Помощь студентам в учебе
Обеспечение условий прецизионной штамповки детали «Шестерня»
|
ВВЕДЕНИЕ 5
РАЗДЕЛ 1 -. Анализ проблемы получения зубьев заданной точности и чистоты методом прецизионной штамповки и существующие способы ее решения 8
1.1 Описание и анализ существующих способов прецизионной штамповки 8
1.2. Уменьшение окалинообразования при нагрева заготовок под горячую прецизионную штамповку 14
1.3. Анализ технологических процессов горячей объемной штамповки деталей и заготовок повышенной точности и методов их проектирования 18
1.4. Сравнение поковок шестерня 6580-2403050 с «чистовым» зубом , изготовленной на Кузнечном заводе ПАО КАМАЗ с аналогом производства ф. «Sona» 23
РАЗДЕЛ 2 - Моделирование процесса формообразования горячей штамповки шестерня 6580¬2403050 31
2.1. Разработка чертежа штамповки 31
2.2. Требования к точности и качеству поверхности заготовки для прецизионной горячей объемной штамповки 39
2.3. Исследование качества и точности заготовок для прецизионной штамповки в зависимости от способа резки 56
2.4. Выбор режима нагрева заготовки под горячую штамповку 64
2.5. Выбор переходов горячей штамповки. 3D модели переходов штамповки 68
РАЗДЕЛ 3 - Выводы 81
Заключение 83
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
РАЗДЕЛ 1 -. Анализ проблемы получения зубьев заданной точности и чистоты методом прецизионной штамповки и существующие способы ее решения 8
1.1 Описание и анализ существующих способов прецизионной штамповки 8
1.2. Уменьшение окалинообразования при нагрева заготовок под горячую прецизионную штамповку 14
1.3. Анализ технологических процессов горячей объемной штамповки деталей и заготовок повышенной точности и методов их проектирования 18
1.4. Сравнение поковок шестерня 6580-2403050 с «чистовым» зубом , изготовленной на Кузнечном заводе ПАО КАМАЗ с аналогом производства ф. «Sona» 23
РАЗДЕЛ 2 - Моделирование процесса формообразования горячей штамповки шестерня 6580¬2403050 31
2.1. Разработка чертежа штамповки 31
2.2. Требования к точности и качеству поверхности заготовки для прецизионной горячей объемной штамповки 39
2.3. Исследование качества и точности заготовок для прецизионной штамповки в зависимости от способа резки 56
2.4. Выбор режима нагрева заготовки под горячую штамповку 64
2.5. Выбор переходов горячей штамповки. 3D модели переходов штамповки 68
РАЗДЕЛ 3 - Выводы 81
Заключение 83
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Актуальность работы.
Современные тенденции развития машиностроения направлены на увеличение эффективности процессов изготовления деталей машин и механизмов. Одним из способов повышения ресурсоэффективности является исключение окончательной механической обработки за счет применения прецизионной штамповки. В сравнении с механической обработкой указанный вид штамповки позволяет обеспечить аналогичную точность размеров и повышение механических характеристик изделия (предел прочности, предел текучести, твердость). В результате деформации во внешних слоях детали создаются сжимающие напряжения, весьма благоприятные при работе в условиях изгиба, истирания и повышенных нагрузок.
Цель работы.
Разработка технологии получения поковки шестерни с зубьями высокой точности и чистоты, исключающими последующую механическую обработку
Задачи исследований.
- разработать принципиальную схему технологического процесса изготовления поковки с «чистовым» зубом в условиях действующего производства Кузнечного завода ПАО КАМАЗ;
- обосновать технологические режимы по операциям изготовления поковки на примере детали шестерня;
- разработать технологический процесс изготовления поковки шестерня с «чистовым» зубом заданной чистоты и точности.
Научная новизна.
Разработана технология производства поковок с зубьями требуемой точности. Предложены решения по всей технологической цепочке изготовления на примере поковки-представителя.
Методы исследования.
Моделирование с решением задач определения влияния исходных технологических параметров полуфабрикатов (заготовка, горячая штамповка) и операций процесса производства (нагрев, переходы штамповки) на получение окончательной геометрии изделия.
