Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПОЛУЧЕНИЕ ПОКОВОК ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКОЙ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
По дисциплинам
“Технология материалов и покрытий”,
“Технология конструкционных материалов”,
“Материаловедение и технология материалов”,
“Технологические процессы в машиностроении”,
“Машины и оборудование предприятий машиностроения”,
“Материаловедение и технология конструкционных материалов”
|
|
|
Уфа 2010
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Материаловедения и физики металлов
ПОЛУЧЕНИЕ ПОКОВОК ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКОЙ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по дисциплинам
“Технология материалов и покрытий”,
“Технология конструкционных материалов”,
“Материаловедение и технология материалов”,
“Технологические процессы в машиностроении”,
“Машины и оборудование предприятий машиностроения”,
“Материаловедение и технология конструкционных материалов”
Уфа 2010
Составители Ф. Ш. Шарифьянов, А. Г. Рааб
УДК 621.77.016(075.8)
ББК 34.623(я7)
Получение поковок объёмной штамповкой: Лабораторный практикум /Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т;
Сост.: Ф. Ш. Шарифьянов, А. Г. Рааб. –Уфа, 2010. – 28 с.
Содержит описание лабораторной работы, посвященное изуче-нию основных технологических переходов получения штампованных заготовок и конструкции используемых штампов.
Практикум предназначен для студентов, обучающихся по специальностям 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением», 150202 «Оборудование и технология сварочного производства», 150204 «Машины и технология литейного производства», 150206 «Машины и технологии высокоэффективных процессов обработки материалов», 150207 «Реновация средств и объектов материального производства в Машиностроении», 080502 «Экономика и управление на предприятии (по отраслям)», 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях», 280104 «Пожарная безопасность», для подготовки бакалавра по направлениям 151000 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительным производством», 150600 «Материаловедение и технология новых материалов», а также практикум может быть использован студентами других специаль-ностей.
Ил. 8, Библиограф.: 1 назв.
Рецензенты: канд. техн. наук А. А. Маркелов,
канд. техн. наук Э. Ф. Хайретдинов
© Уфимский государственный авиационный
технический университет, 2010
Составители: ШАРИФЬЯНОВ Фаудат Шарифьянович
РААБ Арсений Георгиевич
ПОЛУЧЕНИЕ ПОКОВОК ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКОЙ
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по дисциплинам
“Технология материалов и покрытий”,
“Технология конструкционных материалов”,
“Материаловедение и технология материалов”,
“Технологические процессы в машиностроении”,
“Машины и оборудование предприятий машиностроения”,
“Материаловедение и технология конструкционных материалов”
Подписано в печать …. …..2010. Формат 60х84 1/16.
Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman.
Усл. печ. л.. Усл.-кр.-отт.. Уч.-изд. л..
Тираж ….. экз. Заказ №……
ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный
технический университет
Центр оперативной полиграфии УГАТУ
450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12
Содержание
| Предисловие…………………………………………………………. | ||
| Лабораторная работа. Изготовление поковок объёмной штамповкой..………………………………………………………… | ||
| 1. | Цель работы……………………………………………………… | |
| 2. | Теоретическая часть……………………………………………… | |
| 2.1. Штампы для объёмной штамповки...………………………. | ||
| 2.2. Принцип действия ручного гидропресса…......……………. | ||
| 2.3. Определение силы деформирования……………………….. | ||
| 2.4. Моделирование процесса ГОШ…………………… ………. | ||
| 3. 4. 5. 6. | Оборудование, инструменты и материалы…………………… Последовательность выполнения работы…………………….... Содержание отчета ……………………………………………… Контрольные вопросы…………………………………………… Список литературы………………….…………………………… Приложение………………………………………………………. |
Предисловие
Сегодня имеется неуклонная тенденция внедрения на промышленных предприятиях различных систем автоматического проектирования (САПР) на этапах конструирования изделий, разработки технологических процессов их изготовления и подготовки производства. Вместе с тем на многих предприятиях процесс внедрения таких систем неоправданно задерживается главным образом из–за отсутствия подготовленных кадров и дороговизны используемой программной продукции. Но, тем не менее, этот процесс неизбежен, поскольку использование моделирования на стадии разработки технологии горячей объёмной штамповки (ГОШ) с определением силоэнергетических параметров деформирования, изучением заполняемости ручьёв штампа, а также конструирования штампов имеет неоспоримые преимущества и позволяет за короткое время разработать и внедрить технологические процессы любой сложности при минимизации финансовых затрат. В связи с этим возрастает заинтересованность предприятий в инженерах, владеющих современными специализированными программными продуктами, таких как QForm либо Deform – 3 D и умело соединяющих эти навыки со знаниями в области обработки металлов давлением. Поэтому использование для составления технологии металообработки современных компьютерных программ ещё в процессе обучения в вузе, позволяет студентам набираться опыта такой работы и в дальнейшем становиться хорошими специалистами.
