Проектирование и расчет штамповочных заготовок фланец

Введение

Основным способом изготовления заготовок под механическую обработку изделий является горячая объемная штамповка в открытых штампах. При открытой штамповке облой гарантирует получение заданной конфигурации поковки, но, являясь технологической необходимостью, он одновременно увеличивает потери металла, силу деформирования, требует введения дополнительной операции обрезки. Способ штамповки в закрытых штампах (безоблойной штамповки) более экономичен, так как позволяет получить поковку с минимальной последующей обработкой резанием. Этот способ позволяет реализовать схему неравномерного всестороннего сжатия при значительной величине боковых сжимающих напряжений. Он способствует лучшему выявлению пластических свойств металлов. Закрытая штамповка позволяет снизить себестоимость поковок на 30...40 %, значительно сокращает трудоемкость последующей обработки резанием.
Преимуществом объемной штамповки относительно других методов изготовления деталей данного вида является: высокая скорость получения готовой детали; высокий КИМ и низкий отход металла; возможность в автоматизации и механизации изготовления; высокое качество получаемого изделия; возможно изготовления в серийном и массовом производстве. Поэтому наибольшее распространение получила технология изготовления деталей типа тел вращения именно объемной штамповкой. При этом данная операция может производиться при различных условиях, а температура может варьироваться для разных сплавов от 20°С до 1100°С.
Температура процесса штамповки оказывает влияние на силу, так при увеличении температуры с 20 до 600 °С нагрузка снижается на 65 %. Однако существенного изменения в нагрузке при увеличении температуры от 300 до 600 °С не установлено. При внедрении пуансона в заготовку при температуре 20 °С происходит более значительная осадка верхней части заготовки, чем при температуре процесса 300 или 600 °С.
Использование метод конечных элементов (МКЭ) позволяет производить компьютерный анализ нагружения и расчет напряжений и деформаций сложных пространственных конструкций, обеспечивает высокую степень автоматизации построения моделей.
Основными факторами, влияющими на силовые режимы штамповки, являются геометрические параметры инструмента и заготовки: радиус закругления полости матрицы R , радиус закругления выступа пуансона r , начальный d и конечный D диаметры заготовки, а также условия трения на контактных границах инструмента и заготовки, характеризующиеся коэффициентом трения µ .
Увеличение трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки может приводить к росту силы на 10%. Для снижения трения целесообразно использовать технологические смазки и предусматривать тщательную обработку поверхностей внутренней полости штампа. В процессе эксплуатации необходимо следить за состоянием рабочих поверхностей инструмента, не допускать износа и образования задиров, приводящих к росту силы и ухудшению внешнего вида изделий.


















ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ


































Исходные данные.
1. Чертеж детали



2. Служебное назначение детали в машине или узле

Основным служебным назначением фланцев является ограничение осевого перемещения вала, установленного на подшипниках в изделии (машине), путем создания необходимого натяжения или гарантированного осевого зазора между концом фланца и концом наружного кольца подшипника. Кроме того, фланцы действуют как крышка отверстия вала, создавая необходимое уплотнение.
Конструкции фланцев очень разнообразны, но все они крепятся к корпусу с помощью винтов, обычно с утопленными головками.
Масса детали 2,8 кг.
3. Годовая программа выпуска 5000 шт./год


Порядок проектирования поковки:
1) анализируют конструкцию детали и, с учетом типа производства, выбирают способ получения поковки;
2) определяют массу детали;
3) конструируют поковку и оформляют чертеж на нее;
4) рассчитывают исходную заготовку под штамповку;
5) определяют число переходов при штамповке;
6) выбирают оборудование и определяют массу его падающих частей.

1. Анализ конструкции детали и выбор способа получения поковки

Деталь Фланец, подлежащая изготовлению, относится к деталям типа диск. Имеет центральное сквозное отверстие  мм, глухое отверстие  мм, четыре радиально расположенных отверстия 11 и 18 мм.
Материал детали — сталь 20 ГОСТ 1050-2013.
Производство серийное.
В качестве заготовки используем поковку, штампуемую на паровоздушном молоте двойного действия в открытом штампе.
Нагрев заготовок — индукционный.

2. Определение массы детали
Перед конструированием поковки необходимо рассчитать массу детали

где V1, V2, Vn - объем отдельных элементов детали;
 - плотность материала заготовки.
Объем детали равен:
VД = 3,14/42 - 3,14/42 - 3,14/42 - 3,14/42- 3,14/42=508680-35051,82-88640,83-2469,61-13734,36=368783,38 мм3
Масса детали равна:
МД =368,7837,85=2,8 кг

3. Конструирование поковки
Чертеж поковки составляется на основе чертежа готовой детали. При составлении чертежа поковки необходимо установить плоскость разъема штампа, назначить припуски на механическую обработку, допуски, определить штамповочные уклоны и радиусы закруглений, а также установить форму и размеры наметок отверстий.

3.1 Выбор плоскости разъема штампа

Для правильного выбора плоскости разъема необходимо соблюдать следующие требования:
1 Штампованная поковка должна свободно сниматься с обеих частей штампа, поэтому получение каких-либо поднутрений на боковых поверхностях поковки исключается.
2 Чтобы облегчить заполнение полости штампа металлом, необходимо выбрать разъем таким образом, чтобы полости штампа имели наименьшую глубину.
3 Труднозаполняемые части поковки (тонкие и высокие ребра, выступы, выступы и т.д.) должны быть помещены в верхнюю матрицу. При штамповке на молоте металл легче течет вверх, так как нижняя матрица больше контактирует с горячей штамповкой и имеет худшее состояние поверхности, что затрудняет протекание металла.
4 Чаще всего разъем устанавливается в полости двух наибольших взаимно перпендикулярных размеров поковки.