Технологический маршрут термообработки штампа нижнего

 
 
 

   СОДЕРЖАНИЕ 
 

Введение____________________________________________________________2 

1. Описание изделия___________________________________________________3 

2. Технологический маршрут термообработки штампа нижнего______________ 

3. Выбор  оборудования для термической обработки________________________ 

4. Расчет  основных параметров оборудования_____________________________ 

5. Расчет  нагревательных элементов_____________________________________ 

6. Вспомогательное  оборудование и электрооборудование  агрегата___________ 

Заключение__________________________________________________________ 

Список  литературы___________________________________________________ 

Спецификация________________________________________________________ 

 

      

    Введение

    Важнейшая задача машиностроения – улучшение рабочих свойств. Повышение производительности и надежности машин – не может быть эффективно достигнута без упрочнения поверхности деталей машин работающих на истирание при  высоких давлениях и несущих многократные циклические нагрузки.

    Большая роль в повышении качества, надежности и долговечности изделий машиностроительной промышленности принадлежит термической  обработке, которая является наиболее эффективным методом упрочнения металла.

    На  современном оборудовании для термической  обработки можно изменять и получать определенные свойства металла. При химико-термической обработке металл нагревается в среде, насыщающей поверхность металла углеродом, азотом, бором, хромом, и т.д.

    При нагревании металла в насыщающей атмосфере полностью исключается взаимодействие нагреваемого металла с воздухом и. следовательно, его окисление. Для нагревания в насыщающей атмосфере используют герметичные печи, обогреваемые электрическими нагревателями сопротивления или природным газом, сжигаемым  в специальных радиационных трубах, размещенных в рабочем пространстве печи.

    Современное оборудование для термической обработки  металлов – это высокомеханизированное и автоматизированное оборудование, оснащенное всей необходимой аппаратурой, обеспечивающей получение продукции высокого качества. 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Описание изделия.

    В данном курсовом проекте спроектировано оборудование для термической обработки штампа нижнего железнодорожного колеса. Эти штампы, а также другие детали выпускаются на заводе ЗАО «РЗСИТО».

    Основными технологическими операциями горячего деформирования являются: объемная штамповка (прессование, высадка, калибровка и др.), формовка, гибка, резка, свободная ковка на молотах. Наиболее тяжелонагруженные из них - операции прессования, высадки и точной штамповки.

    При штамповке в горячем состоянии  штампуемый металл под действием  сближающихся половинок штампа деформируется  и заполняет внутреннюю полость  штампа. В работе внутренняя полость  штампа («фигура»), которая деформирует  металл, соприкасается с нагретым металлом, поэтому штамповая сталь для горячей штамповки должна обладать не только определенными механическими свойствами в холодном состоянии, но и достаточно высокими механическими свойствами в нагретом состоянии. Особенно желательно иметь высокий предел текучести (упругости), чтобы при высоких давлениях штамп не деформировался. Для кузнечных штампов большое значение имеет и вязкость, чтобы штамп не разрушился во время работы при ударах по деформируемому металлу. Устойчивость против износа во всех случаях очень важна, так как она обеспечивает сохранение размеров «фигуры» — долговечность работы штампа.

    Для горячего деформирования используют штамповочные молоты и кривошипные машины различных  конструкций (прессы, горизонтально-ковочные машины и т.д.). Скорость деформирования при штамповке на молотах значительно выше, чем при штамповке на кривошипных машинах. Для первых она составляет 5-8 м/с, для вторых 0,5 - 1,0 м/с. Фрикционные прессы по скорости деформирования занимают промежуточное положение. В последние годы появился новый технологический процесс - высокоскоростная штамповка, которая занимает одно из первых мест среди прогрессивных процессов обработки металлов давлением, так как позволяет изготавливать поковки сложной конфигурации и высокой точности из многих конструкционных (в том числе труднодеформируемых) сталей и сплавов. Штамповку в этом случае осуществляют на высокоскоростных молотах и гидровинтовых прессах, начальная скорость деформирования которых составляет до 10 -30 м/с.

    По  условиям работы штамповые инструменты для горячего деформирования можно разделить на три основные группы:

    - прессовые инструменты - работают  в условиях сравнительно медленного  нагружения, что приводит к длительному  контакту с заготовкой и соответственно  значительному разогреву их поверхности;

    - инструменты молотовых штампов  - работают в условиях ударного  нагружения, при этом вследствие  кратковременного контакта инструментов  с заготовкой их поверхность  разогревается до более низких  температур, чем прессовых;

    - инструменты для высокоскоростного деформирования - претерпевают высокие ударные нагрузки и удельные давления. Принципиальным отличием в условиях их работы является кратковременность теплового и силового взаимодействия.

    Таким образом, можно указать на следующие  основные характерные особенности работы инструментов при горячем деформировании:

    1) высокий разогрев штамповых инструментов  в процессе работы. По данным  Ю.А. Геллера, С.И.Бельского, Н.Ф.Меркулова  и др., температура поверхностных  слоев (толщиной до 0,6 - 1,0 мм) штамповых инструментов скоростных молотов и прессов может достигать при штамповке жаропрочных и других труднодеформируемых материалов 650 - 750°С; при этом основная масса штампа остается  прогретой до 400 - 500°С. При некоторых процессах горячего прессования поверхностный слой рабочих частей глубиной в несколько микрон разогревается до 900 - 1000°С. Максимальные температуры разогрева поверхностных слоев рабочих частей молотовых штампов достигают, по данным тех же исследователей, 500 – 550°С.

    Значительное  влияние на тепловой баланс штамповых инструментов и особенно их рабочих поверхностей оказывают тип и качество смазки, а также метод и интенсивность охлаждения;

    2) одновременное воздействие циклически  изменяющихся температур и давлений. Наложение рабочих (т.е. обусловленных сопротивлением деформированию материала заготовок) и термических напряжений в сочетании с конструктивно неизбежными (резкие переходы, местные углубления и т.п.) и технологическими (подрезы, риски) концентраторами способствует возникновению в теле штампа сложного напряженного состояния;

    3) большие удельные давления на  инструмент. Они зависят от вида  штампуемого материала, температуры  нагрева, конфигурации детали, качества  смазки, степени удаления окалины,  величины износа штампа и т.п.

    Сопротивление деформированию сталей и сплавов в значительной степени зависит от скорости деформирования (с повышением скорости- сопротивление деформированию, как правило, возрастает). Эта зависимость в общем виде выражается следующим образом:

     ,

    где у и у₀-напряжения, соответствующие скоростям деформирования V и V₀;

    n — коэффициент, зависящий от типа материала и температуры деформирования.

    Поэтому удельные давления при штамповке  на молотах выше, чем на прессах, а средние удельные давления при скоростном деформировании намного превышают таковые при штамповке на прессах и молотах и составляют от 30 до 90 кгс/мм² при деформировании алюминиевых сплавов и конструкционных сталей и свыше 100 -150 кгс/мм² - труднодеформируемых сталей и сплавов.

    Величина  и характер распределения возникающих в инструментах (в процессе деформирования) напряжений зависят главным образом от конструктивных особенностей инструментов и значений удельных давлений.

    Наиболее  простая конфигурация характерна для  инструментов холодного и горячего прессования (выдавливания), а также некоторых типов пуансонов, выталкивателей и прошивников для горячего объемного деформирования. Такие инструменты имеют, как правило, осесимметричную форму и характеризуются (при качественном изготовлении) наличием сравнительно небольшого количества мест, способных служить эффективными концентраторами напряжений. Детали типа пуансонов, выталкивателей, прошивников и т.д. работают в условиях сжатия (одноосного или неравномерно всестороннего) и продольного изгиба. Как было отмечено, величина удельных давлений при горячей штамповке до 30 - 90 кгс/мм² и более.

    Исследования, проведенные с помощью метода фотоупругости, показали, что поле напряжений, возникающее в правильно сконструированных  и тщательно изготовленных пуансонах (выталкивателях), характеризуется сравнительной однородностью. Однако и в инструментах простой конфигурации имеются отдельные участки (торны, места сопряжения рабочих и посадочных поверхностей и т.д.), в которых локальные напряжения могут превышать значения средних удельных давлений. Перераспределение действующих на инструмент нагрузок и возникновение локальных напряжений характерны и для штампов (вставок), используемых при горячем объемном деформировании; по этой причине величина напряжений в отдельных участках гравюры может значительно превосходить средние удельные давления, что способствует преждевременному выходу инструментов из строя.

    Возникновение в процессе штамповки значительных температурных градиентов по сечению  инструментов, а также циклический  характер теплового воздействия в сочетании с циклически изменяющимися напряжениями (вызывающими развитие пластической деформации в микрообъемах) способствует значительному возрастанию скорости диффузионных процессов и существенно ускоряет тепловое разупрочнение, а соответственно и выход инструментов из строя.

    В таблице 2 приведены примеры средней  стойкости и основные причины  выхода из строя штамповых инструментов для горячего деформирования.

    Таблица 1. Cтойкость и причины выхода из строя штамповых вставок