В теоретической части данной работы для изучения характера течения металла при открытой штамповке, а также установления силоэнергетических параметров деформирования использован пакет программ Deform – 3 D. В работе также рассмотрены основные операции горячей объёмной штамповки и конструкция многоручь-евых молотовых и прессовых штампов, теоретические и эксперимен-тальные методы определения силы деформирования при штамповке в открытых штампах круглых в плане поковок. Результаты по опре-делению силы деформирования, полученные расчётным и экспери-ментальным путём, а также моделированием, могут сопоставляться, а в конце использоваться для проверки их достоверности и оценки каждой из предложенных в данной работе методик.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПОКОВОК ОБЪЁМНОЙ ШТАМПОВКОЙ
Цель работы
1.1. Изучить основные операции горячей объёмной штамповки и конструкцию многоручьевых молотовых и прессовых штампов.
1.2. Получить штампованную заготовку детали типа «втулка» в открытом штампе с последующей обрезкой облоя и просечкой отверстия.
1.3. Овладеть теоретическими и экспериментальными методами определения силы деформирования при штамповке в открытых штампах круглых в плане поковок.
2. Теоретическая часть [1]
Объемная штамповка – придание заготовке заданной формы и размеров путем принудительного заполнения деформируемым материалом рабочей полости штампа, называемой ручьем. Заготовки, полученные объёмной штамповкой, называют штампованными поковками или штамповками[1], а, согласно ГОСТ 7505 – 89, просто поковками. Различают горячую и холодную объемную штамповку. Горячая объёмная штамповка (ГОШ) проводится путем предва-рительного нагрева заготовок с целью увеличения пластичности и уменьшения сопротивления деформированию материала. В свою очередь ГОШ делится на штамповку с облоем в открытых (рис. 1, а) и безоблойную штамповку в закрытых (рис. 1, б) штампах. Открытым называют штамп, состоящий из двух половин 1 и 5, у которого вдоль внешнего контура штамповочного ручья имеется облойная канавка. Она состоит из магазина 4,выполненного в виде углубления небольшой высоты и мостика 2. При штамповке в открытом штампе часть металла исходной заготовки выдавливается в магазин облойной канавки 4, образуя по периметру поковки облой (заусенец). Образование облоя компенсирует неточность объема (массы) исходной заготовки. Кроме того, большое сопротивление течению металла, создающегося в конце штамповки мостиком 2, имеющим вид узкой щели, и быстрое охлаждение относительно тонкого облоя способствуют лучшему заполнению ручья 3 штампа.
Облой после штамповки удаляют (обрезают) на кривошипных, а с крупных поковок – на гидравлических прессах в обрезных штампах.
Закрытым называют штамп, состоящий из двух частей 1 и 5 (см. рис. 1, б), в котором металл деформируется в замкнутом пространстве ручья 3 без образования облоя. Следовательно, затраты, связанные с его обрезкой, отсутствуют, а расход металла становится меньше по сравнению с открытой штамповкой. Поэтому безоблой-ную штамповку применяют для получения заготовок из дефицитных материалов.
