close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Статистический анализ стойкости штампов кривошипных горячештамповочных прессов..pdf

код для вставкиСкачать
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 1
УДК 621.771
СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВ
КРИВОШИПНЫХ ГОРЯЧЕШТАМПОВОЧНЫХ ПРЕССОВ
Петров А.Н.
Представлен статистический анализ стойкости штампов кривошипных горячештамповочных прессов. Показано влияние массы поковок, геометрической формы
поковок и глубины полости штампа на изменение стойкости штампов применительно
к автомобильным поковкам, штампуемым на универсальных прессах. Приведен статистический анализ стойкости штампов автоматизированных горячештамповочных
линий для штамповки автомобильных деталей типа шестерен и вилок карданного вала. Даны эмпирическая формула прогнозирования стойкости штампов с учетом массы
поковок, степени сложности поковок и величины контактного трения, а также пример расчета (прогнозирования) стойкости штампов автомобильной шестерни.
Ключевые слова: стойкость, штамп, поковка, геометрическая форма поковки, глубина полости штампа, величина контактного трения, коллоидно-графитовые
смазочные материалы, температура штампов.
Материал штампа горячего деформирования работает в условиях,
которые складываются в результате взаимодействия многих факторов.
Геометрия поковки, масса поковки, конструктивные особенности облойной щели, распределение деформаций по ручьям штампа, степень деформации, скорость скольжения поковки по поверхности гравюры и др. различаются для каждого конкретного процесса штамповки [1]. Сведения о
влиянии массы и формы поковки на стойкость штампов необходимо учитывать при проектировании новых технологических процессов [2]. На рис.
1 показана зависимость усредненной стойкости прессовых штампов от
массы автомобильных поковки [5]
(1)
C =ƒ(m).
Рис.1. Штамповка на прессах: зависимость C =ƒ(m)
116
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Для оценки влияния геометрической формы поковки используются
относительные размеры [4]. На рис.2 показана зависимость усредненной
стойкости штампов автомобильных поковок от относительной высоты поковки
 H 
C = f
(2)
,
 L× B 
где H – наибольшая высота поковки; L и B – наибольшая длина и ширина
поковки [5].
Эту закономерность снижения стойкости штампов при увеличении
относительной высоты поковки можно использовать при выборе плоскости разъема штампа.
На рис.3 показана зависимость стойкости штампов от относительной глубины полости штампа
C = ƒ( hw /H).
(3)
где hw – наибольшая глубина полости штампа.



 L× B 
Рис. 2. Штамповка на прессах: зависимость C = f 
H
Рис. 3. Штамповка на прессах: зависимость C = ƒ( hw /H)
117
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 1
Контактное трение существенно влияет на износ штампов, поэтому
при определении ресурса кузнечной оснастки существенная роль принадлежит подбору экономичных и эффективных смазочных материалов [1].
Наибольшая стойкость достигается при естественном износе за счет обеспечения нормальных условий эксплуатации. При горячей деформации
важным представляется снижение максимальной температуры контактной
зоны [4]. Охрименко Я.М. [5] отмечает, что резервом повышения стойкости тяжелонагруженных штампов при горячей штамповке является изменение условий работы инструмента и прежде всего снижение теплового
воздействия на него за счет эффективных смазочных материалов. На автоматизированных горячештамповочных линиях для производства автомобильных и других поковок, нанесение коллоидно-графитовых смазочных
материалов осуществляется в автоматическом режиме. Для выявления взаимосвязи стойкости штампов горячего деформирования и величины контактного трения проведен эксперимент в производственных условиях на
автоматизированных горячештамповочных линиях для штамповки автомобильных деталей. В табл. 1 даны параметры технологического процесса
штамповки автомобильных деталей на автоматизированных линиях. Параметры технологического процесса для вилок-фланцев и шестерен постоянные. Переменные параметры: масса поковки, форма поковки и смазочный
материал.
Таблица 1
Параметры технологического процесса
Параметры
Материал заготовки
Масса поковки, кг
Сложность формы поковки ƞ
Температура нагрева
заготовки °C
Материал штампа
Тип штампа
Технология изготовления
штампа
Температура подогрева
штампа °C
Смазочный материал
Способ нанесения
Расход на 1тн. поковок, кг
Тип пресса
Производительность, шт/час
Число переходов штамповки
Вилка-фланец
сталь 35
2,8
0,8
1240
Шестерни
25ХГМ
3,17….4,5
0,3
1240
4Х5МФС
открытый
электроэрозионные
станки
100..200
4Х5МФС
открытый
электроэрозионные
станки
100…200
АГ-4; ОГВ-75
распыление
10…15
кривошипный
455
4
АГ-4; ОГВ-75
распыление
10…15
кривошипный
455
4
118
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Величина контактного трения µ коллоидно-графитовых смазочных
материалов АГ-4 и ОГВ-75 определялась по расчетным номограммам
[5].Численное значение составляло 0,25 и 0,27, соответственно.
Сложность формы поковки ƞ определялась из соотношения высоты
поковки к среднегеометрической ширине:
.
(4)
В табл. 2 приведены результаты средних значений Кср стойкости
штампов автоматизированных линий.
Таблица 2
Средние значения Kср = ∑Ki / n
ƞ = 0,30
µ = 0,27
К ср 1 = 5496,556
ƞ = 0,80
µ = 0,25
К ср 2 = 5572,087
µ = 0,27
К ср 3 = 5772,172
µ = 0,25
К ср 4 = 6422,909
Обработка результатов эксперимента дает следующую зависимость:
.
(5)
На основании этой зависимости получена эмпирическая формула
расчета (прогнозирования) стойкости штампов кривошипных горячештамповочных прессов [5]:
C = m-0,0536 (19369,5 - 49750 µ - 16075η + 57500 µη),
(6)
где C – стойкость штампа; m – масса поковки; µ – коэффициент трения; η –
коэффициент формы поковки.
Для проверки расчета (прогнозирования) стойкости штампов и сопоставления с формулой Г. П. Тетерина [3] выбрана шестерня 4-й передачи
промежуточного вала коробки передач грузового автомобиля:
C=
10 5
21,22(b3 h3 ) − 2,283(b3 h3 ) + 0,2301gS + 0,097 g 2 − 94,08(h3 H П ) − 14,71 , .(7)
2
где С – стойкость штампа, шт.; g – масса поковки, кг; S – критерий сложности формы поковки,
S=
(П
2
)
F П 2 RЦ.Т.
×
,
RП
П F Ц.П.
(
2
)
(7а)
где П – периметр; F – площадь поперечного сечения; RП – радиус поковки;
RЦ.Т – радиус центра тяжести половины осевого сечения поковки; индекс
«п» – относится к поковке, индекс «ц.п» – к описанному вокруг нее цилиндру.
Приведенная зависимость (7) получена для стойкости инструмента
при изготовлении поковок из углеродистых и низколегированных сталей.
Построенная на основании (7) номограмма для расчета стойкости штампов
кривошипных горячештамповочных прессов в зависимости от массы по119
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 1
ковки g, критерия сложности поковки S, а также соотношения высоты облойной щели к высоте поковки и размеров облойного мостика учитывает
конструктивные факторы, влияющие на стойкость штампов.
Шестерня 4-й передачи промежуточного вала коробки передач грузового автомобиля, (рис. 4) штампуется на универсальном кривошипном
горячештамповочном прессе (КГШП) силой 25МН:
масса шестерни – 3,45кг;
материал шестерни – сталь 25ХГМ;
степень сложности поковки по ГОСТ 7505-89 – 0,45;
материал штампа – сталь 40ХСМФ;
смазка штампа – смесь масла индустриального с графитом;
способ нанесения смазки на штамп – вручную помазком;
среднестатистическая стойкость штампа – 5400 поковок.
