Исследование процесса и разработка технологии горячей объёмной штамповки заготовок колец подшипников

Abstract

Предложена новая технология получения заготовок для подшипниковых колец путем штамповки по типу «Башня» на кривошипном горячештамповочном прессе. Численное моделирование операций осадки и штамповки в закрытом ручье нагретой поковки выполнено методом конечных элементов с использованием специализированного программного пакета QForm. В процессе моделирования решены задачи расчета распределения температурных полей в заготовке в зависимости от времени для обеих операций. Показано, что одним из определяющих факторов для этих операций штамповки является температура заготовки. Расчеты проводили для температурного интервала начала штамповки в пределах 850…1150ºC. Определено, что значения усилий при нагреве заготовки подшипниковых колец до температуры начала штамповки T = 850ºC превышают значения усилий, полученных при ее нагреве до температуры начала штамповки T = 1150ºC на 6,3%, что может привести к заклиниванию пресса и поломке штампов. Проанализировано влияние начальной температуры нагрева заготовки на ее формоизменение и заполнение окончательного ручья штампа. Результаты расчетов показали, что при температурах начала штамповки ниже 1150ºC возможна недоштамповка поковки в окончательном ручье. Также решена задача конечного формоизменения при штамповке заготовки подшипниковых колец, рассчитаны усилия по операциям как функции времени. Численное моделирование позволило определить оптимальные размеры заготовки после предварительной операции осадки и получить поковку с заполнением окончательного ручья по вершинам и без дефектов. По результатам выполненных расчетов разработан процесс горячей штамповки на кривошипном горячештамповочном прессе усилием 16 МН в закрытых штампах за два перехода. Особенность представленной технологии заключается в том, что заготовки для внутреннего и наружного колец подшипников получают одновременно. Для реализации процесса штамповки разработаны конструкции штампов. На Лозовском кузнечно-механическом заводе (г. Лозовая, Харьковская область) провели проверку результатов. Опробование разработанного технологического процесса в промышленных условиях подтвердило его эффективность.The new technology of producing workpieces of bearing rings by stamping technology of the "Tower" type on the crank hot forging press has been proposed. The numerical simulations of the setting and stamping operations in closed groove of the heated forging was performed using the finite element method applying the specialized software package QForm. The tasks of calculating distribution of temperature fields in the workpiece depending on the time for both operations were solved in the process of modeling. It is shown that one of the determining factors for these st amping operations is temperature of the workpiece. The calculations for the temperature range of beginning of stamping within 850...1150ºC were carried out. It was determined that the force values for heating of the workpiece of the bearing rings to the temperature of the beginning of stamping T = 850ºC exceed the values of the forces obtained when its heating to the temperature of the beginning of stamping was T = 1150ºC by 6.3% that may lead to jamming of the press and breakdown of the dies. The influence of the initial heating temperature of the workpiece on the its forming and filling up of the final groove of the stamp is analyzed. The results of the calculations showed that at the temperatures of the beginning of stamping below 1150ºC the short stamping of the workpiece in the final groove is possible. Also, the task of final forming for the bearing rings workpiece stamping was solved and the operation forces as the functions of time were calculated. The numerical simulations made it possible to calculate the optimal dimensions of the workpiece after the preliminary operation of setting and to obtain the forging with the filling of the final groove along the tops and withou t defects. According to the results of the calculations the hot stamping process in closed dies in two operations for th e 16 MN crank hot forging press was developed. The feature of the presented technology lies in the fact that workpieces for the inner and outer rings of bearings are obtained simultaneously. The dies design for the implementation of the stamping process have been developed. The simulation results were tested in the Lozivsky forging-mechanical plant (Lozova, Kharkiv region). The developed process approbation in the industrial environment confirmed its effectiveness.