Практическая ценность.
Результаты работы рекомендованы для использования при штамповке поковки 6580-2403050 с «чистовым» зубом в действующем производстве Кузнечного завода ПАО КАМАЗ.
В настоящее время в современном автомобилестроении наблюдается тенденция повышения мощности двигателей и снижения массы автомобилей. Для передачи возросших крутящих моментов требуются зубчатые передачи с повышенными характеристиками прочности и износостойкости.
Большие резервы в повышении эксплуатационных характеристик шестерен заложены в технологии получения зубьев путем штамповки и последующей прецизионной калибровки пятна зацепления зубчатой передачи. Кроме того, обеспечение калибровкой требуемой точности и шероховатости зубчатых венцов позволяет отказаться от их механической обработки, что существенно снижает затраты на производство шестерни.
При штамповке на КГШП зависимость точности заданных размеров отштампованных поковок определяются многими параметрами, характеризующими технологический процесс и определяющих силу деформирования. Основными факторами влияющими на силу деформирования являются колебания температуры деформирования и объема штампуемой заготовки. Меньше на силу деформирования оказывают влияние такие факторы технологического процесса как условия смазывания штампов, шероховатость рабочей поверхности штампа, точность центрировании заготовки в штампе и некоторые другие факторы
Исследование влияния факторов, определяющих надежность и эффективность прецизионной штамповки несомненно является актуальной научно-производственной задачей.
Современные тенденции развития машиностроения направлены на увеличение эффективности процессов изготовления деталей машин и механизмов. Одним из способов повышения ресурсоэффективности является исключение окончательной механической обработки за счет применения прецизионной штамповки. В сравнении с механической обработкой указанный вид штамповки позволяет обеспечить аналогичную точность размеров и повышение механических характеристик изделия (предел прочности, предел текучести, твердость). В результате деформации во внешних слоях детали создаются сжимающие напряжения, весьма благоприятные при работе в условиях изгиба, истирания и повышенных нагрузок.
Цель работы.
Разработка технологии получения поковки шестерни с зубьями высокой точности и чистоты, исключающими последующую механическую обработку
Задачи исследований.
- разработать принципиальную схему технологического процесса изготовления поковки с «чистовым» зубом в условиях действующего производства Кузнечного завода ПАО КАМАЗ;
- обосновать технологические режимы по операциям изготовления поковки на примере детали шестерня;
- разработать технологический процесс изготовления поковки шестерня с «чистовым» зубом заданной чистоты и точности.
Научная новизна.
Разработана технология производства поковок с зубьями требуемой точности. Предложены решения по всей технологической цепочке изготовления на примере поковки-представителя.
Методы исследования.
Моделирование с решением задач определения влияния исходных технологических параметров полуфабрикатов (заготовка, горячая штамповка) и операций процесса производства (нагрев, переходы штамповки) на получение окончательной геометрии изделия.
Практическая ценность.
Результаты работы рекомендованы для использования при штамповке поковки 6580-2403050 с «чистовым» зубом в действующем производстве Кузнечного завода ПАО КАМАЗ.
В настоящее время в современном автомобилестроении наблюдается тенденция повышения мощности двигателей и снижения массы автомобилей. Для передачи возросших крутящих моментов требуются зубчатые передачи с повышенными характеристиками прочности и износостойкости.
Большие резервы в повышении эксплуатационных характеристик шестерен заложены в технологии получения зубьев путем штамповки и последующей прецизионной калибровки пятна зацепления зубчатой передачи. Кроме того, обеспечение калибровкой требуемой точности и шероховатости зубчатых венцов позволяет отказаться от их механической обработки, что существенно снижает затраты на производство шестерни.
При штамповке на КГШП зависимость точности заданных размеров отштампованных поковок определяются многими параметрами, характеризующими технологический процесс и определяющих силу деформирования. Основными факторами влияющими на силу деформирования являются колебания температуры деформирования и объема штампуемой заготовки. Меньше на силу деформирования оказывают влияние такие факторы технологического процесса как условия смазывания штампов, шероховатость рабочей поверхности штампа, точность центрировании заготовки в штампе и некоторые другие факторы
Исследование влияния факторов, определяющих надежность и эффективность прецизионной штамповки несомненно является актуальной научно-производственной задачей.