Рис.4. Шестерня 4-й передачи промежуточного вала коробки передач
Экспериментальная осадка кольцевых образцов D x d x H =
40x20x14 мм. из углеродистой стали 45 со смазкой - смесь масла с графитом дает следующие результаты:
средняя высота образца после осадки hср – 7,35мм.;
средний внутренний диаметр образца после осадки dср – 15,5мм.;
По расчетной номограмме автора [5]определен коэффициент трения
µ (рис. 5, 6, табл. 3).
Рис. 5. Кольцевой образец до и после осадки
120
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Рис. 6. Номограмма определения коэффициента трения
Таблица 3
Значение µ для смазочного материала (смесь масла с графитом)
Эксперимент
‫ݎ‬
Параметры
hср
7,35
Масло + графит
Коэфф. трения µ
dср/
ср
15,5/7,75
---
Расчет и номограмма автора
‫ݎ‬
Т штампа = 300°C
hср
dср/
ср
7,39
15,44/7,72
0,24
В таблице 4 приведены результаты расчета (прогнозирования).
Таблица 4
Сравнение результатов прогнозирования по формулам
Формула
Стойкость штампов, шт.
Параметры
расчета
(7)
(6)
Сложность
поковки
Коэфф.
трения µ
Температура
штампов °C
4,43
формула (7а)
не учитывается
не учитывается
0,45
ГОСТ7505-89
Поправка на
материал поковки
0,955
табл.3.25 [3]
0,24…0,27
по формуле
(7)
(6)
3306
5994...5324
данные
завода
5400
300
учитываются теплофизические свойства материала поковки и
штампа
Выводы. Статистический анализ стойкости штампов кривошипных
121
Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 1
горячештамповочных прессов показывает, что сведения о массе поковки и
геометрической форме поковки необходимы для проектирования новых
технологических процессов; учитывая величину контактного трения в
формуле расчета стойкости штампов (6), можно прогнозировать результаты, близкие к среднестатистическим производственным данным; предлагаемая формула прогнозирования стойкости штампов учитывает конструктивные и технологические параметры процесса горячего деформирования
на кривошипных горячештамповочных прессах.
Список литературы
1. Штампы для горячего деформирования металлов / М. А.Тылкин
[и др.]. М.: Высшая школа, 1977. 496 с.
2. Meyer-Nolkemper H. Statistische Erfassung von Gesenkstandmengen
// Ind. Anz. 1977. Vol.99, № 33. P.599-602.
3. Петров А.Н. Коллоидно-графитовые смазочные материалы в процессах горячего деформирования сталей и сплавов: монография. М.:
МГМУ «МАМИ», 2012. 212с.
4. Охрименко Я.М. Штампы для горячей обработки металлов и их
эксплуатация. М.: Металлургия, 1971. 48 с.
5. Трахтенберг Б.Ф. Стойкость штампов и пути ее повышения. Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1964. 277 с.
Петров Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., alexander_petr@mail.ru,
Россия, Москва, Московский государственный машиностроительный университет
STATISTICAL ANALYSIS OF RESISTANCE DIE CRANK HOT PRESSES
A.N. Petrov
This article presents a statistical analysis of the stability of stamps crank hot presses.
Shows the influence of the mass of forgings, forged geometry and depth of the die cavity to
change the resistance of stamps applied to automobile forgings, stamping on universal
presses. An statistical analysis of resistance stamps automated hot-lines for automotive
stamping parts such as gears and forks propeller shaft. Empirical formula for predicting resistance stamps to take the weight of forgings, forged the complexity and magnitude of contact friction. An example of calculations (forecasting) resistance dies automotive gear.
Key words: stability, stamp, forging, forging geometry, depth of the die cavity, the
amount of contact friction, colloid-graphite lubricants, temperature stamps.
Petrov Aleksandr Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent,
alexander_petr@mail.ru, Russia, Moskov, Moscow state machine-building university
122
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
15
Размер файла
569 Кб
Теги
анализа, стойкости, штампов, статистический, кривошипных, pdf, прессово, горячештамповочных
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа