Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Разработка технологического процесса молотовой штамповки детали типа «фланец» из стали 20ХГСА с применением элементов САПРТП

Содержание:

Введение. 8

1. Техническое задание. 10

1.1 Анализ технического задания. 10

1.2 Анализ формы и конструктивных элементов детали. 10

1.3 Сведения о материале. 11

1.4 Выбор способа штамповки. 11

2.  Преобразование чертежа
чистовой детали в чертеж горячей штамповки. 12

3.  Расчет и выбор исходной
заготовки. 15

4.  Определение оптимальной схемы
технологических переходов штамповки. 19

5.  Разделка исходного материала
на заготовки. 23

6.  Выбор способа нагрева
заготовок, разработка режима нагрева, определение характеристик печи или нагревательного
устройства. 26

7.  Определение МПЧ.
Расчет количества ударов. Выбор молота. 28

8. Конструирование молотового штампа. 30

9. Выбор оптимальной технологической смазки. 32

10. Выбор способа удаления облоя. 34

11. Конструирование обрезного штампа. 36

12. Выбор способа и средств очистки поверхности штамповок. 38

13. Схема технологического процесса. 40

14. Математическое моделирование процесса. 42

15. Оценка технико-экономических показателей. 47

16. Экологические характеристики производства. 51

Заключение. 53

Список использованной литературы.. 54

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 56

Введение:

Современное кузнечно-штамповочное
производство, при неизменности фундаментальных принципов, лежащих в основе пластического
формообразования металла, является передовой и наукоемкой отраслью знаний. В
соответствии с требованиями, предъявляемыми научно-техническим прогрессом с
одной стороны и обостряющейся борьбой за экономические рынки с другой – отрасль
диктует новые, более высокие стандарты качества производимых изделий
одновременно с уменьшением прямых и косвенных издержек.

Получение заготовок ответственных деталей методами
горячей обработки давлением зачастую является единственным возможным способом
придания высоких эксплуатационных характеристик изделиям в следствие
перенаправления волокон металла и преобразования литой дендритной структуры в
кованную. Также немаловажным является фактор экономии металла по сравнению с
обработкой резанием. Современное производство невозможно
представить без высокой степени механизации, автоматизации и внедрения в него средств
вычислительной техники. В рамках мировой тенденции к реализации концепции «Индустрия
4.0», ключевая роль отводится сетевым коммуникациям с акцентом на управление
процессом в режиме реального времени и максимальной информатизации параметров
процесса. Для исследования и разработки технологических процессов это означает
неминуемый переход на новые стандарты проектирования: в том числе переход от
многофакторных модельных экспериментов к математическому моделированию. Попытки применения аналитических
моделей для задач обработки металлов давлением в первой трети ХХ века
столкнулись с высокой сложностью математического аппарата получаемых решений.
Лишь только развитие методов численного интегрирования и дифференцирования
вместе с развитием средств вычислительной техники позволило получить
программные пакеты, позволяющие в современном виде производить расчеты и
моделирование методом конечных элементов, не обладая узкоспециализированными
знаниями в области высшей математики. Для проектирования оптимального
технологического процесса, соответствующего современным требованиям, инженеру —
технологу кузнечно-штамповочного производства недостаточно иметь отчетливого представление
о природе фундаментальных процессов, происходящих в деформируемом металле,
знать основные подходы, принципы и приемы создания условий для деформирования –
в этом случае задачи проектирования для него будут сводиться к подгонке своего
технологического решения под удачную «канву» из накопленного опыта решений
прошлых лет.

В рамках быстро изменяющейся ситуации на
рынках сбыта и обостренной конкурентной борьбы предприятия, на первый план
выходят умения к быстрому прототипированию и масштабированию техпроцессов и
производств, что невозможно сделать классическими методами без широкого применения
математического моделирования. Таким образом, проектирование
технологического процесса с использованием САПР ТП является актуальной темой
исследования, которой посвящена данная работа.

Заключение:

В данной работе был спроектирован
технологический процесс штамповки на молоте поковки типа «фланец» из
легированной стали 20 ХГСА. Из справочника была выбрана температура начала
деформирования. Затем,
руководствуясь методикой, заложенной в ГОСТ 7505-89 «Поковки стальные штампованные.
Допуски, припуски и кузнечные напуски», были назначены припуски на механическую
обработку, назначены штамповочные углы, радиусы закруглений и.т.д. Были
рассчитаны энергосиловые параметры процесса, выбран молот МПЧ 5т, и кривошипный
обрезной пресс силой 6.3 МН для обрезки облоя, спроектированы штампы для
формообразующих операций и для обрезки облоя. Для
процесса была выбрана бездымная и экологичная технологическая водографитовая
смазка ГФП. На
основании расчетов были получены эскизы переходов и была построена геометрия
деформирующего инструмента. Правильность полученных технических решений
проверялась путем моделирования в пакете DEFORM 2D,
DEFORM 3D. На
основании результатов моделирования было выяснено, что происходит качественное
и полное заполнение гравюры деформирующего инструмента и что процесс происходит
устойчиво.

Фрагмент текста работы:

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 1.1 Анализ технического задания В качестве проектируемого техпроцесса
рассматривается производство штамповки детали «фланец» из стали 20 ХГСА при
помощи метода открытой горячей объемной штамповки. Чертеж детали представлен на
Рис. 1. Рисунок 1 — Чертеж детали

Данная деталь типа «фланец» является
типичной для штамповки на молотах. Классификация по Хржановскому [1, с. 157]:
группа VIII – поковки усложненной формы, требующие применения профилировочных и
вспомогательных операций. 1.2
Анализ формы и конструктивных элементов детали

Готовое изделие
представляет собой изделие типа тела вращения, в составе которого можно
выделить участок с наружным диаметром 265 мм, переходный участок и участок с
наружным диаметром 108 мм.  Деталь содержит
сквозное отверстие диаметром 80 мм.

Судя по наличию сквозного
отверстия, деталь подразумевает посадку на вал или на ось, что требует
дополнительной прочности металла в осевой зоне.

1.3
Сведения о материале

Материалом является
конструкционная низкоуглеродистая легированная сталь 20ХГСА (ГОСТ 4543-71).

Таблица 1 — Химический состав стали 20ХГСА

по ГОСТ 4543-71
[2, с. 202] C Si Mn S P Ni Cu Cr Fe 0.17 — 0.23 0.9 — 1.2 0.8 — 1.1 < 0.025 < 0.025 < 0.03 < 0.03 0.8 – 1.1 ~96 Предел прочности , предел текучести , твердость по Бринеллю
255..420 НВ, плотность . Температура начала
горячего деформирования 1200°С, конца деформирования 800°С. Ширина интервала
штамповочных температур 400 °С. Предел текучести при 1200°С: , при 800°С: [3, с. 103].

Коэффициент линейного
температурного расширения для стали 20ХГСА равен Из стали 20ХГСА
изготавливают ходовые винты, оси, валы, червяки и другие детали, работающие в
условиях износа и знакопеременных нагрузок при температурах до 200 °С. 1.4 Выбор способа штамповки

Поскольку проектируемая
штамповка представляет собой фланец с соотношением высоты к диаметру , и потребуется
оформление осевого отверстия, то штамповку рационально вести в торец заготовки,
при этом плоскость разъема рациональнее разместить по середине высоты участка с
большим диаметром. 2. 
ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧЕРТЕЖА ЧИСТОВОЙ ДЕТАЛИ В ЧЕРТЕЖ ГОРЯЧЕЙ ШТАМПОВКИ Для назначения
штамповочных припусков на механическую обработку воспользуемся ГОСТ 7505-89
«Поковки стальные штампованные. Допуски, припуски и кузнечные напуски».  Для этого определим исходный индекс штамповки.
Руководствуясь методикой, изложенной в ГОСТ 7505-89.

Определим группу сталей.
Сталь 20ХГСА — сталь легированная. Соответствует группе М2.

Определим степень
точности. Приложение 1. Таблица 19 для открытой штамповки на молоте
устанавливает допустимый класс точности Т4 – Т5. Выбираем класс Т4.

Определим массу детали
при помощи расчета масс-центрических характеристик 3D модели, построенной в CAD
системе КОМПАС. Масса детали равна 24 кг.

 Определим расчетный вес поковки по Приложению
3, Табл. 20. Тип поковки «Фланец». Расчетный коэффициент равен . Масса поковки
ориентировочная: Определим степень
сложности. Степень сложности определяют путем вычисления отношения массы
(объема) поковки к массе (объему) геометрической фигуры, в которую вписывается
форма штамповки. Геометрическая фигура может быть шаром, параллелепипедом,
цилиндром с перпендикулярными к его оси торцами или прямой правильной призмой.

Вокруг данной детали
можно описать цилиндр с размерами: Масса
цилиндра равна: