Разработка технологического процесса детали: ”Наружное кольцо подшипника"

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ  ПРОЕКТУ ПО ГОШ НА ТЕМУ:

 

Разработка  технологического процесса

детали: ”Наружное кольцо подшипника»

 

Горячая объёмная штамповка (ГОШ) является важнейшей областью обработки металлов. Современная технология горячей  штамповки – сложный комплекс различных по своему характеру операций.

Основными операциями этого комплекса  являются: приемка и разделка исходных материалов на мерные заготовки; нагрев металла перед штамповкой; подготовка заготовок; штамповка на молотах, прессах, горизонтально-ковочных машинах или  специальных машинах; обрезка и  прошивка поковок; зачистка на наждачных  станках; термическая обработка; очистка  поверхности; правка и чеканка; межоперационный  и окончательный контроль качества заготовок и поковок.

На данном этапе развития машиностроительного  производства горячая штамповка  является незаменимым способом обработки  металлов. Этот способ обработки металлов используется в средне-, крупносерийном и массовом производстве.

С технической точки зрения ГОШ  позволяет получать детали весьма сложной  формы с очень качественной и  прочной структурой изделия.

С экономической же точки зрения ГОШ обеспечивает рациональный расход материала, высокую производительность при использовании средств автоматизации  и механизации, возможность выпуска  крупных партий поковок с низкой себестоимостью.

Факторами, развивающими данный способ обработки металлов, являются:

стремление получить поковку с  наименьшими припусками при   одновременном  упрощении технологических  процессов.

Эти факторы, стимулируя развитие горячей  штамповки, способствуют уменьшению себестоимости  готовой продукции и увеличению процента полностью или частично автоматизированного производства в общем объеме.

Автоматизация горячей штамповки  позволяет повысить точность изготовления поковок, расширить номенклатуру обрабатываемых деталей и тем самым сократить  расход металла. Известно, что замена механической обработки штамповкой на каждый миллион стали (проката) экономит почти триста тысяч тонн металла.

Наиболее современным процессом  горячей объемной штамповки является штамповка на автоматических линиях с различной компоновкой оборудования. Применение автоматических линий характеризует  переход от автоматизации отдельных  машин к автоматическим системам машин, что в наиболее полной мере облегчает условия труда оператора, при этом оно способствует повышению  коэффициента использования производственных площадей, что опять же ведет к уменьшению себестоимости продукции.

В данном курсовом проекте предлагается разработка технологии изготовления поковки наружного кольца  роликового радиального подшипника 32160 на автоматической линии WAGNER 1600.

 

 

 

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

 

Ниже представлены способы получения  поковок колец:

 

• штамповка на горячештамповочных автоматических линиях;
• штамповка на гидравлических прессах;
• отрезка заготовок от труб.
• штамповка на молотах

Но каждый способ имеет свои достоинства  и недостатки.

Штамповка на ГКМ с последующей  раскаткой экономически выгодный процесс, если отходы используются для производства других деталей, а не утилизируются. Так же практически не возможна автоматизация  процесса, кроме того поковки ограничены по наружному диаметру 800 мм. Поковки получаемые штамповкой на ГКМ имеют низкое качество, из-за специфики машины, не возможно избавится от затекания металла в зазор между смыкающимися матрицами.

Отрезка от труб с точки зрения качества получаемой поверхности, пожалуй, наиболее выгодный процесс, но учитывая большую стоимость труб большого диаметра не выгодна. Структура металла  отличается от структуры отштампованной поковки и может негативно  повлиять на дальнейшую механическую обработку, а также возможно проявление большего числа дефектов.

Штамповка на гидравлических прессах  применима для деталей больших  размеров. Характеризуется низкой стойкостью инструмента, из-за большой температуры  заготовок и продолжительным  временем контакта, так как скорость штамповки низка. Гидравлические пресса хорошо поддаются автоматизации  и в условиях мелкосерийного производства являются экономически выгодным видом  оборудования, при условии изготовления с использованием быстросменного инструмента.

