CC BY
158
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 облой-ной 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]
С =/(ш). (1)
V = -86,79х + 5626
►
<
♦
♦ ♦
♦
►
А
1,5 2 2,5 В 3,5 и 4,5
Масса покоЬки, кг
Рис.1. Штамповка на прессах: зависимость С =/(т)
Для оценки влияния геометрической формы поковки используются относительные размеры [4]. На рис.2 показана зависимость усредненной стойкости штампов автомобильных поковок от относительной высоты поковки
' Н Л
С = /
у/ь х В
(2)
где Н - наибольшая высота поковки; Ь и В - 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 = /(hw /Н). (3)
где hw - наибольшая глубина полости штампа.
Рис. 2. Штамповка на прессах: зависимость С = /
л/ь х В )
Ошниіипіцльнин Глубини милиции Ш II) им пи
Рис. 3. Штамповка на прессах: зависимость С = /( Ну> /Н)
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 Вилка-фланец Шестерни
Материал заготовки сталь 35 25ХГМ
Масса поковки, кг 2,8 3,17....4,5
Сложность формы поковки ц 0,8 0,3
Температура нагрева заготовки °С 1240 1240
Материал штампа 4Х5МФС 4Х5МФС
Тип штампа открытый открытый
Технология изготовления электроэрозионные электроэрозионные
штампа станки станки
Температура подогрева штампа °С 100..200 100.200
Смазочный материал АГ-4; ОГВ-75 АГ-4; ОГВ-75
Способ нанесения распыление распыление
Расход на 1тн. поковок, кг 10...15 10.15
Тип пресса кривошипный кривошипный
Производительность, шт/час 455 455
Число переходов штамповки 4 4
Величина контактного трения ц 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 ц определялась из соотношения высоты поковки к среднегеометрической ширине:
В табл. 2 приведены результаты средних значений Кср стойкости штампов автоматизированных линий.
Таблица 2
Средние значения Кср = / п
ц = 0,30 ц = 0,80
ц = 0,27 ц = 0,25 ц = 0,27 ц = 0,25
К ср 1 = 5496,556 К ср 2 = 5572,087 К ср 3 = 5772,172 К ср 4 = 6422,909
Обработка результатов эксперимента дает следующую зависимость:
К = 19369,5 - 49750ц- 16075ч + 575ООцч (5)
На основании этой зависимости получена эмпирическая формула расчета (прогнозирования) стойкости штампов кривошипных горячештамповочных прессов [5]:
С = т-0,0536 (19369,5 - 49750 ц - 16075т + 57500 цт), (6)
где С - стойкость штампа; т - масса поковки; р - коэффициент трения; Г} -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=________________________________!«:_____________________________
21,22(Ь3/А3 )-2,28Э(Ь3/^ )2 + 0,2301^ + 0,097g2 -94,08(h3/HП)-14,71 (7)
где С - стойкость штампа, шт.; g - масса поковки, кг; £ - критерий сложности формы поковки,
£ х (7а)
(п Vр )ц.п. лп ' ’
где П - периметр; Р - площадь поперечного сечения; ЯП - радиус поковки; Яц.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 по-
ковки g, критерия сложности поковки 8, а также соотношения высоты об-лойной 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.
Ф*&
_ Ф 73 _________0 156.5______
Рис.4. Шестерня 4-й передачи промежуточного вала коробки передач
Экспериментальная осадка кольцевых образцов Б х ё х Н = 40x20x14 мм. из углеродистой стали 45 со смазкой - смесь масла с графитом дает следующие результаты:
средняя высота образца после осадки Иср - 7,35 мм.; средний внутренний диаметр образца после осадки ёср - 15,5мм.; По расчетной номограмме автора [5]определен коэффициент трения ^ (рис. 5, 6, табл. 3).
Рис. 5. Кольцевой образец до и после осадки
2Г, мм
\
\\
\У \
\ч
\Ч ч\
IV] ч
N ч4 Ч к
ч \
К ч
■ц*
I
І—
0.06 0.1 0.14 0.18 0.22 0.26 0.3
Рис. 6. Номограмма определения коэффициента трения
Таблица 3
Значение ц для смазочного материала (смесь масла с графитом)
Параметры Эксперимент Расчет и номограмма автора Т штампа = 300 °С
Иср ёср/ ср Иср ёср/ ср
Масло + графит 7,35 15,5/7,75 7,39 15,44/7,72
Коэфф. трения ^ --- 0,24
В таблице 4 приведены результаты расчета (прогнозирования).
Таблица 4
Сравнение результатов прогнозирования по формулам
Параметры расчета Формула Стойкость штампов, шт.
(7) (6) по формуле данные завода
(7) (6)
Сложность поковки 4,43 формула (7а) 0,45 ГОСТ7505-89
Коэфф. трения ц не учитывается 7 0, 4 0, 3306 5994...5324 5400
Температура штампов °С не учитывается 300
Поправка на материал поковки 0,955 табл.3.25 [3] учитываются теплофизические свойства материала поковки и штампа
Выводы. Статистический анализ стойкости штампов кривошипных
121
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
