Разработка технологического процесса изготовления и термической обработки стакана

  в) нагрев  заготовки (для   достижения  необходимой  степени  пластичности  и  термомеханического  режима  деформации  металла, обеспечивающих  получение  качественных  поковок).

Для нагрева заготовок под штамповку  применяют следующие нагревательные устройства: камерные печи, характеризующиеся  постоянной температурой в рабочей зоне (щелевые, очковые с закрывающимися окнами), полуметодические и методические печи с толкателями, отличающиеся определённой закономерностью распределения тепла в рабочей зоне, карусельные печи с вращающимся подом, печи скоростного нагрева (с увеличенным тепловым напором), электронагревательные устройства контактного и индукционного нагрева.  В связи с тем, что штампованные поковки отличаются незначительными припусками на механическую обработку и относятся к так называемым точным заготовкам, для нагрева в штамповочном производстве используются малоокислительные и безокислительные способы нагрева. При определенной  температуре  материалы  обладают  высокой  пластичностью  и  низким  сопротивлением  деформированию. 

4.3 Расчет режимов нагрева и охлаждения заготовки

При штамповке прутковых заготовок  необходимо решить две задачи:

       - придание заготовке  заданной формы и размеров  поковки;

       - получение требуемых  свойств.

Оптимальный термический режим  штамповки должен способствовать успешному проведению процесса, при котором вредное влияние теплоты по возможности ограничивается и обеспечивается высокое качество поковок. Поэтому термический режим разрабатывается для каждой стали, с учетом исходной структуры металла, объёма и соотношения размеров поковки и назначения поковки.

Режим нагрева и охлаждения включает:

       - нагрев металла  перед штамповкой;

       - охлаждение металла  в процессе штамповки;

       - охлаждение металла  после штамповки.

Быстрота прохождения процесса штамповки обычно позволяет уложиться в промежуток времени, определяемый остыванием металла.

Одна из главных задач при  разработке термического процесса штамповки, состоит в определении температурного интервала. Под температурным интервалом подразумевается интервал между температурой конца нагрева  металла и температурой конца деформации. Температура конца нагрева металла превышает температуру начала деформации металла на величину потери температуры за время передачи металла от нагревающего устройства к штамповочному механизму.

Температуру конца нагрева металла  принимаем на 100 ¸ 250 ⁰ меньше температуры плавления данного металла.

По справочным данным, так так сталь среднеуглеродистая принимаем:

       - температура  конца нагрева металла 1150 ⁰С;

       - температура конца штамповки 850 ⁰С.

Правильно заданный режим нагрева  обеспечивает нагрев металла до необходимой температуры за минимально возможное время. При этом температура должна быть равной по всему сечению заготовки. От равномерности распределения температуры по сечению заготовки зависит качество получаемой поковки, производительность труда и безопасность выполняемых работ.

Для нагрева в пламенной печи при всестороннем действии на металл источника тепла Н. Н. Доброхотовым предложена следующая формула:

                                                                                                              (4)

где Z – время нагрева от комнатной температуры до 1150 ⁰С, ч;

       k – коэффициент,  принимаемый по справочным данным;

       D – диаметр нагреваемого металла, м.

Общее время нагрева металла  Z складывается из времени нагрева Z₁ от комнатной температуры до  критической температуры (около 800 ⁰С) и из времени нагрева Z₂ от температуры от критической до температуры конца нагрева металла. Отсюда следует, что расчет времени нагрева металла производится по формуле:

                                                                                                              (5),

 

где для сталей:

                                                                                                          (6),

                                                                                                           (7)

Нагрев до температуры 1200 °С подразделяется на два периода: от 20 до 800°С  и то 800 до 1150°С.

Теперь подставляя значения  в  формулы (6) и (7) определяем значения Z₁ и Z₂:

ч

ч

Получив численные значения Z₁ и Z_{2 ,} подставляем их в формулу (5) для расчета времени нагрева заготовки:

               

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    t,C                        

                               1150 

                                

                                 850

                                 800

 

                                    

 

                                      0     0,56     0,28                                                                  Z,ч 

Рис.2 График нагрева и охлаждения заготовки.

4.4 Технологические операции штамповки

1. Формовка служит для перераспределения металла заготовки в соответствии с формой поковки в плане. Операция выполняется в формовочном ручье штампа нанесением одного удара.
2. Для получения сквозных отверстий применяются просечные ручьи. Поковка в этом ручье размещается в матрицах и упирается своим торцом в просечную вставку с режущими кромками. Пуансон имеет плоский торец и режущую кромку. Матрица имеет направляющую часть для центровки пуансона. При просечке по мере продвижения просечной пуансон вначале деформирует кольцевой слой металла в конце выемки (наметки) под прошивку, а затем просекает донную часть, отделяя поковку от прутка

 

    Отделка  поковок:  зачистка  заусенцев, очистка   поверхности  поковок (для удаления,  путем  травления, окислов  и  загрязнений  с  поверхности  поковки).    

    Исходную  заготовку   обрабатываем  на  ГКМ  в  трех  ручьях  при помощи  предварительно  разработанных  штампов.

 

5. Предварительная   термическая  обработка

          Термической  обработкой  называют  технологический  процесс, состоящий  в нагреве  изделия  до  заданной  температуры, выдержке (для  прогрева  садки и завершения  фазовых  превращений)  и  последующем  охлаждении  с  целью  изменения  структуры  и  свойств.