Результатом проделанной работы станет методика определения технологических параметров прецизионной горячей объемной штамповки, обеспечивающих получение требуемой точности, качества поверхности поковки в пределах допускаемых отклонений. Для общего случая прецизионной горячей объемной штамповки ее следует описать следующим образом.
1. Выбор исходной заготовки.
1.1. Рекомендуется проработать возможность замены на альтернатевный материал с увеличенным содержанием хрома (Cr<4%) и дополнительно легированного молибденом (Mo).
1.2. Качество поверхности - 1 группа в обточенном состоянии.
1.3. Отрезка заготовки пилением с обеспечением максимально доустимого отклонения по косине реза 0,1 мм.
1.4. Размеры заготовки назначаются с максимально возможным отношением (Бзаг. / Эзаг) при условии от 1,5< ( Бзаг. / Эзаг) < 3.
2. Нагрев заготовок под штамповку.
2.1. Безокислителньный нагрев обязателен для применения для штамповки за один переход (см. п. 2.2.1).
2.2. Малоокислительный нагрев рекомендован для штамповки за два и
три перехода.
2.3. Температуру нагрева заготовки перед штамповкой рекомендуется назначать исходя из следующих критериев.
2.3.1. Механических характеристик стали.
2.3.2. Возможности снижения окалинообразования.
2.3.3. Достаточности силы штамповки.
2.3.4. Количество переходов.
2.3.4.1. Температуру То для одно- и двух переходной штамповки следует назначать в соответствии с 3.3.1, 3.3.2, 3.3.3. Как правило, То ~ 900°С.
2.3.4.2. Температуру для штамповки за три перехода следует назначать равной То+50°С. Соответственно, То ~ 950°С.
3. Выбор переходов штамповки.
3.1. Проектирование чертежа и 3D модели поковки:
3.1.1. На обрабатываемые поверхности припуски и допуски следует назначать по ГОСТ 7505-89.
3.1.2. Для необрабатываемых (чистовых) поверхностей зубьев следует назначать наиболее рациональные форма и значение припуска под последующую холодную калибровку.
3.2. Количество переходов следует назначать исходя из экономической целесообразности с учетом программы выпуска изделий, стойкости штампового инструмента, особенностей нагрева заготовок под штамповку (см. п.3) и возможностей оборудования.
3.2.2. Один переход штамповки обеспечит стойкость штампа ~2тыс. поковок и потребует обязательного применение безокислительного способа нагрева заготовок (см.п.3.1).
3.2.3. Два перехода штамповки: осадка + окончательный переход. Стойкость гравюры окончательного перехода ~4-5тыс. поковок. Переход осадки рекомендуется назначать исходя из следующих требований.
3.2.2.1 Геометрия осаженного полуфабриката должна обеспечивать распределение свободных поверхностей со сбитой окалиной в зону формирования чистовых поверхностей (зубьев);
3.2.2.2. Геометрия осаженного полуфабриката должна обеспечивать однозначную укладку в ручей следующего перехода штамповки.
3.2.3. Три перехода штамповки: осадка + предварительный + окончательный переходы. Стойкость гравюры окончательного перехода ~7тыс. поковок. Переход осадки рекомендуется назначать исходя из требований 3.2.2.1 и
3.2.2.2. Применение трех переходов позволяет снизить материалоемкость путем формирования наметок под отверстие.
4. Калибровка.
Таким образом, разработана методика определения технологических параметров прецизионной горячей объемной штамповки, обеспечивающих получение требуемой точности, качества поверхности поковки в пределах допускаемых отклонений. Для этого решены следующие задачи:
- определены основные требования к точности и качеству поверхности исходного металлопроката;
- определены основные требования к заготовке;
- предложены способы снижения окалинообразования путем применения малоокислительного нагрева, корректировки температурного режима нагрева перед операцией штамповки, а также удаления значительного слоя окалины осадкой горячей заготовки;
- определен алгоритм выбора переходов горячей объемной штамповки в зависимости от программы выпуска изделий, стойкости штампового инструмента, особенностей нагрева заготовок под штамповку
1. Выбор исходной заготовки.