Штамповка на автоматических линиях является наиболее передовым способом. В настоящее время существуют линии на базе горячештамповочных пресс-автоматов типа Хатебур и АМП-70, а так же на базе гидравлических прессов. Автоматические линии на базе Хатебура и АМП-70 позволяют получать кольца размером до 110 мм и массой до 5кг. Автоматические линии на базе гидравлических прессов позволяют получать поковки практически любых размеров.

 

3. Предлагаемый технологический процесс изготовления поковки

Учитывая вышеперечисленные недостатки и достоинства существующих технологических  процессов изготовления кольца подшипника 32160 предлагается технология изготовления поковки с использованием автоматической линии на базе гидравлического пресса.

Использование автоматической линии  для операций ГОШ позволяет:

• повысить производительность;
• повысить коэффициент использования рабочих площадей;
• снизить численность рабочих, занятых в процессе штамповки.
• применять средства автоматизации

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

4. Разработка чертежа поковки, изготавливаемой на автоматической линии

Чертеж  детали представлен на Рис. 1.1.

Рис.1.1 Эскиз наружного  кольца подшипника 32160

 

Материал: Сталь ШХ15

Класс точности: Т4

Группа стали: М3 (Массовая доля углерода свыше 0,65%, суммарная массовая доля легирующих свыше 5%)

Степень сложности:

Определяем ориентировочную степень  сложности поковок С_ОР  по формуле С_ОР=G_ПР/G_ФР,

где G_ПР–масса поковки расчетная (ориентировочная); G_ФР–масса фигуры (цилиндра) расчетная (ориентировочная).

G_ПР=G_Д·K_P=(1,5-1,8) ·21,19=31,799

где G_Д–масса детали, K_P–расчетный коэффициент, устанавливаемый в зависимости от конфигурации поковки.

С_ОР=31,799/95,92=0,32 – что соответствует степени сложности С3

На основе найденной массы, группы стали, степени сложности и класса точности поковки определяем исходный индекс-10.

Основные припуски для раскатываемых поковок по Семёнову табл.17 :

	Диаметры		Толщины
Размер детали, мм	d=406.2	d=460	74
Шероховатость, мм	0.63	1.25	0,63	1,25
Основной припуск, мм	5.5	4.8	4,7	4,7

 

Номинальные размеры поковки:

Диаметры:

406.2-5.5=400.7 мм

460+4.8=464.8 мм

 

Толщина:

74+4,7+4,7=82,4 мм

 

Допускаемые отклонения размеров поковки:

	Диаметры		Толщины
Размер, мм	d=400.7	d=464.8	82.4
Допускаемые отклонения размеров, мм	+1.5 -1.5	+1.3 -1.3	+1 -1

Радиусы закругления (R) наружных углов поковки рассчитывают по формуле:

R<0,5· (n+n1)+a,

где n,n1- размеры припусков, мм, в соответствующем наружном углу поковки; a- размер фаски с углом 45гр., мм,в этом же углу детали.

 

Чертеж горячей поковки по данному расчету

 

 

Рис.1.2. Эскиз поковки внутреннего  кольца подшипника 32160

 

Масса поковки: m=27,5 кг

Масса фигуры: m=105 кг

С=27,5/105=0,262<0,31

Таким образом, степень сложности  соответствует диапазону величин 0,16…0,32, установленных для степени  сложности С3

 

Расчет поковки под раскатку

Вес раскатной заготовки: m_p=27,97 кг

Вес заготовки под раскатку: m_k= m_pk_y=27,97·1,015=28,39 кг

 

Внутренний диаметр заготовки  под раскатку находим исходя из предельных значений коэффициента раскатки:

d_k=(0,35…0,75)d_p=(0,35…0,75)*400=140…204 мм

Принимаем d_k=140 мм

Размеры заготовки рассчитываем из условия равенства объемов.

Наружный диаметр: D_k =     D²_p- d_p²- d_k²

Высота заготовки:

  В_k=B_p=120 мм

 

 

Чертеж заготовки под раскатку представлен на рисунке :

 

Рис. Эскиз заготовки под раскатку внутреннего кольца

 

В соответствии ГОСТ 1133 выбираем пруток диаметром 170 мм.

 

Расчет силы штамповки

 

Усилие штамповки на гидравлическом прессе рассчитывается по формуле [9]:

                                  Рг = Р • k,                         (2.4)

 

где k – коэффициент, учитывающий интенсивное           охлаждение заготовок в процессе изготовления поковки, и зависящий от типа пресса и сложности поковки (k=1,5);

Р – усилие кривошипного ковочно-штамповочного пресса, которое определяется по формуле:

 

                                           Р = q • F • s_S,                            (2.5)

 

где Р – расчетное усилие пресса в МН;

      F – площадь поперечного  сечения в мм²;

      s_B - предел прочности материала в МПа

q – коэффициент, рассчитываемый по формуле;

 

q = 8• (1 – 0,001• Dп) • (1,1 + 20/Dп)2         (2.6)

 

q = 8 • (1 – 0,001• 290) • (1,1 + 20/290)² = 5,65

 

Р = 8,514·0,042·5.65=10,472 МН

 

Р_г = 10,472·1,5=15,71 МН

 

Расчет силы резки

 

Сила резки прутка по формуле [9]:

P=q•F•s_B                                                  (2.5)

 

q = 8• (1 – 0,001• Dп) • (1,1 + 20/Dп)2         (2.6)

 

q = 8 • (1 – 0,001• 170) •(1,1+20/170)²=8,514

 

Р = 8,514·0,02·15=2,56MH

 

Расчет нагревательного устройства

 

Нагрев происходит в проходных  индукторах. Пруток перемещается за счет роликов. Расчет индуктора производится исходя их производительности линии.

 

Исходные данные:

 

1. Материал заготовки Ст. ШХ15СГШ.
2. Размер заготовки d₂=0.16 м, I=0.172 м.
3. Производительность штамповочного агрегата n=45 шт/ч.
4. Температура поверхности нагреваемой заготовки Т=1200˚С.
5. Допускаемый перепад температур по сечению ∆Т=50˚С.

 

Расчет индуктора:

 

1. Выбираем частоту тока f=500Гц.
2. Определяем глубину проникновения тока в медь индуктора и заготовку:

∆₁=0,07/√f ;

∆₁=0,0031 м.

∆_гор=0,06/√f ;

∆_гор=0,0027 м.

 

3. Время нагрева заготовки :

d_p=d₂-∆_гор;          d_p=0,157 м.

τ_Н=5,9 •10⁴ • d_p² ;           τ_Н=1460,2 с.

 

4. Определение основных диаметров индуктора

 

- внутренний диаметр индуктора

d₁=1,75d₂ ;

d₁=0,28 м.

 

- скорость перемещения прутка

v=n •l/3600 ;                 v=0,002 м/с.

 

- длина индуктора 

L₁=v •τ_Н ;                       L₁=9,213 м.

 

5. Средняя мощность необходимая для  нагрева заготовки:

 

Масса нагреваемой заготовки:

G₁=π •d₂² •l₁ •7850/4 ;                     G₁=1454,121 кг.

 

Средняя удельная теплоемкость нагреваемого материала:

С=0,7 Дж/кг •К

Р₃=с •Т •G₁/τ_Н ;                              Р₃=836,523 кВт.

 

6. Определение электрических параметров:

 

а) активное сопротивление индуктора

удельное электрическое сопротивление (для меди) :

ρ=0,2 •10^-8 Ом •м ;

R₁=ρ •π • d₁/(l₁•∆₁) ;                        R₁=6,1 •10^-8.

 

б) приведенное активное сопротивление  заготовки:

Р=√2 • d₂/(2•∆_гор) ;    Р=42,164 , тогда

 

 

 

5. Выбор оборудования.

 

По результатам расчетов и исходя из необходимого технологического процесса, а также условия работы линии в автоматическом режиме, было выбрано следующее оборудование:

• Установка для индивидуального нагрева с механизмом загрузки материала, ножницами для горячей резки и весовой измерительной системой;
• Манипулятор для установки отрезной заготовки на позицию пресса;
• Пресс для обработки кольцевых заготовок типа НРР/1600, усилием 25 МН;
• Робот-манипулятор RB4600;
• Машина для радиально-осевой раскатки колец типа RAW 65/50-1600/315;
• Манипулятор для снятия обработанных колец;
• Рольганг;
• Устройство охлаждения колец.