ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ И ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ. Электронный учебник ТП КШО и ШО. Д. В. Терентьев основы технологии производства кузнечноштамповочного оборудования и штамповой оснастки электронный учебник
 Скачать 1.4 Mb.
|
|
Основные схемы базирования. Схемы базирования от формы поверхностей обрабатывае- мых заготовок, большинство которых, как правило, ограничено 32 плоскими, цилиндрическими или коническими поверхностями, ис- пользуемыми в качестве опорных баз. Схема базирования призматических деталей. Каждая обрабатываемая заготовка призматической формы (плиты, крышки), если ее рассмат- ривать в декарто- вой системе коор- динат, может иметь шесть сте- пеней свободы (рисунок 3.3): три поступательные - вдоль осей x, y, z и три вращатель- ных относительно этих же осей. Положение за- готовки в про- странстве опреде- ляется шестью ко- ординатами, про- веденных из шести точек 1 - 6. Возможность поступательного движения заготовки в направ- лении оси Z и вращение вокруг осей X и Y зависит от трех коорди- нат или трех степеней свободы, ограничивающих положение заго- товки относительно плоскости XYZ. Возможность поступательного (перемещение) движения де- тали в направлении оси X и поворота вокруг оси OZ ограничивает- ся двумя координатами (или степенями свободы, определяющими положение заготовки относительно плоскости YOZ). Шестая координата, определяющая положение заготовки от- носительно плоскости XOZ, ограничивает возможность заготовки перемещаться в направлении оси Y, т.е. лишает ее последней степени свободы. Такой порядок определения положения призматической за- готовки или ее установки носит название правила шести точек, ко- торое формулируется так: Для того чтобы детали придать вполне определенное поло- жение в приспособлении, необходимо и достаточно иметь шесть 0 Z Y X 2 4 3 1 5 6 В С А Рис. 3.3. Базирование призмы 33 неподвижных и опорных точек, лишающих деталь всех шести сте- пеней свободы. Опорные точки материализуются различными конструкциями установочных элементов (головка сферическая). Количество опорных точек определяется числом установоч- ных баз, используемых для установки детали, и их формой. При установке детали тремя установочными базами необходимо иметь шесть опорных точек, если двумя – то достаточно пять опорных точек. При установке детали одной базой, имеющей вид цилин- дрической поверхности, достаточно четырех опорных точек, а если база представляет собой плоскость, то требуется всего лишь три опорных точки. Количество установочных баз, необходимых для установки детали, определяется заданными требованиями и усло- виями выполнения операций. Схема положения обрабатываемой заготовки в приспособ- лении, где N 1 , N 2 , N 3 – силы зажима, образует силовое замыкание при базировании заготовки как показано на рисунке 3.4. Нижняя поверхность заго- товки с тремя опорными точка- ми называется главной устано- вочной базой (обычно это по- верхность с наибольшими габа- ритными размерами). Боковая поверхность с двумя опорными точками назы- вается направляющей устано- вочной базой (обычно поверх- ность наибольшего протяже- ния). Поверхность с одной опорной точкой называется упорной установочной поверх- ностью. Схема базирования деталей вращения. Положение детали определяется шестью координатами. Для удобства базирования ось детали взята в качестве одной из осей координат (рисунок 3.5). Опорные точки 1 и 2, расположенные на оси лишают тело двух степеней свободы: возможности переме- щаться параллельно оси Z и вращаться параллельно оси X. Коор- динаты 4 и 5, взятые на оси детали лишают тело двух степеней свободы – перемещение параллельно оси X и вращение вокруг оси Z. 0 Z Y N 3 N 2 N 1 Рис. 3.4. Силовое замыкание призмы 34 Точка 3, лежащая на плоскости X 1 O 1 Y 1 вне оси тела лишает его возможности вра- щаться вокруг соб- ственной оси. Как правило, эта точка (3) проводится от по- верхности шпоночной канавки. Точка шесть лишает тело послед- ней степени свободы, то есть возможность перемещаться вдоль оси Y. Погрешности базирования и закрепления обрабатыва- емой заготовки. Существенное влияние на отклонение от номинальных за- данных размеров оказывают также характер базирования заготов- ки и способ его закрепления. Погрешность базирования детали баз и ее закрепление зак называется погрешностью установки уст , с соотношением по формуле баз зак уст (3.4) Погрешность базирования возникает в результате базирова- ния заготовки по вспомогательным опорным установочным базам в приспособлении, т.