Федеральноеагенство по образованию и науке
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт –Петербургский государственный политехнический университет»
Кафедра: МиТОМД
Курсоваяработа
по курсу«Теория, технология и оборудование обработки металлов давлением»
тема«Технология холодной объемной штамповки»
Работу выполнил:
студент Малыхин Г.Е.
Работу принял: МертенсК.К.
Санкт –Петербург 2010 г
СОДЕРЖАНИЕ
1. Индивидуальное задание
2. Обзор способов холодной штамповки
3. Выбор материала детали
4. Выбор оборудования
5. Разработка технологическогопроцесса
5.1 Отрезка
5.2 Структура технологическогопроцесса
6. Инструмент
7. Смазка
8. Маршрутная технологическая карта
Список используемой литературы
/>1. Индивидуальное задание
Разработка технологии,определение технологических параметров и конструкции штампов для холоднойобъемной штамповки. Программа: 200 тыс. деталей в год.
Чертеж детали «Палец»изображен на рисунке 1:
/>
Рис. 1 Деталь «Палец»
Исходя из формы детали,можно сделать вывод, что она применяется при необходимости соединения деталейиз дерева, которые не подвергаются высоким нагрузкам, например в мебельнойпродукции и т.д.
/>2. Обзор способов холодной штамповки
При холодной объемнойштамповке (ХОШ) металл пластически деформируется в штампе в холодном состоянии.В качестве заготовок для ХОШ обычно применяют прутковый материал изуглеродистых и легированных сталей с низким, средним и высоким сопротивлениемдеформированию, а также из цветных металлов и их сплавов[1].
В связи с тем, что прихолодной объемной штамповке металл не нагревается, она имеет перед горячей рядпреимуществ: из-за отсутствия на поверхности деталей окалины иобезуглероженного слоя повышается точность их размеров и снижаетсяшероховатость поверхности. Это позволяет свести к минимуму последующуюобработку деталей резанием и соответственно расход металла. ХОШ в зависимости отформы деталей может осуществляться осадкой, высадкой, выдавливанием,калибровкой, чеканкой и применяется для изготовления болтов, винтов, заклепок,гаек, шариков, роликов, поршневых пальцев, мелких цилиндрических и коническихзубчатых колес и т. д.
Рабочие частиинструмента-штампа для ХОШ работают в тяжелых условиях повышенного трения,высоких удельных усилий, достигающих 2000—2500 МПа, и высоких температур,развиваемых в процессе деформирования. В связи с этим для изготовления штамповприменяют стали повышенной и высокой износостойкости, например Х6ВФ, 9Х5ВФ,X12, а также используют различные смазки и производят предварительнуюподготовку поверхности заготовок (нанесение веществ, уменьшающих трение), например,фосфатирование. К числу наиболее прогрессивных процессов, основанных нахолодной пластической деформации, относятся взаимно дополняющие друг другапроцессы листовой и холодной объемной штамповки.
При холодной объемнойштамповке достигается: деформационное упрочнение, отсутствие надрезов,направленность волокна вдоль конфигурации штампованной заготовки, увеличениекоэффициента использования металла и т.д.
В таблице 1 даетсяклассификация процессов ХОШ [1]. Все операции в зависимости от характера преобладающегоформоизменения разделены на 12 групп с индексами А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, И, К, Л,М, Н, каждому из которых соответствует ряд с порядковым номером 1 – 12: А, Б, В– осадка, высадка, чеканка; Г, Д, Е – редуцирование, прямое выдавливание; Ж, И,К, Л, М, Н – выдавливание обратное, комбинированное, радиальное, вытяжка сутонением и др. Также в таблице 1 под соответствующим индексом введенпоказатель условной сложности наладки (1 – 9 в порядке повышения сложности).Операции с использованием инструмента примерно одинаковой сложности объединены,и границиы раздела выделены толстыми линиями.
Анализируя таблицу 1,можно сделать вывод, что для изготовления детали «Палец» необходимоиспользовать оперцаии прямого выдавливания, высадки, накатки и нарезки резьбы.