1.1. Рекомендуется проработать возможность замены на альтернатевный материал с увеличенным содержанием хрома (Cr<4%) и дополнительно легированного молибденом (Mo).
1.2. Качество поверхности - 1 группа в обточенном состоянии.
1.3. Отрезка заготовки пилением с обеспечением максимально доустимого отклонения по косине реза 0,1 мм.
1.4. Размеры заготовки назначаются с максимально возможным отношением (Бзаг. / Эзаг) при условии от 1,5< ( Бзаг. / Эзаг) < 3.
2. Нагрев заготовок под штамповку.
2.1. Безокислителньный нагрев обязателен для применения для штамповки за один переход (см. п. 2.2.1).
2.2. Малоокислительный нагрев рекомендован для штамповки за два и
три перехода.
2.3. Температуру нагрева заготовки перед штамповкой рекомендуется назначать исходя из следующих критериев.
2.3.1. Механических характеристик стали.
2.3.2. Возможности снижения окалинообразования.
2.3.3. Достаточности силы штамповки.
2.3.4. Количество переходов.
2.3.4.1. Температуру То для одно- и двух переходной штамповки следует назначать в соответствии с 3.3.1, 3.3.2, 3.3.3. Как правило, То ~ 900°С.
2.3.4.2. Температуру для штамповки за три перехода следует назначать равной То+50°С. Соответственно, То ~ 950°С.
3. Выбор переходов штамповки.
3.1. Проектирование чертежа и 3D модели поковки:
3.1.1. На обрабатываемые поверхности припуски и допуски следует назначать по ГОСТ 7505-89.
3.1.2. Для необрабатываемых (чистовых) поверхностей зубьев следует назначать наиболее рациональные форма и значение припуска под последующую холодную калибровку.
3.2. Количество переходов следует назначать исходя из экономической целесообразности с учетом программы выпуска изделий, стойкости штампового инструмента, особенностей нагрева заготовок под штамповку (см. п.3) и возможностей оборудования.
3.2.2. Один переход штамповки обеспечит стойкость штампа ~2тыс. поковок и потребует обязательного применение безокислительного способа нагрева заготовок (см.п.3.1).
3.2.3. Два перехода штамповки: осадка + окончательный переход. Стойкость гравюры окончательного перехода ~4-5тыс. поковок. Переход осадки рекомендуется назначать исходя из следующих требований.
3.2.2.1 Геометрия осаженного полуфабриката должна обеспечивать распределение свободных поверхностей со сбитой окалиной в зону формирования чистовых поверхностей (зубьев);
3.2.2.2. Геометрия осаженного полуфабриката должна обеспечивать однозначную укладку в ручей следующего перехода штамповки.
3.2.3. Три перехода штамповки: осадка + предварительный + окончательный переходы. Стойкость гравюры окончательного перехода ~7тыс. поковок. Переход осадки рекомендуется назначать исходя из требований 3.2.2.1 и
3.2.2.2. Применение трех переходов позволяет снизить материалоемкость путем формирования наметок под отверстие.
4. Калибровка.
Таким образом, разработана методика определения технологических параметров прецизионной горячей объемной штамповки, обеспечивающих получение требуемой точности, качества поверхности поковки в пределах допускаемых отклонений. Для этого решены следующие задачи:
- определены основные требования к точности и качеству поверхности исходного металлопроката;
- определены основные требования к заготовке;
- предложены способы снижения окалинообразования путем применения малоокислительного нагрева, корректировки температурного режима нагрева перед операцией штамповки, а также удаления значительного слоя окалины осадкой горячей заготовки;
- определен алгоритм выбора переходов горячей объемной штамповки в зависимости от программы выпуска изделий, стойкости штампового инструмента, особенностей нагрева заготовок под штамповку