   Проведем  нормализацию.

       Нормализации  чаще  всего  подвергают  конструкционные   стали  после  горячей

обработки  давлением  и  фасонного  литья.  Нормализация  отличается  от  отжига  в  основном  условиями  охлаждения; после  нагрева  до  температуры  на  50-70^оС выше температуры  А_с3  сталь охлаждают на  спокойном воздухе.

      Нормализация –  более  экономичная  термическая   операция, чем  отжиг,  так как   меньше  времени  затрачивается   на  охлаждение  стали.  Кроме   того,  нормализация, обеспечивая  полную  перекристаллизацию  структуры, приводит  к  получению  высокой  прочности, так  как  при  ускорении  охлаждения  распад  аустенита  происходит  при  более  низких  температурах.  Нормализация  позволяет  несколько  уменьшить  анизотропию  свойств, вызванную  наличием  в  горячедеформированной  стали  вытянутых  неметаллических  включений.

5.1 Расчет режимов предварительной  термической обработки

Время нагрева стальных изделий  до заданной температуры зависит  главным образом от температуры нагрева, степени легированности и др.

Время на нагрев до необходимой температуры  определяем по формуле:

                                                     (8)

где k – коэффициент для углеродистых  сталей равный 65 с/мм (при нагреве от800 до 900^оС), D – диаметр нагреваемого изделия, мм;

Подставляя значения в формулу (8) определяем время нагрева заготовки:

Продолжительность выдержки изделия  при заданной температуре (без нагрева) определяем по формуле:                                                              (9)

Скорость  охлаждения  на  воздухе  примерно  3^оС  в  секунду, поэтому  получаем  мелкозернистую (дисперсную) структуру – сорбит (оптимальное  сочетание  прочности  и  пластичности  для  ОМД).

 

 

 

                            t, ^о С

 

                                          860

 

 

                                     0                  

 

                                                                131,08      26,22                                 t,мин

 

 

Рис.2 График нормализации

6. Предварительная  механическая  обработка

Предварительная механическая обработка  сортового проката в данном случае не целесообразна, т.к. займет дополнительное время и не окупается.

 

7. Окончательная  термообработка

   Химико-термической  обработкой (ХТО) называют  технологические  процессы, приводящие  к  диффузионному  насыщению  поверхностного  слоя  деталей  различными   элементами.  ХТО  применяют  для  повышения  твердости, сопротивления  усталости  и  контактной  выносливости, а также  для защиты от электрохимической  и  газовой  коррозии. 

        Технологический   процесс  диффузионного  насыщения   углеродом  называется-

цементацией.  Обычно  после  цементации  сталь  подвергают  закалке  и  низкому  отпуску.  После  такого  комплексного  процесса  концентрация  углерода  на  по-верхности  стальной  детали  доводится  до  0.8-1% , структура  низко отпущенного  мартенсита  с  мелкими  сфероидальными  карбидами  хорошо  сопротивляется  износу.  Сердцевина  детали, содержащая  0.08-0.25%  углерода, остается  вязкой.

Проведем  газовую  цементацию  при  температуре 920-950^оС.

Ориентировочное  время  процесса  t=kD=65*121=2,185 час.

            Эффективная  толщина  цементованного  слоя  0,5-1,9 мм.

 Для  обеспечения  высокой   поверхностной  твердости, прочности,  ударной  вязкости  требуется   получить  мелкое  зерно  как   на  поверхности детали, так   и  сердцевине.  Поэтому  необходимо  цементованную  деталь  подвергнуть  сложной  ТО, состоящей из закалки и низкого  отпуска.

             Закалка – процесс термической  обработки, обуславливающий получение  неравновесных структур превращения или распада аустенита  при резком переохлаждении со скоростью выше критической. Закалка осуществляется путем нагрева изделия до температуры 860 ⁰ С и выдержке при этой температуре с последующим охлаждением со скоростью 90 град \ сек.

          Низкий  отпуск  при  180-200^оС,  уменьшает  остаточные  напряжения и не  снижает  твердости стали.

7.1 Расчет режимов окончательной термической обработки

Для производства процесса закалки  время на нагрев изделия определяем по формуле (8):

            Время выдержки рассчитываем  по формуле (9):

Время на охлаждение изделия в масле определяем по формуле:

                                     

                                                   (10)

где  t_н – температура начала охлаждения, ⁰С;

       t_охл – температура конца охлаждения, ⁰С;

       V_охл – скорость охлаждения, град/сек.

Подставив значения в формулу (10), определяем время охлаждения в масле:

                        770⁰С

 

 

 

                                 

                                 0                  131,08      26,22           t,мин               

                                           Рис.3  График закалки.

 

Для проведения низкого отпуска  необходимо нагреть деталь до температуры 180-200 ^о С. Время нагрева рассчитывается по формуле (11)

                    (11)

Время выдержки рассчитываем по формуле (9):

Время на охлаждение изделия, осуществляемое на воздухе, определяем по формуле:

 

 

                         200 ^о С

 

                                   

                                    0         27,96   5,59                           t,мин

Рис.4  График отпуска

8.Окончательная  механическая  обработка

       Представлена в приложении.

 

9.Используемая  литература