Таблица 1. Классификацияопераций холодной объемной штамповки
/>
Продолжение Таблицы 1
/>
/>
/>
/>3. Выбор материала детали
Так как палец применяетсяпри необходимости соединения деталей, которые не подвергаются высокимнагрузкам, ее можно изготовить из стали Ст15, которая обладает всеминеобходимыми свойствами [2], а именно:
/>
Вид обработки:нормализация.
Далее следует определитьразмеры стального прутка, найдем их исходя из принципа равенства объемов:
/>
Условно разделим детальна 5 цилиндров и сосчитаем суммарный объем:
/>
Рассчитаем длинуотрезаемого прутка. Исходя из полученных ранее значений диаметра прутка,равного 15 мм и объема V,равного 6,95/>/>,найдем длину:
/>
Следовательно, в качествезаготовки, выбираем пруток диаметром 15 мм, обычной точности, из стали 15:
/>
/>4. Выбор оборудования
Для холодной объемнойштамповки применяют в основном механические и гидравлические прессы, а такжеспециальные холодновысадочные и другие автоматы. Все прессы ХОШ обладаютвысокой производительностью, например при штамповке на холодновысадочныхавтоматах производительность доходит до 400 деталей в минуту. В связи сбольшими технико-экономическими преимуществами по сравнению с горячей объемнойштамповкой в последние годы ХОШ находит все большее применение.
Программа, указанная виндивидуальном задании, насчитывает 200 тысяч деталей. Следовательно,реализовывать ее необходимо на автомате. Технология производства деталей наавтоматах отличается от аналогичной технологии изготовления на штамповочныхпрессах, данные особенности будут учтены при разработке технологическогопроцесса.
В данном курсовом проектебудет использоваться автоматическая линия АА9035, которая изображена на рисунке2. Автомат предназначен для холодной штамповки изделий из круглогокалиброванного материала путем вытяжки и осадки. Так же на ней возможнонарезать резьбу на заготовке.
В качестве исходногоматериала используются штучные заготовки. Автоматы применяются для изготовлениядеталей методом холодной объемной штамповки. В зависимости от сложности изделияустанавливается соответствующее значение числа ходов ползуна. Изменение числаходов ползуна осуществляется регулированием оборотов главного привода с пультауправления. Для сокращения времени замены инструмента и переналадки автоматоснащен гидравлическими быстродействующими зажимными устройствами. В автоматепредусмотрена централизованная система охлаждения инструмента.
Ниже приведенытехнические характеристики автоматической линии АА9035:
Усилие 3.15 МН.
Диаметр штампуемогоизделия
наибольший42 мм,
наименьший8 мм.
Диаметр заготовки
наибольший 42 мм,
наименьший8 мм.
Длина штампуемого изделия
наибольшая100 мм,
наименьшая35 мм.
Длина заготовки
наибольшая100 мм,
наименьшая25 мм.
/>
Рис. 2 Автоматическаялиния АА9035
/>5. Разработка технологическогопроцесса/>/>
5.1 Отрезка
Резкой называют процессразделения заготовки на части заданных размеров и формы. Резку применяют дляполучения заготовок заданных размеров и формы из сортового и листового проката,а также прорезей и отверстий в заготовках. Современные методы резкиобеспечивают высокопроизводительную обработку заготовок практически любыхразмеров и из материалов с любыми физико-механическими свойствами [1].
Различают следующиетехнологические методы резки.
1. Распиливаниеножовками, ленточными и дисковыми пилами. Используется для резки сортовогопроката.
2. Резка ножницами.Применяется для резки листового проката.
3. Резка наметаллорежущих станках (токарных, фрезерных и др.).
4. Анодно-механическая,электроискровая и светолучевая (лазерная) резка. Эти методы применяют в техслучаях, когда другие методы не обеспечивают достаточной производительности итребуемого качества. Например, они используются для резки высокопрочныхматериалов по сложному и точному контуру и т. д.
5. Ацетиленокислороднаярезка. Ее используют для резки заготовок значительной толщины из углеродистойстали. Она не обеспечивает высокой точности, приводит к изменению структуры ихимического состава материала в месте реза. Однако она широко распространена вусловиях единичного производства благодаря своей проси не, высокойпроизводительности и универсальности.
Четвертый и пятый методыявляются дорогостоящими и достаточно непрактичными, так какацетиленокислородная резка не обеспечивает высокой точности, лазерная резкаможет ее обеспечить, но, ввиду высокой стоимости, этот метод так жеиспользовать не будем.
Резка ножницами и резкана металлорежущих станках может быть использована, но и от этих методов так жеоткажемся, ввиду большого количества неровностей, сколов и деформаций на торцеотрезанного прутка. Рассмотрим резку кручением.
Резка кручениемзаключается в проворачивании одной части прутка относительно другой, зажатой спостоянным усилием [1]. При массовом производстве деталей экономическицелесообразно получать заготовки на холодновысадочных однопозиционныхавтоматах. Кроме резки на этих машинах можно осуществлять калибровку заготовокс образованием фасок. Будем использовать автомат для резки кручением РФЖ 40056.
/>
Рис. 3 Схема резки
Пруток (рис. 3) и егоотделяемая часть зажаты при помощи зажимов. На поверхности прутка по плоскостямраздела нанесены концентраторы в виде круговых V-образных канавок (рис. 4).Зажим S может поворачиваться вокруг оси и перемещаться вдоль нее. При поворотезажима S с зажатой в нем отрезаемой частью прутка происходит отрезка кручением.Возможность отрезки кручением и качество поверхности раздела определяютсямеханическими свойствами разрезаемого металла.
/>
Рис. 4 Схема нанесения V-образных канавок
Отрезаемая заготовкаизображена на рисунке 5:
/>
Рис. 5 Заготовка детали«Палец»/>/>
5.2 Структуратехнологического процесса
Технологический процессизготовления детали состоит из следующих операций:
1) контрольисходного материала;
2) очистка;
3) правка,калибровка по диаметру Ø14,5 мм;
4) нанесение канавок(рис. 4);
5) отрезка (рис. 5);
6) прямое выдавливаниес высадкой головки (рис.7);
7) накатка (рис. 8);
8) прямоевыдавливание рифленой поверхности (рис.10);
9) нарезание резьбы.
Прямое выдавливание свысадкой головки
Данная операция являетсякомплексной, т.к. в данном случае на заготовке мы получаем головку и ступень вовтрой части. Следовательно, расчет будет вестись поэтапно.
Высадка головкиосуществляется пуансоном в сомнкнутой неподвижной матрице. Послесоприкосновения пуансона с торцевой поверхностью матрицы, начнется процессдеформации металла с заполнением цилиндрической полости в пуансоне. Параллельнозаготовка начнет поступательное движение в матрице и начнется прямоевыдавливание, в результате которого диаметр поперечного сечения станет равен 12мм [2].
Рассчитаем геометрическиеразмеры заготовки после операции.
1) Условно разделим объемна две части. Объем 1 известен, т.к. в, результате выдавливания, верхняя частьзаготовки будет такой, какой она должна быть по заданию (см. рис. 1):
/>.
Объем заготовки равенсумме двух объемов: />.
Выразим объем второй части:
/>.
Зная формулу объемацилиндра, найдем длину второй части заготовки:
/>
/>
Рис. 6 Расчет длинывторой части заготовки
Определение силы высадки
Найдем логарифмическую иотносительную деформацию (/>и />соответственно) [2]:
/>
Для нахождения напряжениятечения />воспользуемся эмпирическойформулой [2]:
/>, где />
Подставив значения,получим
/>
Достаточно точныезначения силы, необходимой для высадки деталей типа тел вращения, обеспечиветуравнение, представленное ниже [2].
/>
где /> — коэффициент, учитывающийнеравномерность напряжений, обусловленную сложностью формы высаживаемой детали,для симметричных деталей />
/> -коэффициент, учитывающийвлияние механической схемы деформации, />
/> — коэффициент трения прихолодном деформировании со смазочным материалом, /> D – диаметр заготовки, h – высота заготовки, F – площадь поперечного сечения,равная />.
Подставив соответствующиезначения, получим:
/>
2) Операция являетсякомплексной, следовательно необходимо рассчитать объем 2
(рис. 6), так как онтакже будет обработан. Суть расчета аналогична пункту 1.
Для упрощения расчетов,верхнюю часть заготовки рассматривать не будем, т.е рассматриваемый объем равен/>.
Объем 1: />.
Найдем объем 2:
/>.
Зная формулу объемацилиндра, найдем длину второй части заготовки:
/>
/>
Рис. 7 Прямоевыдавливание с высадкой головки
Определение силывыдавливания
Изначально, на обработкупоступил откалиброванный пруток, диаметром 14, 5 мм, далее диаметр стал 12 мм(под резьбу).
Найдем логарифмическую иотносительную деформацию (/>и />соответственно) [2] припереходе Ø14,5 мм – Ø12 мм:
/>
Давление, передаваемое напуансон при прямом выдавливании:
/>
/>
Подставив соответствующиезначения в формулы, получим:
/>
Таким образом, получимусилие пуансона на операции прямого выдавливания с высадкой головки:
/>
Накатка
Накатка – это образованиена заготовке резьбы или мелких рифлений непрерывным воздействием инструмента.Деформационное упрочнение поверхностного слоя при накатке и волокнистоестроение структуры металла повышают циклическую прочность резьбовых соединенийпримерно в 1,6 раза по сравнению с нарезкой.
Накатку будем производитьпри помощи роликов, имеющих равную частоту вращения, так при использованииданного метода повышается долговечность накатанных изделий, производительностьтруда выше в 12-15 раз по стравнению с фрезерованием.
/>
Рис. 8 Накатка
Прямое выдавливание
В данной операцииполучаем зубчатую поверхность, для этого, пользуясь принципом равенства объемов(рис. 9), назначим соответствующий диаметр матрицы, равный />. Описание процессавыдавливания приведено выше.
/>
Рис. 9 Схема частизаготовки
/>
Рис. 10 Прямоевыдавливание
В случае, когда прямоевыдавливание применяется с целью формообразования, необходимо воспользоватьсяследующей формулой [2]:
/>
Подставив соответствующиезначения, получим
/>
/>6. Инструмент
Ниже приведеныоперционные эскизы процессов, указанных в разделе 5.2.
/>
Рис. 11 Схема операциипрямого выдавливания с высадкой головки
/>
Рис. 12 Схема операциинакатки
/>
Рис. 13 Схема операциипрямого выдавливания/>
7. Смазка
Для холодной объемнойштамповки и высадки стальных деталей на автоматах наиболее эффективно и частоприменяют фосфатирование с последующим омыливанием. Однако фосфатирование имеетряд недостатков (сложность и токсичность процессов, загрязнение полостейштампа, невозможность фосфатирования заготовок из лигированных сталей и сплавови т.д.), следовательно, следует использовать жидкие технологические смазки.
Результаты испытанийпоказали, что смазка марки Сульфидол М-127 снижает максимальную силу примернона 10% по сравнению с фосфатным покрытием. Чем лучше технологические смазкиразделяют контактирующие металлические поверхности, тем меньше разность силвыдавливания. По этому показателю Сульфидол М-127 является наиболее эффективнойсмазкой. Следовательно, в разработанном выше тех. процессе будем использоватьименно эту смазку. Характеристики смазки Сульфидол М-127:
Внешний вид:пастообразная жидкость черного цвета.
Кинематическая вязкостьпри 50°С: 520 />/с.
Плотность: 1,9 г//>.
Содержание воды:Отсутствует.
Температура вспышки:120°С.
Коэффициент трения приосадке кольцевых заготовок: 0,045./>/>
8. Маршрутнаятехнологическая карта№ Операция Оборудование 005 Контроль исходного материала 010 Очистка 015 Правка, калибровка по диаметру
Автомат
РФЖ 40056 020 Нанесение канавок 025 Отрезка 025 Пямое выдавливание с высадкой головки
Автоматическая линия
АА9035 030 Накатка 035 Прямое выдавливание рифленой поверхности 040 Нарезание резьбы 045 Контроль
холодный штамповка технологический оборудование
/>Список используемой литературы
1. Романовский В.П.Справочник по холодной штамповке. – 6-е изд., перераб. и дол. – Л.:Машиностроение. Ленинградское отделение, 1979. – 520с.
2. Ковка иштамповка, т.3 Холодная объемная штамповка /под ред. Г.А. Навроцкого М:Машиностроение, 1987. — 384 с.