Различают также штамповку в одноручьевых и многоручьевых штампах. В одноручьевых штампах получают поковки с несложной конфигурацией без значительных выступов, узких ребер и острых углов, которые могли бы затруднить течение металла. Наиболее производительным способом штамповки является штамповка в многоручьевых штампах, где поковки штампуют последовательно в 2…4 ручьях. Количество ручьев штампа зависит от формы поковки: чем сложнее поковка, тем больше ручьев. По сравнению со свободной ковкой ГОШ обладает рядом преимуществ: 1) позволяет получать поковки с более сложной конфигурацией и с более высо-кой точностью, с меньшими припусками и допусками, с лучшим качеством поверхности; 2) ее производительность значительно превышает производительность ковки; 3) уменьшаются объем после-дующей обработки резанием и соответственно расход металла. К недостаткам ГОШ относятся: 1) относительно небольшая масса поковок, обычно не превышающая 250 кг (чаще до 50 кг); 2) бóль-шие, по сравнению с ковкой, силы деформирования; 3) высокая стоимость штампа и пригодность его для изготовления поковки только одного вида. В связи с этим ГОШ наиболее эффективна при массовом и крупносерийном изготовлении поковок.
2.1. Штампы для объёмной штамповки [3]
Штамп – технологическая оснастка, посредством которой заго-товка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру рабочих элементов (ручьёв) штампа[2]. Таким образом, штамп по существу является инструментом, имеющим ручьи, в кото-рых происходит формоизменение исходной заготовки путём пла-стической деформации с целью получения поковки.
Молотовой штамп (рис. 2) состоит из двух половинок, которые в процессе работы испытывают динамические нагрузки. Изменение формы заготовки в одном ручье называется переходом штамповки (рис. 2, в). После каждого перехода форма заготовки приближается к форме получаемой поковки. Поэтому чем сложнее форма поковки, тем больше ручьев должен иметь штамп.
Ручьи молотовых штампов. По назначению ручьи молотовых штампов (рис. 2, г) делятся на заготовительные, штамповочные и отрубные. При штамповке в заготовительных ручьях происходит перераспределение объема металла с целью приближения формы заготовки к форме поковки. Ониделятся на: протяжной – для удлине-ния заготовки за чёт уменьшения площади её поперечного сечения; пережимной – для уменьшения высоты и увеличения ширины на малом участке заготовки; подкатной – для значительного увеличения площади поперечного сечения заготовки (набора металла) в одних местах и уменьшения сечения в других; гибочный – для изгиба заго-товки вдоль оси. Для отдельных типов поковок штампы могут иметь площадку для осадки или расплющивания и высадочный ручей. Вид и количество заготовительных ручьев выбирают в зависимости от формы поковки.
|
Рис. 2. Многоручьевой молотовой штамп для штамповки шатуна плашмя: а – поковка шатунапосле обрезки облоя; б – штамп: 1 – протяжной ручей; 2 – подкатной ручей; 3 – предварительный (формовочный) ручей;
4 – окончательный (чистовой) ручей; 5 – хвостовик; 6 – выемки для клещей; 7 – отверстие для транспортировки; в – переходы штамповки: 1 –протяжка;
2 –подкатка; 3 – штамповка в предварительном ручье; 4 – штамповка в око-
нчательном ручье; г - ручьи штампа в сечении: 1 – протяжной; 2 – подкатной;
3 – предварительный; 4 – окончательный
В штамповочных ручьях происходит окончательное оформление поковки. Штамповочные ручьи делятся на предварительный (черновой) и окончательный (чистовой). Предварительный ручей применяется при штамповке поковок сложной формы и он предотвращает быстрый износ окончательного (чистового) ручья. В предварительном ручье заготовка принимает форму поковки с несколько увеличенными размерами, за счет отсутствия облоя. Окончательный ручей предна-значен для получения поковки, соответствующей чертежу и техни-ческим условиям на её изготовление. Он имеет облойную канавку по всему контуру. При штамповке в окончательном ручье возникают большие усилия деформирования, поэтому во избежание перекоса штампа окончательный штамповочный ручейрасполагается по центру штампа или как можно с меньшим смещением от него.
В передней части штампа выполняют выемку, предназначенную для размещения части прутка или клещей, которыми удерживают заготовку при штамповке.
Отрубными ручьями в молотовых штампах являются ножи. Штамповкой на молотах получают поковки преимущественно в открытых штампах, из различных деформируемых сплавов. Переходы штамповки коромысла клапана в открытом штампе на молотах показаны в приложении 1.
Штамп КГШП. Верхняя и нижняя части штампа КГШП представляют собой сборные конструкции, называемые универ-сальным пакетом (рис. 3). Пакет штампа состоит из нижней 1 и верх-ней 6опорных (монтажных) плит. Верхняя плита пакета перемещает-ся соосно нижней плите по направляющим колонкам 2. Верхняя плита крепится болтами к ползуну пресса, а нижняя ‒ к столу. Для этого в опорных плитах штампа предусмотрены пазы под болты. Узел направляющей колонки состоит из направляющей втулки 5, сальника 4, нижней крышки 3, защитной шайбы 7. Для размещения колонок в верхней и нижней опорных плитах предусмотрены специальные приливы (рис. 3, б).
Ручьи штампов КГШП. Деформирующими элементами в штампах КГШП являются верхние и нижние штамповые вставки 14. Для штамповки круглых в плане поковок используют чаще цилиндрические штамповые вставки I, II, III, а для удлинённых поковок – призматические. Вставки имеют отверстия, по которым перемещаются верхние и нижние выталкиватели 11, предназначенные для удаления поковки после штамповки. Наиболее надёжное крепление цилиндрических вставок достигается использованием прижимных планок 8 и клемм 12. Для поджатия вставок в радиальном направлении прижимные клеммы имеют скошенную грань, которая опирается в ответный паз опорных плит и при затягивании болтов прижимается к вставкам. Канавка для облоя, в отличие от молотовых штампов, выполняется с открытым магазином, чтобы избежать соударения верхней и нижней частей штампов во время работы или при наладке. Соударение штампов может привести к поломке пресса. На рис. 3 показана конструкция штампа с центральным выталкивателем.
| Рис. 12.7. Схема штампа КГШП: а — разрез штампа; б — вид сверху |
| Рис. 12.7. Схема штампа КГШП: а — разрез штампа; б — вид сверху |
| Рис. 12.7. Схема штампа КГШП: а — разрез штампа; б — вид сверху |
В штампах КГШП конструируют ручьи, аналогичные ручьям на молотовых штампах. Могут быть также ручьи для обрезки облоя и просечки отверстий. Отрубной нож, как правило, не используют. Как правило, штамповую вставку изготовляют с одним ручьём. Поэтому количество ручьёв соответствует количеству переходов и
Рис. 3. Штамп КГШП для изготовления поковки детали типа «втулка»: а – разрез штампа; б – вид сверху (при снятом верхнем штампе); в –переходы штамповки; 1–нижняя опорная плита; 2–колонка напра-вляющая; 3 – крышка нижняя; 4 – сальник; 5 – втулка направляющая; 7–шайба защитная; 8–планка прижимная; 9–плита подштамповая; 10 –пружина; 11–выта-лкиватели; 12 – клеммы прижимные; 13 – болты; 14 – вставки; 15 – штыри центрирующие; I, II, III – вставки
штамповых вставок. Вставки опираются на общую подштамповую плиту 9. Вставку с окончательным ручьем II располагают в центре пакета, а площадку для осадки I и формовочный ручей III – по краям. При штамповке на КГШП имеются те же технологические отходы, что и при штамповке на молоте. Штамповкой на КГШП получают поковки разнообразной формы, включая заготовки для цилиндри-ческих и конических шестерен с зубом, для деталей с хвостовиками (клапаны двигателей, цапфы поворотных кулаков и т. п.) из различ-ных деформируемых сплавов.