е. по базам, не связанным с размером обра- батываемой поверхности. Погрешности закрепления образуют при зажатии детали. В этом случае может произойти смещение установочных баз под воздействием силы зажатия и их моментов. Обычно наблюдается осадка опор или их перекос и упругой деформации заготовок и приспособлений. Для приближенного определения допустимой погрешности базирования баз можно пользоваться формулой 0 Z Y X 2 4 3 1 5 6 Рис. 3.5. Базирование цилиндра 35 доп баз , (3.5) где - допуск на размер; – величина погрешности. Действительная погрешность базирования д баз всегда меньше допустимой, то есть доп баз д баз . (3.6) На практике обычно учитывают погрешности базирования при установке деталей на плоскость, по наружной цилиндрической поверхности на призму и по отверстию (рисунок 3.6). На рис. 3.6(а) плоскость I является конструкторской базой и используется как опорная установочная база. Погрешность бази- рования в данном случае не входит в суммарную погрешность, возникшую при фрезеровании в размер 1 1 Н Н На рис. 3.6(б) конструкторской базой является плоскость III, а плоскость I является установочной вспомогательной базой. По- грешность базирования в этом случае неизбежно и составляет 1 2Н При фрезеровании в размер 2 2 Н Н погрешность настройки и обработки составляет 1 2 2 Н Н Аналогично приводится анализ и подсчет погрешности при других условиях установки заготовок. Н 1 ±ΔН 1 Н N а) I II Н 2 ±ΔН 2 Н N б) I II III Рис. 3.6. Пример базирования с различной погрешностью 36 4. ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ КУЗНЕЧНО- ШТАМПОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ, МЕТОДЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ При разработке технологического процесса на изготовление машин одной из первых решается задача выбора заготовки. Стоимость заготовок зависит от метода их производства. Чем ближе заготовка по форме и размерам к готовым изделиям, тем меньше расходы на их изготовление, особенно при обработке больших партий деталей в серийном и массовом производстве. Повышение точности заготовок позволяет резко сократить область применения механической обработки, ограничивая ее в ряде слу- чаев чистовыми или отделочными операциями. Наиболее рациональный способ изготовления заготовок применительно к различным производственным условиям снижает трудоемкость операций механической обработки и определяет степень механизации и автоматизации производства. В современном производстве широкое применение получили штамповка в открытых и закрытых штампах, литье под давлением в кокиль, по выплавляемым моделям и другие виды. Основными видами заготовок в зависимости от назначения деталей являются: кованные, прессованные и штампованные заготовки; заготовки из проката и листового металла; отливки из черных и цветных металлов; заготовки из неметаллических материалов (пластмасс, древесина, резина, текстолит). К особенностям производства заготовок для изготовления штамповой оснастки относится следующее [6]: 1. Выплавка. Штамповые стали поставляют обычно в виде прутков круглого, квадратного или прямоугольного сечения, а так же в виде индивидуальных поковок. Инструментальные стали из- готавливают двумя различными способами – металлургическим переделом с выплавкой в печи и порошковой металлургией. Большинство штампованных сталей выплавляют в элек- тродуговых печах массовой вместимостью от 5 до 50 тонн. Для ка- чественного рафинирования (очистки) металла от вредных приме- сей, неметаллических включений и газов применяющие специаль- ные способы выплавки: вакуумно-индукционная плавка, вакуумно- дуговой переплав, электрошлаковый переплав, электронно- лучевой и плазменно-дуговой переплавы. Выплавку в электроду- 37 говых печах осуществляют методом переплава легированных от- ходов как продувкой кислородом, так и без неё. Электрошлаковый переплав (ЭШП) для штамповых сталей обеспечивает повышение пластичности и вязкости, а также увеличение надёжности и срока службы штампов. Перспективным способом повышения стойкости штампов является изготовление их методом порошковой метал- лургии. Наибольшее распространение получил метод, при котором расплавленная сталь расплавляется в инертном газе (аргон или азот) предупреждая окисление. Мелкие капли стали быстро охла- ждаются и закаливаются, в результате чего в них создаётся рав- номерное распределение легированных элементов, частицы кото- рых имеют форму сферы размерами 150…600 мкм. Полученный порошок помещают в контейнер и предварительно прессуют в хо- лодном состоянии при давлении до 400 МПа, из-за высокой твер- дости плотность повышается мало. Затем контейнер с порошком помещают в вакуум, нагревают до температуры 1150…1200˚С и прессуют под давлением 140 МПа. Полученные заготовки можно ковать до требуемых размеров. Ковка не вносит существенных изменений в состояние карбидной фазы. 2. Ковка – штампованных сталей для изготовления поковок, штампованных инструментов средних и малых размеров. В каче- стве исходного материала используют кованные и прокатанные штанги круглого, квадратного и прямоугольного сечений или блюмы. Температурные интервалы ковки штампованных сталей выбирают с учётом изменения пластичности и сопротивления де- формированию при нагреве. Верхнюю границу выбирают на 50…60˚С ниже температуры перегрева (≈1200˚С). Нижняя темпе- ратура границы 850…900˚С. Направление волокон кованой поков- ки по возможности выбирают параллельно действию max растяги- вающих напряжений (требуемые направления волокон должно указывать на чертеже деталей штампа). Технологический процесс ковки заготовок штампованных инструментов включает в себя по- следовательный ряд как основных операций ковки (осадка, про- тяжка, отрубка), так и вспомогательных операций (обкатка, про- глаживание, правка). Наибольшая деформированная проработка детали заготовки происходит при операциях осадки и протяжки. Для получения наиболее качественных штампов поковок практи- куются неоднократные чередования на одном технологическом процессе нескольких операций осадки и протяжки. Эти операции повторяют от 2 до 4 раз. Охлаждение поковок после, окончание ковки является очень важной операцией, от которой во многом зависит качество рабо- 38 чих деталей штампа. При охлаждении могут суммироваться в раз- личных вариантах напряжения, появившиеся в поковке в резуль- тате неоднородной пластичной деформации со структурными напряжениями, возникающие во время охлаждения. Большинство штампованных сталей являются воздушно-закаливающимися, особенно в малых сечениях. Поэтому готовые поковки штамповых сталей медленно охлаждают в термостатах, предварительно по- догретых печах; ящиках с песком, золой или шлаком; футерован- ных ямах. После медленного охлаждения до температуры 100 …200˚С поковки передают на предварительную термическую обработку: отжиг или высокий отпуск. Назначение отжига – пере- кристаллизация стали для измельчения зерна и получение низкой твердости. А также структуры зернистого перлита, поскольку при такой структуре более эффективны результаты последовательной закалки. Кроме того, при отжиге существенно снижается уровень остаточных напряжений. Применение деталей из пластмасс позволяет снизить вес машин, их стоимость, повысить эксплуатационные качества, сэко- номить металл, главным образом цветные сплавы и нержавеющую сталь. Применяются пластмассы на основе фенольно- формальдегидных смол (текстолит, асботекстолит). Они исполь- зуются при изготовлении зубчатых колес, шкивов, вкладышей подшипников и др. В последнее время в машиностроении получи- ли большое применение полиамидные смолы (полиамиды или ка- проны, полистиролы, стеклопластики, полиуретаны). Однако сле- дует учитывать, что пластмассы на основе полиамидных смол об- ладают невысокой термостойкостью и при трении, например, пары «втулка-валик» трущиеся поверхности могут расплавиться. Поэто- му рекомендуется применять пластмассовые детали в паре с ме- таллическими деталями (бесшумность, высокая работоспособ- ность). Большую роль в повышении производительности и качества работы имеет предварительная обработка заготовок, к которой от- носятся: исправление дефектов литья, ковки и штамповки (удаление формовочной земли, притиров, раковин, заливов, окалины, за- усенцев и др.); обработка торцов и центровки заготовок; отжиг и нормализация. Дефекты заготовок выявляют при осмотре черновых или предварительно обработанных поверхностей. 