Поксеваткин М.И. Проектирование и оптимизация процессов малоотходной горячей штамповки

Подождите немного. Документ загружается.

Если стержень расчетной заготовки имеет выступы (впадины), то

для расчёта

необходимо привести стержень к виду усечённого кону-

са, пользуясь формулой

min

5.07.0/82,3 ddlVd

ccк

−−=

. (2.21)

Значение

можно определить также по эпюре сечений, исполь-

зуя соотношение:

,13,113,1

эккк

MhSd ⋅== (2.22)

где

ордината эпюры сечений в месте перехода стержня в го-

ловку:

./2

minpcpcк

hlFh

−

(2.23)

Здесь

- площадь эпюры стержня.

Для выбора ручьёв применяют два метода.

По первому методу определяют геометрические параметры заго-

товки

K,,

из соотношений:

,;;

minmax

ср

d −

===

βα

(2.24)

где K – конусность стержня, учитываемая, если точка диаграммы на-

ходится в зоне 5 [10].

Каждой зоне диаграммы пределов применения заготовительных

ручьёв соответствует заготовительный ручей или их комбинация [10].

Недостатком этого метода является то, что он не учитывает на-

бор, осуществляемый в штамповочных ручьях, и не даёт указаний на

замену пережимного ручья формовочным.

Второй метод

даёт возможность определить переходы штамповки

по общему коэффициенту подкатки

по

, который получают из соот-

ношений [10]:

maxmax

ср

по

K ==

. (2.25)

Далее выбирают комбинацию ручьёв таким образом, чтобы вы-

полнить условие:

,...

21.. nmnnпроп

КKКKK

⋅

≤

(2.26)

где

пр

– суммарный коэффициент подкатки;

nmnn

КKК ⋅⋅⋅ ...

- коэффициенты подкатки ручьёв, выбранных из

таблицы [10]:

Значение коэффициентов подкатки ручьёв

Формовочный 1,2

Пережимной 1,2

Подкатный открытый 1,3

Подкатный закрытый 1,6

Предварительный 1,1

Окончательный 1,05

Например, в случае выбора подкатного закрытого, предваритель-

ного и окончательного ручьёв

.8,105,11,16,1

⋅

пр

Если окажется, что

8,1>

по

, то необходимо дополнительно

применить протяжной ручей. Результаты выбора заготовительных

ручьёв по обоим методам должны совпадать.

На основании расчётной заготовки, эпюры её сечений и принятых

переходов по нижеприведённым формулам определяют площадь

поперечного сечения исходной заготовки при штамповке [10]:

а) без заготовительных ручьёв

lVF /)05.102.1(

⋅

, (2.27)

меньшее значение коэффициента принимают при длине заготовки рав-

ной длине ручья (так же для случаев б) и в));

б) с пережимом или формовкой:

;/)3.105.1(

3 n

lVF

⋅

(2.28)

в) с подкаткой

;/)2.102.1(

3 n

lVF

⋅

(2.29)

г) с протяжкой

ГГЗ

lVF =

(2.30)

где

- объём головки расчётной заготовки с учётом потерь на угар;

д) с протяжкой и подкаткой:

]

[

)/2.1)/(/2.1

3 nГГn

lVlVКlVF −−=

. (2.31)

По площади

)(

находят расчётный диаметр

)(

. После выбо-

ра диаметра исходной заготовки по стандарту определяют высоту заго-

товки.

При выборе переходов штамповки поковок II группы [4, c.50]

следует руководствоваться размерами основных элементов поковок

данной группы и соотношением размеров исходной заготовки.

Если при штамповке поковок второй группы типа ступицы с дис-

ком разница высотных размеров ступицы

)(

, диска

)(

и обода

)(Hо

невелика, то рекомендуют применять площадку для осадки и

окончательный ручей (рисунок 2.4, а). Окончательный ручей может

быть расположен как в верхнем, так и в нижнем штампе. При необхо-

димости осадку сочетают с незначительным выдавливанием или на-

мёткой неглубокого отверстия для лучшей центровки.

Рисунок 2.4 – Варианты штамповки поковок в закрытых штампах

Если высота ступицы, диска и обода отличаются значительно,

осадку следует сочетать с выдавливанием ступицы предварительной

формы (рисунок 2.4, б).

Для расчёта поперечных размеров переходов используют форму-

лу, учитывающую необходимый зазор при укладке заготовки в ручей

штампа в каждом переходе:

.)95.0(

DD ⋅=

−

(2.32)

где

- поперечные размеры (для круглых в плане поковок -

диаметры) соответственно i-го перехода и поковки;

- количество

переходов.

Высотные размеры перехода определяют исходя из равенства

объёмов заготовки в каждом переходе.

При проектировании переходов необходимо предусматривать

геометрические элементы (выступы, полости, бурты и т.д.) перехода

для фиксации его в следующем ручье нижнего штампа.

Для штамповки поковок типа стаканов и поршней обычно приме-

няют заготовительные и окончательные ручьи

с одинаковыми штампо-

вочными уклонами

(рисунок 2.4, в). Штамповочный ручей рас-

полагают в нижнем штампе со вставками и выталкивателем, причём

ммdd

)106(

−

Полые поковки типа колец, втулок, шестерён нередко штампуют

на паровоздушном молоте без напусков по наружным и внутренним

поверхностям со штамповочными уклонами, образованными поворо-

том горизонтальных и вертикальных поверхностей на угол

75 ÷=

необходимый для свободного удаления поковки из ручья штампа (ри-

сунок 2.5). Окончательное оформление поковки производят обжимом

или раздачей одновременно с обрезкой заусенца и пробивкой отвер-

стия.

Предварительные размеры поковок типа венцов и колец опреде-

ляют следующим образом. При

2/)(

dDH

−

(см. рисунок 2.5, а)

основное сечение поковки следует повернуть относительно вертикаль-

ной оси на угол

75 ÷=

. Перемычку отверстия и заусенец распола-

гают у торцов поковки. После обрезки заусенца и пробивки отверстия

в комбинированном или двухпозиционном штампе поковка подверга-

ется правке на плоских или рельефных бойках.

На боковых поверхностях проектируемых поковок следует пре-

дусмотреть цилиндрические пояски, примыкающие к торцам: верхний

75 ÷=

мм для облегчения выхода поковки из матрицы, нижний

64 ÷=

мм для прохода выталкивателя [4].

Если

2/)(

dDH

−<

,то заусенец располагают у торца поков-

ки, а перемычку на расстоянии 5÷10 мм от торца. Наружний и внут-

ренний диаметры меньшего основания конуса принимают равным

соответствующим диаметрам поковки, т.е.

ddDD

Рисунок 2.5 – Типовые поковки, штампуемые без штамповочных укло-

нов.

Больший диаметр конуса

tgHDD

⋅

, высота конуса

cos

⋅=

(см. рисунок 2.5, а). Окончательную форму поковки

получают обжимом.

Если окончательную форму и размеры поковки типа втулки с

фланцем или без фланца получают раздачей (рисунок 2.5, б), то пере-

мычку располагают на расстоянии 3÷5мм от торца меньшего основа-

ния, а заусенец – на кромке торца большего основания конуса. Осталь-

ные размеры определяют,

как указано выше.

Поковки типа шестерён целесообразно штамповать со смещён-

ным диском, если это не противоречит эксплуатационным требовани-

ям к детали. При этом окончательные размеры обода будут получены

обжимом, а ступицы–раздачей. Следовательно

11 nn

ddDD =

аналогично размеры ступицы

11 nccncc

ddDD

Штамповочные

уклоны и радиусы закруглений устанавливают по ГОСТ 7505 (рисунок

2.5, в).

В качестве заготовительного ручья применяют площадку для

осадки с намёткой отверстия и ступицы для последующего центриро-

вания и снижения усилия штамповки в окончательном ручье. При

штамповке на кривошипных горячештамповочных прессах (КГШП)

выполняют переходы: осадку, высадку, прошивку, гибку, предвари-

тельную и

окончательную штамповку.

Протяжку и подкатку на прессе обычно не проводят из-за опасно-

сти заклинивания. Поэтому профилирование удлинённых в плане заго-

товок необходимо проводить на другом оборудовании: ковочных валь-

цах, станах поперечно-винтовой или поперечно-клиновой прокатки,

горизонтально - штамповочных машинах и т.п.

Штамповку на КГШП в закрытых штампах применяют для полу-

чения поковок 1 группы, иногда для поковок II-IV групп не сложной

формы с небольшой разницей в размерах сечений [4, c.179].

Возможны следующие варианты

штамповки поковок 1 группы:

осадка и окончательная штамповка – для поковок не сложной формы;

осадка простая или фасонированная, предварительная и окончательная

штамповка – для поковок сложной формы. В окончательном ручье для

излишков металла предусматривают компенсатор (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 – Переходы при штамповке шестерни в закрытом штампе

с внутренним компенсатором

Штамповку поковок выдавливанием производят на КГШП в

цельных и разъёмных матрицах. Выдавливанием в цельных матрицах

штампуют поковки типа тел вращения с утолщением на конце, стака-

нов, стержневых поковок с глухой или сквозной полостью и т.д.

Поковки типа стержня

с утолщением на конце штампуют за один,

два и три перехода. При однопереходной штамповке можно вести про-

цесс на верхнем температурном пределе, что позволяет уменьшить

сопротивление деформации металла, снизить потребное усилие, увели-

чить производительность.

За один переход штампуют следующие типы поковок [4]:

1- со стержнем постоянного сечения и головкой не сложной

кон-

фигурации, у которых коэффициент вытяжки

8,75,7

≤

(рисунок

2.7, а);

2- со ступенчатым хвостовиком, имеющим небольшую длину и

коэффициент вытяжки

108

; отношение площади поперечного

сечения головки к соответствующей площади большей ступени стерж-

ня меньше 8 (рисунок 2.7, б);

3- сложной конфигурации типа развилин с небольшой разницей

площадей поперечного сечения гладкого стержня и развилины (рису-

нок 2.7, в). В этом случае избыток металла вытесняется в стержень,

увеличивая его длину [4].

Размеры перехода (рисунок 2.7, г) определяют по формулам:

;03.1

nоk

(2.33)

;

ccncok

LLL

∆

(2.34)

/)(4

knokc

dVVL

−=∆

, (2.35)

где

ок

- объём окончательного перехода:

- объём поковки. Ос-

тальные обозначения даны на (рисунке 2.7, г).

Рисунок 2.7 – Примеры поковок, штампуемых выдавливанием в один

переход, и схема перехода.

Штамповку в два перехода осуществляют при большом значении

()

или сложной форме головки поковки, а также поковки со

ступенчатыми стержнями с фасонным хвостовиком.

В первом ручье оформляют стержни на 65-95% по длине и пред-

варительно осаживают головку. Во втором ручье доштамповывают

головку и окончательно оформляют стержень по длине (рисунок 2.8).

Чем сложнее головка и больше усилие, тем больше дополнительное

удлинение стержня

во втором переходе (до 35%).

Число ступеней на стержне не должно превышать трёх. Диаметр

наименьшей ступени стержня должен быть не менее 0,2÷0,3 диаметра

поковки. Иногда целесообразно диаметр поковки принять равным

диаметру большей ступени стержня, тогда меньшую ступень можно

получить выдавливает, а головку осаживанием [4].

Размеры отдельных элементов поковки в первом (предваритель-

ном) и

во втором (окончательном) переходах определяют по форму-

лам:

:05,1

... nгlг

(2.36)

,)85,095,0(

.1. nгг

(2.37)

где

1.г

nг

- соответственно объёмы головки после первого и вто-

рого переходов.

;/4

1.1.1.

ггг

DVH

(2.38)

;

1.1. гcc

VVV

−

(2.39)

;/4

1.1.

ccc

dVL

(2.40)

4530 ÷=

(2.41)

);)(25,015,0(

. cсгг

dDR

−

(2.42)

);)(5,03,0(

1. cгc

dDR

−

(2.43)

,)3,02,0(05,1

1.гТ

(2.44)

где

1.c

- соответственно объёмы поковки и стержня в первом

переходе. Остальные размеры показаны на рисунке 2.8, а [15].

При штамповке в открытом ручье с последующей обрезкой облоя

(рисунок 2.8, б) объём головки первого перехода определяют по фор-

муле:

)VV(05,1V

обгn1

, (2.45)

где

об

- объём облоя. Всё остальные расчёты первого перехода про-

водятся по формулам (2.33)÷(2.44). Окончательный переход рассчиты-

вают по формулам (2.33)÷(2.35) и чертежу горячей поковки.

При штамповке поковок со сложной головкой, требующей дош-

тамповки в двух направлениях, процесс штамповки включает выдавли-

вание стержня в закрытом ручье, штамповку головки в направлении

оси хвостовика

в закрытом ручье, штамповку головки в направлении,

перпендикулярном оси хвостовика в открытом ручье. В этом же ручье

в случае необходимости производят изгиб или плющение стержня по-

ковки.

Рисунок 2.8 - Схемы переходов штамповки выдавливанием в двух

ручьях

Размеры переходов рассчитывают с использованием соотноше-

ний (2.32)÷(2.44). При штамповке поковок с полостями (V группа, 3-я

подгруппа) [4] применяют прямое и обратное выдавливание, а также

прошивку.

Штамповку осуществляют в два - четыре перехода с использова-

нием осадочных, формовочно-прошивных, штамповочно-прошивных,

штамповочных и прошивных ручьёв. Формовочно-прошивные ручьи

применяют для предварительной формовки заготовки

и её полости;

штамповочно-прошивные – для окончательного оформления поковки и

прошивки отверстий; прошивные – для прошивки сквозных отверстий.

При выдавливании стержневых поковок с глухой полостью в пер-

вом переходе образуют стержень и наметку углубления под выдавли-

вание полости. Во втором переходе осуществляют окончательное фор-

мирование стержня прямым выдавливанием и глухой полости –

обрат-

ным выдавливанием.

В два – три перехода штампуют невысокие стаканы и втулки с

буртом по верхней кромке (рисунок 2.9, а).

В четыре перехода получают высокие стаканы и втулки с флан-

цами простой и сложной формы (рисунок 2.9, б, в).

При изготовлении высоких стаканов обычно выполняют осадку,

прошивку, выдавливание и окончательную штамповку (рисунок 2.9, б

При получении высоких втулок – осадку, прошивку, просечку,

выдавливание и окончательную штамповку (рисунок 2.9, в) [21].

Размеры переходов при двух – четырёх переходной штамповке

поковок с глухой полостью даны в работе [4].

Окончательный (четвёртый) переход соответствует чертежу горя-

чей поковки. Размеры предварительного (третьего) перехода опреде-

ляют по формулам:

.12.1;)(

,3,

3 nггc

VVdddD =+−=

(2.46)

Высоту

33.3.

/4 DVH

гг

находят с учётом перепада сечений

отдельных элементов головки. Длина

)(

.зс

стержня и объём

)(

.зс

равны:

),(/4

3.3.

ddVL

ccс

−=

(2.47)

3.33. гc

VVV

−

где

об

- объём облоя. Всё остальные расчёты первого перехода про-

водятся по формулам (2.33)÷(2.44). Окончательный переход рассчиты-

вают по формулам (2.33)÷(2.35) и чертежу горячей поковки.