4.2.1 Получение заготовок методом горячей объемной штамповки

Горячая объёмная штамповка — это вид обработки металлов давлением, при которой формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента — штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа, так что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки. В качестве заготовок для горячей штамповки применяют прокат круглого, квадратного, прямоугольного профилей, а также периодический. При этом прутки разрезают на отдельные (мерные) заготовки, хотя иногда штампуют из прутка с последующим отделением поковки непосредственно на штамповочной машине [4].

Применение объемной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия, которые невозможно получить приемами свободной ковки.

2. Технологический процесс получение детали с помощью горячей

объемной штамповки

Назначаем припуски на механическую обработку заготовки. Для повышения плас­тичности металла при штамповке его нагревают до ко­вочной температуры (таблица 14) 1260 °С. Штамповку выполняют в открытых штампах.

Таблица 14 – Температурные интервалы горячей объёмной штамповки

Марка стали	Предел прочности, sв, кг / мм2	Температура, °C			Рекомендуемый интервал, °C
		Начало	Конец
			не выше	не ниже
10 15 30 35 45 70 9Х 20Х 40Х 50ХН 18ХГТ 12ХН3А	33 38 50 54 61 105 78 80 100 82 100 95	1280 1250 1280 1280 1260 1220 1150 1250 1200 1200 1250 1200	800 850 830 830 850 850 850 870 870 870 850 870	720 760 720 720 760 770 gp ALIGN="CENTER">800 800 800 800 800 760	1250 – 750 1220 – 800 1250 – 750 1250 – 750 1220 – 800 1180 – 800 1110 – 825 1200 – 800 1180 – 830 1180 – 830 1220 – 830 1180- 800

 

При открытой штамповке рекомендуются выбрать из пяти классов точности Т2 или Т3 в данном курсовом проекте принимаем класс точности – Т3, с целью получения более точной поковки [2].

Определяем группу стали. Сталь с массовой долей углерода свыше 0,35 % и до 0,65 % включительно или суммарной массовой долей легирующих элементов свыше 2,0 и до 5,0 % включительно – относится к группе М1.

Исходный индекс по номограмме в соответствии с ранее определенными параметрами (Н=7, М=1, С=1 и Т=2) составил – 2, проверяем расчетом по формуле:

И=Н+М+С+2(Т-1) =1+1+1-2+2(2-1)=2

(12)

Таблица 15 – Основные припуски (ГОСТ 2789 – 73) [3]

Исходный индекс ИИ	Высотные размеры Н, h1 детали
	До 25 включительно			Св. 25 до 40 включ.			Св. 40 до 63 включ			Св. 63 до 100 включ.
	Диаметр и глубина
	До 40 включительно			Св. 40 до 100 включ.			Св. 100 до 160 включ.			Св. 160 до 250 включ.
	Параметр шероховатости Rа, мкм, по чертежу детали: а – от 12,5 до 100 включ., б – от 1,6 до 10 включ., в – до 1,25
	а	б	в	а	б	в	а	б	в	а	б	в
1	0,4	0,6	0,7	0,4	0,6	0,7	0,5	0,6	0,7	0,6	0,8	0,9
2	0,4	0,6	0,7	0,5	0,6	0,7	0,6	0,8	0,9	0,6	0,8	0,9
3	0,5	0,6	0,7	0,6	0,8	0,9	0,6	0,8	0,9	0,7	0,9	0,9
4	0,6	0,8	0,9	0,6	0,8	0,9	0,7	0,9	1,0	0,8	1,0	1,1
5	0,6	0,8	0,9	0,7	0,9	1,0	0,8	1,0	1,1	0,9	1,1	1,2

После выбора класса точности устанавливаем кузнечные напуски на боковые поверхности поковки (перпендикулярные плоскости разъёма штампа), для облегчения извлечения её из штампа, назначаются штамповочные уклоны. Различают наружные a и внутренние b уклоны. Внутренние уклоны на 2^о – 3^о больше наружных, т.к. при охлаждении поковки её внутренние поверхности прижимаются к штампу, а наружные отходят от стенок штампа, уменьшая вероятность застревания поковки в штампе.

Штамповочные уклоны принимаем из таблицы 16.

Таблица 16 – Штамповочные уклоны

Штамповочное оборудование	Допустимо
	h / b	Внешний угол, α	Внутренний угол, β
Гидравлические и механические прессы	до 2 2 – 5 5 – 7	3 5 7	5 7 10

Величина уклонов α (на наружной) и β (на внутренней) на поверхностях поковки на прессах с выталкивателями или ГКМ должна быть не более α=5°, β =7°.

Принимаем размеры штампа:

Наружная поверхность – 5^о;

На внутренней поверхности – не более 7 ^о, принимается 5^о;

Допускаемое отклонение от плоскостности – 0,8 мм;

Допускаемое смещение по поверхности разъема штампа – 0,8 мм;

Допустимая величина высоты заусенца – 5 мм;

Допустимые значения отклонений от указанных выше величин штамповочных уклонов не должна быть более ±0,25 (25 %).

Отрезаем пресс - ножницами НКМ 40 от пластины с размерами 10х240 мм, длину заготовки для одной детали 10Х10. Нагреваем заготовку в индукционной кузнечной нагреватель DW-MF-90 к. «Мосииндуктор» до температуры равной 1200 примерно за 90 сек. после чего вынимаем ее и помещаем на кривошипном горячештамповочный пресс (КГШП) (рисунок 9) Штампуем с усилием 40 тон. после это заготовка (рисунок 10) удаляется со штампа толкателями. Получаем поковку без облоя. Для выполнения остальных отверстий и фаски отправляем заготовку на механическую обработку. После чего операция повторяется.

Время выдержки заготовки в печи производится по формуле Н.Н.Доброхотова:

(13)

где Т – общее время нагрева, включая выдержку, ч;

К – коэффициент учитывающий степень легирования стали (принимается равным 10 для углеродистой стали и 20 – для легированной);

α – коэффициент, зависящий от способа укладки заготовок в печи: для штучных заготовок круглого сечения, нагреваемых со всех сторон (единичное производство) a = 1, а для плотноуложенных (массовое или серийное производство) a = 2;

D – диаметр заготовки (размер стороны), (мм).

(14)

Необходимое усилие деформирования определяется по формуле:

(15)

где P_Д – усилие деформирования, кг;

z – коэффициент, учитывающий условия деформирования;

m – коэффициент, учитывающий объём заготовки;

k – удельное давление деформирования (для конструкционных сталей принимается равным 6000 кг / cм²);

f – площадь проекции штампуемой поковки на плоскость разъёма штампа

(без учёта облоя), см².

(16)

Усилие пресса для обрезки облоя определяется по формуле:

(17)

где P_о – усилие пресса, кг;

n – коэффициент, учитывающий притупление режущих кромок (n = 1,6 –1,8);

s_ср – предел прочности материала поковки на срез, кг / мм²,

	(18)
	(19)

где s_в – предел прочности материала поковки, кг / мм² (табл. 4);

F_ср – площадь среза, мм², подсчитывается как:

(20) (21)

где Z – периметр обрезаемого слоя, мм;

h = 3 – 4 мм – толщина облоя.

(22)

Результат занесен в таблицу 17. Полученный штамп изображен на рисунке 9, 10.

Рисунок 9 – Пресс-форма а) вид сверху, б) вид с боку

Рисунок 10 – Заготовка а) вид сверху, б) вид с боку

Таблица 17. Рез

ультаты расчетов

Наименование параметра	Численное значение
Способ производства (массовое, серийное, единичное)	серийное
Масса детали GД, кг	1,7
Масса поковки GП, кг	1
Масса исходной заготовки GЗ, кг	2,3
Коэффициент использования металла К, %	10
Температурный интервал нагрева заготовки, °С	1260
Время нагрева заготовки в печи Т, ч	6
Усилие деформирования PД, кг	4032
Усилие пресса на обрезку облоя РО, кг	1.2

Вывод: Применение объёмной штамповки оправдано при серийном и массовом производстве. При использовании этого способа значительно повышается производительность труда, снижаются отходы металла, обеспечиваются высокие точность формы изделия и качество поверхности. Штамповкой можно получать очень сложные по форме изделия.

2. Технологическая себестоимость заготовки

В стоимость заготовки входит:

1. Рабочая сила (3 рабочих);

2. Стоимость оборудования (2 станка (фрезеровальный и сверлильный станки, индукционный кузнечный нагреватель));

3. Материал (сталь 45Л).

	(23)
	(24)