39 Дефекты устраняются соответствующими методами, напри- мер, обрубкой, зачисткой, травлением, сваркой, резкой, правкой, калибровкой и другими. При отрезке или центровке стремятся к минимальным поте- рям металла. Правильная форма и расположение центровочных гнезд оказывает существенное влияние на точность при обработке поверхностей вращения. Центровые отверстия располагают на одной оси и по возможности они должны совпадать с осью заго- товки или располагаться вблизи ее (рисунок 4.1). Рис. 4.1. Виды центровых отверстий У поковок и штамповок необходимо перед центровкой под- резать торцы (возможен «увод» сверла). Качественно отрезанные заготовки (на станке) центрируются без подрезки торцов. Центро- вые гнезда обрабатываются комбинированными центровочными сверлами, которые с одного захода обеспечивают заданную фор- му (либо цилиндрическим сверлом и конусным зенкером). При се- рийном и массовом производстве эту операцию производят на специальных станках. Существуют свои решения для ремонтного производства. Ремонт и восстановление дорогостоящих деталей проводят: электродуговой наплавкой ручным способом (слой 2…10 мм), автоматической наплавкой под слоем флюса (слой 1…6 мм), металлизацией (слой 0,05…8,0 мм), электроискровым наращиванием металла (слой 0,1…2,0 мм), хромированием (слой 0,05-0,3 мм), напылением пластмасс (слой 0,1-5,0 мм). Большинство этих методов снижают усталостную прочность на 20…40%, поэтому необходимо предусматривать упрочняющие операции. Эти операции могут производиться как до восстановле- ния детали (хромирование) так и после (сварка, наплавка, метал- лизация). Такое комплексное восстановление деталей иногда поз- 40 воляет существенно улучшить их эксплуатационные свойства по сравнению с новыми деталями. Важным при выборе способа получения заготовок для про- изводства штамповой оснастки является выбор материалов для изготовления деталей штампов. Основные свойства стали, применяемой для изготовления деформирующего инструмента должны быть следующими. Стали для изготовления деформирующего инструмента должны обладать комплексом эксплуатационных и технологиче- ских свойств, а так же свойств экономического характера. 1) Твёрдость, определяющая сопротивление инструмен- тальной стали контактным напряжением, возникающим на рабочей поверхности инструмента (HRC 48…52). 2) Теплостойкость характеризует способность стали сохра- нять при нагреве в процессе эксплуатации структуру и свойства, сформировавшиеся в результате термической обработки (580…650˚С). 3) Сопротивление пластической деформации определяет устойчивость рабочей поверхности штампа против смятия в усло- виях высоких давлений, возникающих в процессе эксплуатации (σ s ). 4) Сопротивление усталостному разрушению оценивают по ударной вязкости, и характеризует сопротивление стали ударным нагрузкам. 6) Износостойкость характеризует стойкость стали абразив- ному износу, то есть износу в результате трения. 7) Разгаростойкость (сопротивление термической усталости) характеризует устойчивость стали против образования поверх- ностных трещин при многократном нагреве и охлаждении. 8) Прокаливаемость и закаливаемость. Прокаливаемость определяет твёрдость по сечению инструмента, и, следовательно, сопротивление высоким давлениям и динамическим нагрузкам. Под закаливаемостью понимают способность стали приобретать в результате закалки мартенситную структуру и высокую твёрдость в поверхностном слое. 9) Устойчивость против перегрева и пережога. 10) Устойчивость против окисления и обезуглероживания. 11) Обрабатываемость давлением и резанием. Для изготовления штамповой оснастки принято использо- вать следующие виды сталей: 41 1. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-74) У7; У7А…У10А ( МПа в 500 ). 2. Легированные инструментальные стали (ГОСТ 5950-73) 9X; 9X 2МФ; X12 (для холодной деформации). 3 . Модифицированный серый чугун: МСЧ 32-52 (расшифров- ка обозначения – 32 кг/мм 2 – предел прочности на разрыв, 52 кг/мм 2 – предел прочности при изгибе). 4. Быстрорежущие стали (ГОСТ 19625-73) Р6М5. 5. Твёрдые сплавы (ГОСТ 3882-74) ВК15, ВК20, ВК25 (рас- шифровка для ВК15 – WС 85 %, Со 15%). 6. Рядовые стали (ГОСТ 380-71) Ст 3…Ст 6, (ГОСТ 1050-74) Сталь 20, Сталь 30, Сталь 45. 7. Стали для горячей деформации (ГОСТ 5950-73): - стали умеренной теплостойкости и повышенной вязкости (500…550˚С) марок 5ХНМ; 5ХНВС; 5Х2МНФ; - стали повышенной теплостойкости и вязкости (550…650˚С) марок 4ХБМФС, 4Х2В2МФС; - стали высокой теплостойкости (650…680˚С) марок 3X2ДA, 2Х6В8Н2К8. |