Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка и моделирование технологического процесса изготовления детали «тройник» из сплава 12X18H10T

Содержание:

Аннотация 3
Введение 7
1. Анализ способов производства детали методами ОМД 10
1.1. Горячая объёмная штамповка 10
1.2. Горячая объёмная штамповка на КГШП 11
1.3. Горячая объёмная штамповка выдавливанием 14
1.4. Горячая объёмная штамповка в разъёмных матрицах 14
2. Анализ свойств материала 17
3. Анализ базового технологического процесса 19
3.1. Анализ технического задания 19
3.2. Преобразование чертежа чистовой детали в чертеж горячей штамповки 21
3.3. Расчет и выбор исходной заготовки 24
3.4. Определение оптимальной схемы технологических переходов штамповки 30
3.5. Разделка исходного материала на заготовки 31
3.6. Определение необходимого штамповочного усилия. Выбор пресса 34
3.7. Конструирование штампа 35
3.8. Выбор оптимальной технологической смазки и режима подогрева штампа 37
3.9. Выбор способа и средств очистки поверхности штамповок 38
3.10. Схема технологического процесса 39
3.11. Организация рабочего участка 40
4. Предложения по совершенствованию базового технологического процесса 42
4.1. Выбор типа оборудования 42
4.2. Разработка чертежа поковки 42
4.3. Расчет основных параметров заготовки 43
4.4. Выбор способа разделения исходного материала на мерные заготовки 43
4.5. Определение режима нагрева и выбор типа нагревательного устройства 43
4.6. Выбор технологической смазки 44
4.7. Расчет усилия деформирования 44
4.8. Конструировании штамповой оснастки 45
4.9. Выбор способа и средств очистки поверхности штамповок 47
4.10. Контроль качества штамповок 48
5. Разработка технологического процесса изготовления детали 49
5.1. Маршрутная технологическая карта 49
5.2. Автоматизация процесса 50
5.3. Разработка технологической схемы 54
5.3.1. Общий вид 54
5.3.2. Робот-манипулятор 55
5.3.3. Индукционная печь 57
6. Экономика и экология 59
6.1. Технико-экономический анализ 59
6.2. Расчет себестоимости изделия по вариантам технологического процесса 60
6.2.1. Затраты на основные материалы 61
6.2.2. Затраты на вспомогательные материалы 62
6.2.3. Расчет основной и дополнительной заработной платы основных производственных рабочих 62
6.2.4. Расчет единого социального налога 65
6.2.5. Расчет расходов на электроэнергию для технологических целей 65
6.2.6. Расчет затрат на возмещение износа специальной оснастки 66
6.2.7. Расчет расходов на содержание и эксплуатацию производственного оборудования 67
6.2.8. Расчет цеховых расходов 75
6.3. Меры безопасности работы в кузнечно-штамповочных цехах 77
Заключение 84
Литература 85

Введение:

Штамповка (штампование) — процесс пластической деформации материала с изменением формы и размеров тела. Чаще всего штамповке подвергаются металлы или пластмассы. Существуют два основных вида штамповки — листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист до 6 мм). Примером листовой штамповки является процесс пробивания листового металла, в результате которого получают перфорированный металл (перфолист). В противном случае штамповка называется объёмной [1].
Под объемной штамповкой подразумевают такой технологический процесс, в результате которого происходит пространственное изменение различных объемных заготовок, имеющих простейшую геометрическую конфигурацию (цилиндрическую, призматическую и т.п.), для того, чтобы изготовить из них детали гораздо более сложной формы. По окончании штамповки изделие соответствует той форме, что имеет полость штампов – основных рабочих инструментов. Объемная штамповка подразделяется на горячую и холодную.
Главной отличительной характеристикой холодной объемной штамповки является то, что она производится без нагревания заготовки. В качестве исходного материала для нее используются штучные (мерные) заготовки, которые нарезаются из калиброванных прутков, или же отрезки проволоки, поставляемые на производства в бухтах (бунтах). Холодная объемная штамповка используется в тех случаях, когда необходимо выпустить детали, имеющие стабильные и высокие механические характеристики, используемые в ответственных узлах и механизмах. В ходе этого технологического процесса в заготовках не происходит рекристаллизация металла, к тому же он существенно упрочняется. В отдельных случаях поковки, которые получаются в результате штампования, представляют собой готовые детали и не требуют последующей обработки.
Одним из существенных недостатков холодной объемной штамповки является то, что при осуществлении этого технологического процесса штампы быстро изнашиваются, поскольку они испытывают на себе значительные механические нагрузки.
При осуществлении горячей объемной штамповки заготовки разогреваются до температуры от +200 °С до +1300 °С (конкретная величина этого показателя зависит от условий обработки и состава сплава). Исходным материалом для горячей штамповки являются заготовки разрезанные на отдельные отрезки, которые по своему объему равны будущим готовым изделиям. По своей физической сущности процесс горячей объемной штамповки практически идентичен свободной ковке, однако наиболее существенное его отличие состоит в том, что производится он с использованием специальных, предварительно изготовленных штампов [10].
Для процесса штамповки используются прессы — устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.
Течение металла в процессе штамповки определяется типом штампа. Этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.
Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает часть металла – облой, который закрывает выход из полости штампа и заставляет остальной металл заполнить всю полость. В конечный момент деформирования в облой выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять высокие требования к точности заготовок по массе. Штамповкой в открытых штампах можно получить поковки всех типов.
Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процесс деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа постоянный и небольшой, образование в нем облоя не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя – выступ (на прессах), или верхняя – полость, а нижняя – выступ (на молотах). Закрытый штамп может иметь две взаимно перпендикулярные плоскости разъема [11].
Основной целью работы является разработка оптимизация разработки и моделирование технологического процесса изготовления детали «тройник» из сплава 12X18H10T.
Основными задачами являются:
1. Проанализировать способы призводства детали методами ОМД.
2.Проанализировать свойства материала.
3 Проанализировать базовый технологический процесс.
4 Выдвинуть предложение по совершенствованию базового технологического процесса, для этого необходимо произвести:
4.1. Выбор типа оборудования
4.2. Разработка чертежа поковки
4.3. Расчет основных параметров заготовки
4.4. Выбор способа разделения исходного материала на мерные заготовки
4.5. Определение режима нагрева и выбор типа нагревательного устройства
4.6. Выбор технологической смазки
4.7. Расчет усилия деформирования
4.8. Конструировании штамповой оснастки
4.9. Выбор способа и средств очистки поверхности штамповок
4.10. Контроль качества штамповок
5. Разработать технологический процесс изготовления детали.
6. Эконимически обосновать проект и рассмотреть вопросы экологии на предприятии.

