Платная доработка на тему Исследование процесса горячей штамповки кручением и разработка метода изготовления заготовок для зубчатых колес

Содержание:

СОДЕРЖАНИЕ
Введение 6
1. Литературный обзор 8
1.1 Общие сведения 8
1.2 Заготовки, получаемые литьем 15
1.3 Кованные и штампованные заготовки 17
1.4 Штамповка с кручением 25
1.5 Заготовки, получаемые прокаткой 28
1.6 Прогрессивное оборудование для штамповки осесимметричных крупногабаритных поковок 30
1.6.1 Современные тенденции 30
1.6.2 Существующие технологии 31
Выводы 36
2. Разработка и обоснование теоретического представления метода штамповки с кручением 37
2.1 Расчетно-теоретические основы 37
2.1.2 Преимущества штамповки методом осадки с кручением для изготовления заготовок для зубчатых колес 37
2.1.2 Основы расчетного анализа оборудования для реализации исследуемого процесса горячей штамповки кручением 39
2.1.3 Компьютерная модель штамповки методом осадки с кручением 44
2.1.4 Выводы по результатам анализа оборудования для реализации изучаемого процесса горячей штамповки кручением и экспериментального изучения компьютерной модели штамповки методом осадки с кручением 45
3. Математическое описание предлагаемого метода 46
3.1 Моделирование оборудования 46
3.1.1 Кривошипные горячештамповочные прессы с вращающимся инструментом 46
3.1.2 Модель оборудования 51
3.2 Операции, рассматриваемые при моделировании процесса горячей штамповки кручением 53
3.3 Методика построения диаграмм пластичности 54
3.4 Кривая упрочнения 59
3.5 Оценка деформируемости металла при осадке 61
3.6 Перспективы практической реализации математической модели 61
Выводы 62
4. Моделирование получение заготовок штамповкой кручением для изготовления зубчатых шестерен 63
4.1 Характеристика изделия 63
4.2 Описание последовательности моделирования в программном продукте Simufact Forming 15.0 69
Вывод 78
5. Сравнительный анализ металла заготовок до и после обработки 79
5.1 Традиционный метод ковки 79
5.2 Новый процесс 85
5.3 Расчет осадки цилиндра в Mathcad 86
6. Контроль 89
6.1 Дефекты, возникающие при ковке на данных материалах и изделиях при использовании выбранного процесса 89
6.2 Методы выявления дефектов, и основные параметры метода контроля 90
Выводы 93
7. Технико-экономическое обоснование 94
Выводы 95
Список использованных источников 96
Приложение 102

Введение:

Заготовки шестерен и зубчатых колес, получаемые свободной ковкой на молотах и ковочных прессах, отличаются низким качеством, так как из-за больших колебаний размеров, значительной глубины дефектного слоя и несоответствия конфигурации формы заготовки и готовой детали необхо-димо устанавливать большие припуски, что приводит к значительным их колебаниям, потерям металла и удорожанию механической обработки. Получение заготовки свободной ковкой в некоторой степени решает зада-чу правильного ориентирования волокон по отношению к зубу, однако может быть использовано только при единичном или мелкосерийном про-изводстве зубчатых колес. Получение штучных заготовок штамповкой вы-полняется в зависимости от размеров, конфигурации и требуемого количе-ства зубчатых колес в подкладных открытых и закрытых штампах, на ко-вочных молотах и прессах, кривошипных прессах и горизонтально-ковочных машинах. Лучшие результаты по производительности и каче-ству штамповок дают штамповочные прессы, работающие без перекосов и обеспечивающие одинаковые размеры и формы всех изготовляемых в пар-тии заготовок. Технологические факторы, возникающие в процессе выпол-нения кузнечно-штамповочных операций [3], проходят в дальнейшем че-рез все последующие основные операции механической термической и хи-мико-термической обработки и оказывают влияние на усталостную проч-ность зубчатых колес и их износостойкости. Температурный интервал штамповки заготовок и степень обжатия материала закладывают опреде-ленные эксплуатационные качества будущего готового зубчатого колеса. Если при этом создана неблагоприятная структура и неправильно сориен-тированы волокна относительно зуба, то, как бы ни были обработаны зу-бы, они будут иметь более низкие физико-механические свойства, следова-тельно, малую долговечность, износостойкость и надежность. Неравно-мерная уковка влечет за собой неодинаковую плотность металла в заго-товке, что в сильной степени влияет на обрабатываемость режущими ин-струментами и неоднородность наклепа металла при резании, вследствие чего возникают значительные деформации венца при термической обра-ботке. Плотные, достаточно прокованные заготовки обеспечивают более высокую точность и класс чистоты при механической обработке, значи-тельно уменьшают коробление при термической обработке, что позволяет снизить припуски на зубошлифование или перейти на менее трудоемкие процессы чистовой отделки зубьев — зубошенингование, зубохонингова-ние.
Цель работы — исследование процесса горячей штамповки кручением и разработка метода изготовления заготовок для зубчатых колес.

Заключение:

В кузнечно-штамповочном производстве АМО ЗиЛ поковка «каретка синхронизатора» штампуется в открытых штампах на прессе силой 25 МН. Сила открытой штамповки при традиционном нагружении составляет от 13 до 24,5 МН в зависимости от величины облоя. Безоблойная штам-повка на специальном прессе позволяет снизить силу штамповки в 2-3 ра-за.
Приведена характеристика изделия. Деталь «каретка синхронизато-ра» автомобиля ЗиЛ 4331, сталь 12ХН2 или 12ХН3. Плотность материала =0,007820 г/мм3.  Масса M = 2862,3 г. Площадь S = 62793,3 мм2. Объем V = 366029,3 мм3. Заготовка из проката ГОСТ 7417-75 Сталь калиброван-ная круглая. d=100 мм. Высота заготовки h=46,6 мм. Приведено подроб-ное описание последовательности моделирования в программном продук-те Simufact Forming 15.0.
Автором предложена усовершенствованное по граничным условиям математическое описание предлагаемого метода горячей штамповки с кручением, в программном комплексе Simufact Forming 15.0 реализована данная модель ковки, получены графические конечно-элементные модели деформации заготовки на начальном этапе, когда деформация и нагруже-ние отсутствуют, промежуточных этапах формования и конец процесса моделирования ковки в Simufact Forming 15.0.
Также автором получены графики усилий на различных элементах модели. Минимумы могут быть объяснены тем, что на завершающем этапе формируются зоны поковки, где пластическая деформация характеризует-ся нижними минимальными значениями в синей и голубой областях, а в самом конце небольшой роста можно объяснить не оптимальными разме-рами заготовки, когда вся форма между пуансоном и матрицей, заполнены металлом и пластическая деформация характеризуется красной (самой нагруженной) областью диаграммы.

Фрагмент текста работы:

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Общие сведения

Целью данного обзора является выяснение оптимальных принципов производства заготовок при изготовлении зубчатых колес и шестерен.
Одной из актуальнейших проблем зубчатых передач является созда-ние основ управления качеством зубчатых колес, обеспечение их надежно-сти, износостойкости и долговечности. Решение этой задачи основано на тщательном изучении и использовании взаимосвязи конструкторских и технологических факторов с эксплуатационными показателями зубчатых колес и передач. Особое внимание должно быть уделено управлению тех-нологическими процессами изготовления зубчатых колес, обеспечению за-данных показателей точности сопряжения и приданию рабочим поверхно-стям зубьев необходимых физико-механических свойств. Важно отметить, что вопросы формирования технологического процесса, нужно рассмат-ривать не только в частных проблемах при производстве, а комплексно для всего технологического процесса в целом с учетом проявления техно-логической надежности на всех этапах производства и в эксплуатации зуб-чатых передач. Под технологической наследственностью следует понимать явление изменения эксплуатационных показателей зубчатых колес под влиянием технологии изготовления, когда отдельные характеристики и свойства обрабатываемой заготовки переходят от одной операции к дру-гой, и конечные показатели качества зубчатого колеса оказываются наследственными от предыдущих операций. К таким показателям качества относятся: структурная наследственность, направление волокон в заготов-ке, микроструктура, внутренние напряжение, шероховатость поверхностей зубьев, дефекты зубошлифования – прижоги, микротрещины и др. [1]. Зубчатые колеса должны обладать достаточно высокой прочностью, твер-достью поверхности и износостойкостью, обеспечивающими надежную работу зубчатой передачи при наименьших ее габаритах и массе. Поэтому зубчатые колеса изготовляются преимущественно из углеродистых и леги-рованных сталей с термической или химико-термической их обработкой. Материал заготовки предопределяет многие выходные параметры каче-ства зубчатого колеса, которые остаются на всех операциях и переходят на готовую деталь [2]. Поэтому при выборе материала для зубчатых колес ответственного назначение учитывают не только химически состав и меха-нические свойства стали, но принимают еще во внимание прокаливаемость, наследственную величину зерна, селектирование по содержанию углерода, обрабатываемость режущими инструментами, склонность к деформации при термической обработке и другие металлургические факторы, связан-ные с проявлением технологической наследственности. Химический состав стали обуславливается ее твердость, прокаливаемость, размеры зерен, склонность к деформации при термической обработке, усталостную и кон-тактную прочность. Ударная вязкость стали повышается при введении ни-келя, молибдена, ванадия, кремния и снижается при добавлении хрома и марганца. Легирование стали хромом и марганцем обеспечивает высокую твердость и прочность, титаном и цирконием – уменьшает склонность к росту зерна при перегреве. Молибден, бор и ванадий повышают прокали-ваемость стали, кремний – прочность и упругость, никель и марганец – со-держание остаточного аустенита в цементованном и нитроцементованном слое. Обрабатываемость стали зависит от ее химического состава и меха-нических свойств. Чем она тверже, тем хуже обрабатывается. При введении большинства легирующих элементов обрабатываемость стали ухудшается, исключение составляет свинец, олово и медь – применяемые в сталях об-рабатываемые на станках с ЧПУ и позволяющие получать ломкую струж-ку. Стали с малым содержанием углерода имеют повышенную вязкость и поэтому хуже обрабатываются (вследствие значительной шероховатости поверхности). Кроме того, обращают внимание на особенности производ-ства стали, так как в зависимости от способа производства при одном и том же химическом составе сталь обладает различными физико–механическими свойствами. Стали, полученные вакуумированием, рафи-нированием синтетическом шлаком и электрошлаковым переплавом отли-чаются более высокими прочностными свойствами вдоль и поперек про-катки, так как не загрязнены шлаками и газовыми включениями. При элек-трошлаковом переплаве вредное содержание серы понижается на одну треть, окислы переходят в шлак, а ценные легирующие добавки не выго-рают и не окисляются кислородом из воздуха. Плавочные характеристики стали и качество применяемых заготовок (штамповок) для изготовления зубчатых колес оказывают существенное влияние на обрабатываемость давлением, режущим инструментом и деформации зубчатого венца на всех стадиях термической и химико-термической обработки. Чтобы отклонения профиля зубьев и другие допуски при деформации зубчатого венца изме-нялись стабильно и не выходили за пределы допустимых погрешностей, применяют стали с определенной прокаливаемостью и наследственной мелкозернистью. На прокаливаемость стали наибольшее влияние оказыва-ет химический состав, величина наследственного зерна, условия нагрева и охлаждения. В связи с этим в технических условиях оговаривают поставку стали по зернистости и строго регламентированной прокаливаемости. Очень важно также применение сталей с более узкими пределами содержа-ния углерода и легирующих элементов. Так как сталь при одном и том же химическом составе имеет различную прокаливаемость, каждую плавку испытывают на прокаливаемость. При выборе стали для шлифуемых зуб-чатых колес учитывают теплостойкость стали: чем она ниже, тем сталь бо-лее склонна к образованию шлифовочных прижогов и трещин. О склонно-сти стали к дефектам при шлифовании можно судить по ее температуре от-пуска, которая должна быть повышенной (более 200°С). Следует также учитывать, что в легированных сталях склонность к трещинообразованию при зубошлифовании особенно увеличивается с увеличением содержанием хрома. В ответственных случаях для обеспечения требуемого качества по-верхностей зубьев, подвергаемых шлифованию после химико-термической обработки, производится отбор плавок по результатом дилаторметриче-ского контроля. Способ получения заготовок зубчатых колес оказывает большое влияние на служебные свойства последних, технологию их изго-товления и расход металла. При изготовлении малонагруженных зубча-тых колес диаметром до 50 — 60 мм штучные заготовки экономично отре-зать от калиброванного прута; при больших размерах изготовление заго-товок из прутка становится неэкономичным из-за увеличения отходов ме-талла и стоимости изготовления. В этом случае образование формы зубча-того колеса – высадка диафрагмы и ступицы, прошивка отверстия – про-изводится горячей