8]. При закрытой штамповке (особенно на ГКМ) применяют прокат повышенной (Б, А) точности по тому же сортаменту или калиброванный прокат по сортаменту ГОСТ 7417-75 [9].

Тогда длина исходной заготовки

L _из = V_из / F_из , (13)

где V_из - объем металла исходной заготовки; F_из - площадь поперечного сечения исходной заготовки.

Объем металла исходной заготовки при штамповке в торец

V_из = V_п + V_отх = V _п + V _обл + V _у + V _пер , (14)

где V_п - объем металла поковки; V_отх - объем отходов на технологических операциях штамповки (облой, угар, перемычка).

В процессе штамповки происходит износ ручья, т.е. увеличение его внешних размеров и уменьшение внутренних. Поэтому при подсчёте объёма поковки её номинальные размеры увеличивают: внешние – на половину положительного допуска, а внутренние – на половину отрицательного.

Объём облоя при штамповке на молоте [5] определяют по формуле

V _обл = F _о.к. · p· k , (15)

где F _о.к . – площадь облойной канавки, определяемая в зависимости от выбранного оборудования по табл.П5.1; p – периметр поковки в плоскости разъёма штампа; k – коэффициент, учитывающий заполнение металлом облойной канавки (k = 0,75…0,8).

Объём облоя при штамповке на прессе

V _обл = V _мост + V _маг = p ( h ₀ l + Bh ₂ ) , (16)

где p – периметр поковки в плоскости разъёма штампа, мм; h ₀ – толщина мостика, мм; l – ширина мостика, мм; B – ширина облоя в магазине, мм: B =10 мм для M _пр < 0,5кг; B = 15 мм для M _пр < 2кг; B = 20 мм для M _пр > 2кг; h ₂ – средняя толщина облоя в магазине, h ₂ = 2 h _{0 ,} мм.

Параметры облойной канавки h ₀ и l приведены в табл.5.2 в зависимости от величины усилия пресса (МН).

Угар металла зависит от способа нагрева заготовок: при пламенном нагреве он составляет 2..3 % , а при электронагреве - 0,5…1,0% от массы нагреваемого металла (V_п + V_об +V_пер ).

Объём перемычки под пробивку определяют после выбора её размеров и формы [1].

Получив по формуле (14) значение объёма исходной заготовки, выразим его через размеры сортового проката: диаметр D _из и высоту H _из . Из соображений обеспечения продольной устойчивости заготовки при осадке задаются величиной коэффициента m = H _из / D _из из условия: 1,25 < m <2,5 (чаще всего m = 2).

Тогда расчётный диаметр (или сторона квадрата) исходной заготовки определяется в виде

(17)

Далее по сортаменту сортового проката определяем принятое значение диаметра исходной заготовки D _из , пересчитываем площадь сечения F_из и по формуле (13) находим длину исходной заготовки.

1.8. Правила оформления чертежа поковки

Чертёж поковки должен содержать все данные, необходимые для изготовления поковки, её контроля и приёмки. Чертёж поковки выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 3.1126-88 и стандартов ЕСКД. Поковку изображают в том положении, которое она занимает в штампе . Масштаб изображения 1:1.

В графе I основной надписи чертежа под наименованием детали пишут слово "поковка штампованная". Контуры детали вычерчивают тонкой штрихпунктирной линией. Размеры детали проставляют под размерами поковки в круглых скобках. Черновые базы указывают на соответствующих поверхностях специальными знаками. Плоскость разъёма штампа изображают штрихпунктирной линией, обозначенной на концах знаками Х- -Х. Размеры поковки с допусками проставляют от черновых баз с учётом удобства контроля поковки. Размерные линии для поверхностей с уклонами проводят от вершин углов.

Технические требования, предъявляемые к поковке, располагают над основной надписью чертежа без заголовка. В технических требованиях указывают группу, категорию прочности, конструктивные характеристики и исходный индекс поковки; допускаемые отклонения формы и расположения поверхностей поковки; неуказанные предельные отклонения размеров и допуски радиусов закруглений; требования к качеству поверхности поковки; размеры и массу исходной заготовки; сведения о дополнительных отделочных операциях (правка, холодная или горячая калибровка).

Обозначение группы и категории прочности поковок . Технические условия на поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали регламентируются ГОСТ 8479-70 [10]. Поковки в зависимости от назначения разделяют на пять групп: группа I - без механических испытаний, группы II и III - испытания на твердость, группы IV и V - специальные механические испытания. Поковки IV и V групп по механическим свойствам разделяют на 16 категорий прочности. Отнесение поковки к той или иной группе производится потребителем, номер группы указывают в технических требованиях на чертеже детали. Нормы твердости для поковок II и III групп и категории прочности для поковок IV и V групп устанавливаются по соглашению изготовителя с потребителем.

Номер группы, категорию прочности и сдаточные характеристики поковки указывают в технических требованиях на чертеже поковки специальным условным обозначением. Категория прочности обозначается буквами КП и числом, соответствующим пределу текучести материала поковки. Например: КП 175, где 175- предел текучести (МПа) материала поковки. Примеры условных обозначений поковок.

Поковки группы II (или III) из стали твердостью НВ 143 - 179

Гр. II (или III) НВ 143 - 179 ГОСТ 8479-70.

Поковки группы IV (или V) с категорией прочности КП 490

Гр. IV (или V) КП 490 ГОСТ 8479-70.

Марки стали для всех групп поковок устанавливаются по соглашению изготовителя с потребителем и указываются на чертеже детали и поковки. В табл. 13 приведен пример составления технических требований чертежа штампованной поковки..

Таблица 13

Пример записи технических требований на изготовление поковок

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Описание методики иллюстрируется примером проектирования поковки штампованной для детали «Фланец», приведенной в Приложении 7.

Подготовка исходных данных .

Деталь представляет собой осесимметричное тело вращения, материал – хромистая легированная сталь 20Х ГОСТ 4543-71 с содержанием углерода до 2-х % и хрома до 1 %. Механические свойства: σ_в =800 МПа, σ_т = 650 МПА, твердость по Бринелю в отожженном или отпущенном состоянии не более 179НВ. Термообработка – нормализация. Группа поковки II по ГОСТ 8479-71. По табл.1 определяем тип производства поковок – мелкосерийное при М_пр = 2,82 кг и годовом объёме выпуска N_г = 1000 шт/год. Поэтому выбираем в качестве штамповочного оборудования пневматический штамповочный молот, тип штампа – открытый, способ нагрева исходной штучной заготовки – пламенный. Исходные данные вносим в карту проектирования техпроцесса (табл.14).

Таблица14

Карта проектирования техпроцесса

Разработка технологических переходов штамповки.

Изобразите эскизы технологических переходов для Вашего варианта штамповочного оборудования, способа штамповки и размеров детали.

Определение исходного индекса поковки .

Для определения исходного индекса вычислите конструктивные характеристики и расчетную массу поковки.

Класс точности поковки . По табл.2 для открытой молотовой штамповки при пламенном нагреве рекомендуется класс точности Т5.

Группа стали . Материал поковки сталь 20Х. Средняя массовая доля углерода в этой марке – 0,2%, суммарная массовая доля легирующих элементов – не более 2-х %. Устанавливаем группу стали М1.

Расчетная масса поковки . По формуле (6) и табл.П3.1 расчетная масса поковки

М_пр = М_д ·k_p = 1,88·1,5 = 2,82 кг.

Степень сложности поковки . Определим отношение t / D для нашего варианта размеров: 20/125=0,16<0,2 - то есть поковка содержит тонкий элемент t<25 мм. Поэтому для таких поковок с тонкими элементами и пробиваемыми перемычками стандартом устанавливается степень сложности С4.

Исходный индекс поковки . По табл.4 устанавливаем исходный индекс поковки 15.

Расчет размеров поковки.

1. По заданному варианту размеров в масштабе 1:1 тонкой штрихпунктирной линией вычертите контур детали в том положении, которое поковка занимает в штампе (рис.12,а). Укажите исходные базы механической обработки. Заполните графы 2-4 табл.15.

a)

б)

Р и с.12. Эскизы холодной (а) и горячей (б, слева) поковки

и профиля рабочей полости штампа (б, справа)

2. Пользуясь эскизом (см. рис.12,а) и табл.5-7, последовательно заполните графы 5-9 табл.15 и назначьте основные и дополнительные припуски на обрабатываемые размеры поковки, рассчитайте номинальные размеры поковки.

Размер D : основной припуск 2,0 мм (D=125 мм; R_a =12,5 мкм; исходный индекс поковки 15; смещение по плоскости разъёма штампа 0,3 мм (М_пр = 2,82 кг; класс точности Т5); суммарный припуск на сторону 2,3 мм (2,0+0,3); размер поковки 129,6 мм (120+2,3·2).

Размер d : основной припуск 2,2 мм (D=35 мм; R_a =0,8 мкм; исходный индекс поковки 15; смещение по плоскости разъёма штампа 0,3 мм (М_пр = 2,82 кг; класс точности Т5); суммарный припуск на сторону 2,5 мм (2,2+0,3); размер поковки 30 мм (35-2,5·2).

Размер D ₁ : припуск не назначают, так как по этому размеру нет механической обработки.

Размер Т-толщина : основной припуск 2,3 мм (Т=25 мм; R_a =1,6 мкм; исходный индекс поковки 15; отклонение от плоскостности 0,5 мм (наибольший размер поковки 129,6 мм; класс точности Т5); суммарный припуск на сторону 2,8 мм (2,3+0,5); размер поковки 27,8 мм (25+2,8).

Размер t -толщина : основной припуск 2,0 мм (t=20 мм; R_a =1,6 мкм; исходный индекс поковки 15; отклонение от плоскостности 0,5 мм (наибольший размер поковки 129,6 мм; класс точности Т5); суммарный припуск на сторону 2,5 мм (2,0+0,5). Положение нижнего торца поковки определяется двумя размерами T и t с разными припусками. В соответствии с п. 4.5 ГОСТ 7505-89 необходимо установить наибольшее значение при-пуска на эту поверхность 2,8 мм: тогда размер поковки 22,8 мм (20+2,8).

3. Нанесите припуски на эскиз поковки и проставьте их размеры, проведите размерные линии и проставьте образовавшиеся размеры поковки.

4. Выберите положение плоскости разъёма штампа. Назначьте и изобразите штамповочные уклоны (см. табл.8 и рис.7). Установите координаты плоскости разъёма штампа, проведите её тонкой штрихпунктирной линией, обозначьте условными знаками и свяжите с черновой базой размером. Проведите от образовавшихся в плоскости разъёма штампа вершин углов размерные линии для обозначения размеров внешнего D_п и внутреннего d_п контуров поковки. Рассчитайте эти размеры как катеты треугольников, образованных штамповочными уклонами, заполните графы 10-11 табл.15.

5. Рассчитайте толщину перемычки по формулам (7-9) или выберите по рис.9 и табл.9.

h′ = 0,5·T – 2 = 0,5·27,8-2 = 11,9 мм.

мм

Изобразите перемычку на эскизе и свяжите её среднюю линию с плоскостью разъёма штампа размером, полученным графическим построением и расчетом, проставьте размер толщины перемычки.

6. Назначьте по табл.11 радиусы закруглений наружных и внутренних углов поковки.

7. Назначьте допуски на размеры поковки по табл.П4.1с учетом 15 исходного индекса поковки. Согласно п.5.2 стандарта допускаемые отклонения внутренних размеров должны устанавливаться с обратными знаками. Заполните графы 12-13 табл.15. Допуск на диаметр ø65 относится к разряду не указанных на чертеже. Поэтому по п.5.5 стандарта он принимается равным 1,5 допуска номинального размера ø65 с равными допускаемыми отклонениями, то есть ±2,4 мм (3,2·1,5 = 4,8 мм).

Проставьте на эскизе поковки размеры из графы 13 табл.15. Допуск на размеры в направлении штамповки проставляют один раз. Не указанный на чертеже допуск не проставляют, а записывают в технические требования чертежа поковки.

8. Рассчитайте размеры горячей поковки, заполните графу 14 табл.15.

Конструирование профиля рабочей полости штампа .

По размерам, полученным в графе 14 табл.15, вычертите эскиз (контур) горячей поковки (см. рис.12,б слева) и проставьте размеры. Для открытого штампа рассчитайте толщину облоя h_o по формуле (11) и выберите параметры облойной канавки по табл. П6.1.

h_o = 0,015·D_п = 0,015·132,4 = 1,98 мм

Выбираем ближайшую канавку №5, для которой h_o = 2 мм. Для закрытого штампа сконструируйте замок согласно табл.12. Оформите эскиз профиля рабочей полости штампа. Эскиз профиля рабочей полости штампа приведен на рис.12,б справа.

Расчет размеров и массы исходной заготовки .

Определите объём исходной заготовки по формуле (14). Вычислите объём поковки в виде алгебраической суммы объёмов трех усеченных конусов за вычетом объёмов двух усеченных конусов и цилиндра (см. рис.12,а) или распечатайте МЦХ объёмной модели поковки

V_п = 19,265+2·146,732-2·7,11-1,798 = 296,531 см³

Объём отходов складывается из объёмов облоя, угара и перемычки

V_отх = V_об + V_у +V_пер

Определите объём облоя по формуле (15), полагая периметр поковки

р = π۬ D_{п. max} и F_ок = 136 мм² по табл.П6.1 для облойной канавки №5

V_об = 0,75·3,14·132,4·136 = 42405,07 мм² = 42,405 см³ .

Определите объём перемычки толщиной S=5 мм как объём цилиндра

V_пер = π·R² · S = 3,14·9² ·5 = 1271,7 мм² = 1,272 см³ .

Определите объём угара металла при пламенном нагреве

V_у = 0,025·( V_п + V_об +V_пер )= 0,025·(296,531+42,405+1,272)=8,5 см³ .

Определите объём исходной заготовки

V_из = V_п + V_отх = 296,531+42.405+8,5+1,272 = 348,708 см³ .

Определите массу поковки

М_п =(V_п ·ρ)/1000 =(296,531·7,85)/1000 = 2,33 кг.

Определите массу исходной заготовки

М_из = (V_из ·ρ)/1000 = (348,708·7,85)/1000 = 2,74 кг.

Определите по формуле (17) диаметр исходной заготовки

= =6,05 см = 60,5 мм.

По сортаменту на круглый горячекатаный прокат обычной точности [8] ГОСТ 2590-88 принимаем D_из = 60 мм.

Определите по формуле (13) длину исходной заготовки

L_из = V_из / F_{из =} 348,708/(π·R² ) = 348,708/(3,14·3² )=12,4 см = 124 мм.

Проектирование операции холодной калибровки .

На толщину детали t установлен допуск формы - допуск плоскостности не более 0,05 мм. Для обеспечения этого требования в технологическом процессе предусмотрена операция холодной калибровки (см. рис.4,е). Требуется установить размер толщины калиброванной поковки с допускаемыми отклонениями. Припуск на механическую обработку и допускаемые отклонения назначают по табл.П4.2.

Рассчитайте площадь F кольцевой поверхности поковки, подвергаемой калибровке, назначьте припуск на механическую обработку поковки.

Площадь кольцевой поверхности F = π/4·(12,96² – 7,5² ) = 87,69 см² ; припуск на механическую обработку по табл.П4.2 составляет 0,8 мм.

Размер калиброванной поковки: 20 + 0,8 = 20,8 ±0,3 мм (толщина детали

t = 20 мм; припуск на мехобработку 0,8 мм; поле допуска 0,6 мм; допускаемые отклонения принимают равными половине поля допуска).

Оформление чертежа поковки .

Оформите чертеж поковки и сформулируйте технические требования на её изготовление (см. раздел 1.8 и табл.13). Чертеж поковки приведен на рис.13.

Р и с.13. Чертеж поковки

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с теоретическими основами и методикой проектирования технологического процесса штамповки.

2. Проанализировать исходные данные для проектирования и заполнить карту проектирования техпроцесса.

3. Разработать и изобразить эскизы технологических переходов штамповки.

4. Разработать эскизы поковки и профиля рабочей полости штампа (см. рис.9).

5. Оформить чертеж поковки (см. рис.13).

ФОРМА ОТЧЕТА О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Заполненная карта проектирования техпроцесса (см. табл.14).

2. Эскизы технологических переходов штамповки.

3. Сводная таблица результатов расчета размеров поковки (см. табл.15).

4. Эскизы холодной и горячей поковки и профиля рабочей полости штампа.

5. Чертеж поковки с техническими требованиями.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Руденко П.А. Проектирование и производство заготовок в машиностроении. -К. :Выща шк., 1991.-247с.

2.Технологичность конструкций изделий: Справ./Под ред. Ю.Д. Амирова . - М.: Машиностроение, 1985.-368с.

3.Ковка и штамповка: Справ.: В 4-х т. / Под ред. Е.И. Семёнов и др. -М.: Машиностроение, 1985-1987.- Т.1: Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка.-1985.-568с.

4. ГОСТ 7505-89. Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски.

5. Ковка и штамповка: Справ.: В 4-х т. / Ред. совет: Е.И. Семёнов и др . -М.: Машиностроение, 1985-1987.- Т.2: Горячая штамповка.-1986.-592с.

6.Зайончик Л.И. Проектирование поковок и отливок: Лабораторные работы. -Челябинск: ЧГТУ, 63с.

7.Прейскурант № 25-01. Оптовые цены на отливки, поковки и горячие штамповки.- М.: Прейскурантиздат, 1990.- 188с.

8. ГОСТ 2590 – 88. Прокат стальной горячекатаный круглый. Сортамент.

9. ГОСТ 7417-75. Прокат калиброванный круглый. Сортамент.

10. ГОСТ 8479-70. Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Технические условия.

11. Горбацевич А.Ф., Шкред В.А. Курсовое проектирование по технологии машиностроения.- Мн.: Выш. школа, 1983.- 256 с.

П Р И Л О Ж Е Н Я

Приложение 1

Р и с. П1.1. Переходы штамповки на прессе заготовки шестерни

Р и с. П1.2. Переходы штамповки на ГКМ заготовки шестерни

Р и с. П1.3. Переходы штамповки на ГКМ заготовки вала-шестерни

Приложение 2

Таблица П2.1

Температурные интервалы штамповки некоторых сталей

Таблица П2.2

Сопротивление стали деформированию в зависимости

от температуры нагрева

Приложение 3

Таблица П3.1

Значения коэффициента К_Р

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРУППЫ СЛОЖНОСТИ ШТАМПОВКИ

Наличие рёбер, выступов

Группа сложности устанавливается отношением h / b _ср в соответствии с табл. П3.2, где h – высота элемента, b _ср – средняя ширина элемента (рис. П3.1).

Таблица П3.2

Наличие углублений

Группа сложности устанавливается по величине отношения h / d_ср в соответствии с табл. П3.3, где h – глубина углубления, d_ср – средний диаметр углубления или наименьший размер его поперечного сечения (рис. П3.2).

Таблица П3.3

Наличие прошиваемых отверстий

Группа сложности устанавливается по величине отношения h / d в соответствии с табл. П3.4, где h – максимальная высота штамповки, d_ср – диаметр прошиваемого отверстия (рис. П3.3).

Таблица П3.4

Р и с. П3.3. Определение группы сложности для поковок

с прошиваемыми отверстиями

Приложение 4

Таблица П4.1

Допуски и допускаемые отклонения размеров поковок, мм