Заключение:

В выпускной квалификационной работе бакалавра был разработан и смоделирован процесс горячей штамповки в разъѐмной матрице детали «Тройник» из жаропрочной стали 12Х18Н10Т на КГШП. Также были выполнены поставленные задачи:
1. Разработана технологическая маршрутная карта процесса.
2. Спроектированы чертежи поковки, штампа, формообразующих инструментов.
3. Выбран способ для моделирования на ЭВМ, использовался конечно — элементный комплекс DeForm V10.2. По результатам моделирования максимальная температура при штамповке составила 1240°С, минимальная 972°С; максимальное усилие составило 463 кН. Исходя из этого, был выбран пресс КГШП с усилием 6,3 МН ГОСТ 6809-70.
4. Далее были выбраны средства автоматизации технологического процесса и спроектирована схема РТК.
5. Также произведен экономический расчет
6. Приведены требования мер безопасности в кузнечном цехе.

Фрагмент текста работы:

1. Анализ способов производства детали методами ОМД
1.1. Горячая объёмная штамповка
Область применения горячей объемной штамповки и оборудование для нее обуславливают то, что использовать данный метод обработки металлов имеет смысл при массовом и серийном производстве, с целью:
• Уменьшения отходов материала.
• Увеличения производительности труда.
• Возможности получения изделий, которые имеют достаточно сложную конфигурацию.
• Получения необходимого качества поверхности готового изделия, а также необходимой точности формы.
Под стандартным техпроцессом горячей объѐмной штамповки (ГОШ) понимают комплекс операций, имеющих прямое отношение к изменению геометрических параметров и формы начальной заготовки. Он охватывает все процедуры, которые начинаются в момент подачи в обработку металла и заканчиваются выпуском готовой поковки. Разрабатывают технологический процесс ГОШ в определенной последовательности:
• Выбирается вариант штамповки (с закрытым или открытым ручьем) и создается чертеж поковки.
• Рассчитываются переходы процесса, а также размеры и формы заготовки.
• Выбирается (по показателям требуемой мощности) кузнечно-штамповочное оборудование (пресс, молот, ГКМ и т. д.).
• Выполняется расчет непосредственно самого штампа и оснастки.
• Определяется способ нагрева и интервал температур, при которых будет производиться операция.
• Устанавливается тип отделочных и завершающих этапов штамповки.
• На финальной стадии выполняется расчет экономических и технических показателей технологического процесса [12].
1.2. Горячая объёмная штамповка на КГШП
Кривошипный горячештамповочный пресс является видом оборудования для горячей штамповки в условиях крупносерийного производства средних по массе поковок. По сравнению с молотами КГШП характеризуется более высоким коэффициентом полезного действия и производительностью. На КГШП изготовляют поковки достаточно высокой точности, что объясняется использованием сборных штампов с направляющими колонками, постоянством хода ползуна пресса. КГШП характеризует высокая надежность, более простое обслуживание, так как не требуется регулировка энергии удара. При штамповке на прессе можно широко применять механизацию и автоматизацию процессов.
Вместе с тем, КГШП обладают меньшей универсальностью в работе. Необходима предварительная очистка поковок от окалины. Ввиду худшего заполнения полости ручья при штамповке на КГШП требуется большее количество переходов штамповки по сравнению с молотовыми штампами. Штампы КГШП более сложные, требуют трудоемкой регулировки. Стоимость КГШП в 3  4 раза выше стоимости сопоставимого по мощности молота.
Так как при перегрузках пресс может заклинить. Штампы открытого типа изготавливают с определенным зазором по плоскости разъема (не меньше высоты мостика заусенца). Формоизменение при штамповке на КГШП характеризуется интенсивным расплескиванием металла в стороны, что ведет к образованию облоя. Для предотвращения этого можно увеличить количество переходов для постепенного приближения формы заготовки к форме поковки; задержать начало образования облоя, используя предварительно профилированную заготовку; размещать плоскость разъема в местах наименьших поперечных деформаций.
Постоянство хода ползуна пресса затрудняет выполнение на КГШП таких формоизменяющих операций, как протяжка и подкатка. При необходимости эти операции можно заменить пережимом, используя спаренное расположение фигур, или предварительным профилированием заготовок на другом оборудовании.
При штамповке на КГШП необходима тщательная очистка поковок от окалины или безокислительный нагрев, так как при неударном характере работы пресса окалина отделяется значительно хуже и может быть заштампована в тело поковки [13].
Технологический процесс ГОШ отличается значительным разнообразием и определяется выбором самого изделия и применяемым оборудованием. В зависимости от конфигурации поковки, штампуемые на КГШП, подразделяются на 5 групп, показанные на рисунке 1.1: