Требования деталей (обработка давлением)

By | 6 июня, 2011

При разработке чертежа детали, получаемой горячей объемной штамповкой, необходимо учитывать реализацию всех возможностей этого процесса. Прежде всего, это относится к качеству поверхности.

Из приведенных в табл. 3.19 параметров шероховатости поверхности деталей после штамповки, строгания, точения и фрезерования видно, что во многих случаях штампованная поверхность вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к деталям с точки зрения эксплуатации и эстетичности.

Таблица 3.19

Шероховатость поверхности, получаемой различными способами обработки

Параметр шероховатости Rz, мкм

160-80

80-40

40-20

20-10

10-6,3

6,3-3,2

3,2-1,6

Фрезерование черновое

+

+

Горячая

штамповка, точение черновое, строгание черновое

+

+

+

Горячая

штамповка повышенной

точности

+

+

+

Строгание чистовое, фрезеровани*

з чистовое

+

+

+

Точение чистовое

+

+

+

+

Холодна

я кали

бровка

+

+

Следует также учитывать требования, обусловленные особенностями объемной штамповки, к геометрической форме и размерам детали. В некоторых случаях необходимо проверить возможность и рациональность изменения конструкции отдельных ее элементов (без ущерба для качества и эксплуатационных характеристик) для упрощения конфигурации поковки в целях облегчения заполнения полости ручья штампа.

Общие конструктивные требования к деталям, изготавливаемым горячей объемной штамповкой, следующие.

1.     Сопряжения необрабатываемых поверхностей должны быть оформлены радиусами, которые необходимы как для улучшения условий заполнения металлом полостей штампа (внутренние радиусы), так и для повышения стойкости штампов (наружные радиусы). Радиусы регламентированы ГОСТ 7505-74*.

2.       На необрабатываемых поверхностях, перпендикулярных к плоскости разъема штампа, следует предусматривать штамповочные уклоны, необходимые для свободного удаления поковки из полости штампа. Штамповочные уклоны зависят от типов штампа и оборудования и должны быть в пределах от 1 до 10°. При штамповке на прессах штамповочные уклоны уменьшаются, так как конструкция прессов позволяет применять специальные приспособления-выталкиватели, предназначенные для принудительного извлечения поковки из полости штампа. При штамповке на горизонтально-ковочных машинах благодаря наличию подвижной разъемной матрицы штамповочные уклоны еще меньше.

3.     Допускаемые отклонения размеров поковок на необрабатываемые поверхности назначают в соответствии с ГОСТ 7505-74*.

4.       Для упрощения конструкции поковки, повышения и улучшения условий заполнения гравюры штампа в отдельных случаях целесообразно разделять деталь на две или большее число частей, штампуемых порознь, которые впоследствии соединяются сваркой или иным способом (рис. 3.18, а), в других случаях, наоборот, целесообразно объединение различных деталей в одну (рис. 3.18, б).

К важным технологическим требованиям, предъявляемым к конструкции штампуемых деталей, относится возможность правильного выбора плоскости разъема штампа. Деталь технологична для горячей объемной штамповки, если ее конструкция обеспечивает легкое извлечение поковки из полости штампа без существенного упрощения формы детали за счет дополнительного металла — напуска. Влияние положения плоскости разъема на форму поковок дано на рис. 3.19. Черным цветом показаны объемы металла, необходимые для упрощения формы детали и обеспечения получения качественной поковки. При изменении плоскости разъема штампа необходимо оценивать объем заусенца, удаляемого после штамповки, и напуски, назначаемые для упрощения формы поковки.

 

5.

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

В некоторых случаях положение плоскости разъема определяется макроструктурой поковки. Например, при штамповке шестерен плоскость разъема штампа всегда должна быть перпендикулярна к оси детали. В этом случае макроструктура получается одинаковой у всех зубьев шестерни и обеспечивает их высокую прочность. На рис. 3.20 показан выбор положения разъема штампа по условиям работы детали. Если деталь работает на срез по линии а—а, то волокна металла должны располагаться перпендикулярно к линии среза (положение плоскости разъема II—II). Положение плоскости разъема I—I в данном случае нежелательно.

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

При выборе плоскости разъема штампа необходимо учитывать условия захвата и базовые поверхности при механической обработке. При прочих равных условиях правильный разъем штампа должен обеспечивать зажим поковки по цилиндрической части и одинаковый припуск вдоль направления обработки резанием, т. е. напуски должны быть расположены по «черным», необрабатываемым поверхностям поковки.

 

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

Отступление от технологических требований, предъявляемых к конструкции штампованных деталей, неизбежно приведет к увеличению себестоимости заготовок из-за повышения затрат на материалы, механическую обработку и увеличения процента брака.

При разработке чертежа поковки пользуются ГОСТ 7505-74*, данные которого распространяются на штампуемые детали массой до 400 кг, изготовляемые горячей объемной штамповкой из черных металлов на различных видах штамповочного оборудования.

Припуски на механическую обработку предусматривают в том случае, если качество поверхностного слоя поковки не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к готовой детали. Припуски назначают либо по всей поверхности детали, либо на отдельные ее элементы, допускаемые отклонения — на все размеры поковки, независимо от наличия и назначения припуска. Допускаемые отклонения на размеры штампованных поковок двусторонние, несимметричные и включают в себя все отклонения от номинальных размеров поковки. Причины этих отклонений следующие: недоштамповка по высоте; износ и неполное заполнение гравюры штампа; поверхностные дефекты материала; колебания объема исходной заготовки; неравномерная усадка материала при охлаждении.

При назначении припусков и допускаемых отклонений размеров необходимо определить массу поковки, категорию материала и группу сложности поковки.

Различают две категории материала: Ml — углеродистая и легированная сталь с содержанием углерода до 0,45 % и легирующих элементов до 2 %; М2 — легированные стали, за исключением указанных в группе Ml.

Группу сложности поковки определяют в зависимости от отношения объема поковки Vn0K к объему фигуры в виде цилиндра или прямоугольного параллелепипеда УфИГ, описанного вокруг поковки, т. е.

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

ГОСТ 7505-74* предусматривает четыре группы сложности поковок в зависимости от величины С:

Первая группа — при 0,63 < С < 1,0;

Вторая группа — при 0,32 < С < 0,63;

Третья группа — при 0,16 < С < 0,32;

Четвертая группа — при С < 0,16.

Чем выше группа сложности поковки, тем менее технологична деталь, больше потери металла при механической обработке, ниже точность поковки.

В некоторых случаях удобно пользоваться критерием сложности поковки, предложенным авторами.

Считая простейшей фигурой поперечного сечения поковки прямоугольник, критерий сложности можно записать следующим образом:

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

 

где Пв — длина контура верхней гравюры штампа в плоскости поперечного сечения поковки; Пн ___ длина контура нижней гравюры штампа; L — длина проекции гравюры штампа на плоскость разъема.

Слагаемое в числителе, стоящее под знаком модуля, дает возможность оценить несимметричность поковки относительно плоскости разъема штампа.

На рис. 3.21 представлены поперечные сечения некоторых поковок и значения критериев сложности, рассчитанные по формуле (3.3).

Как показывают исследования, с критерием сложности в тесной зависимости находится стойкость штампов горячего деформирования. На рис. 3.22 представлены отдельные результаты исследований влияния критерия сложности на стойкость штампов из сталей 5ХНМ и 4Х5МФС, проведенных авторами.

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

Все пересекающиеся поверхности поковки сопрягаются по радиусам, все острые кромки на поверхности поковок необходимо закруглять. Если радиусы закругления не назначены или приняты недостаточными, то в местах их расположения в штампе возникает большая концентрация напряжений, что приводит к быстрому разрушению штампа. Значения наружных радиусов устанавливают в пределах 1-8 мм в зависимости от массы поковок (до 200 кг). Достаточно, чтобы значения для этих радиусов были на 0,5-1 мм больше нормального припуска на механическую обработку поковки, независимо от того, к каким сопрягаемым поверхностям относятся эти радиусы — к механически обрабатываемым или нет. Внутренние радиусы закруглений примерно в три раза больше соответствующих наружных радиусов.

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

Практика штамповки показала, что конструктивные элементы поковок из цветных сплавов отличаются от таких же элементов стальных поковок. Припуски и допускаемые отклонения размеров на поковки из цветных сплавов рекомендуется назначать по ОСТ или ведомственным нормалям, например по ОСТ 3-4026-78.

Штампованные поковки из алюминиевых и магниевых сплавов, подвергаемые очистке поверхности травлением, должны изготавливаться с той же точностью, что и поковки, не подвергающиеся механической обработке.

На поковки из титановых сплавов, поверхности которых не подлежат механической обработке, а поверхностный слой металла удаляется травлением, устанавливают дополнительный припуск 0,5 мм. Если же поверхности штампованных поковок подлежат механической обработке, то дополнительный припуск на травление не назначается.

Припуски и допускаемые отклонения размеров поковок, штампуемых на ГКМ, определяют по ГОСТ 7505-74* с учетом тех же факторов, что и при штамповке на молотах или прессах. Поскольку ГКМ обладают меньшей жесткостью, чем кривошипные горячештамповочные прессы, поковки, изготавливаемые на них, по размеру припусков и допусков ближе к молотовым, чем к прессовым. Штамповочные уклоны на участках поковки, формуемых в полости пуансона: наружные 15′-1°, внутренние 30′-2°. Для участков, формуемых в матрице, наружные уклоны не предусматриваются, а внутренние составляют 1-5°. Наружные радиусы закруглений принимают равными размеру припуска на механическую обработку, внутренние — в 1,5-2 раза большими.

Основные показатели технологичности листовых холодноштампованных деталей — наименьший расход материала, минимальное число и низкая трудоемкость операций, отсутствие последующей механической обработки, наименьшее количество требуемого оборудования и производственных помещений, минимальное число оснастки при сокращении затрат и сроков подготовки производства, увеличение производительности отдельных операций и цеха в целом. Общий результативный показатель технологичности — наименьшая себестоимость штампуемых деталей.

При конструировании деталей, изготавливаемых способами листовой штамповки, необходимо учитывать технологические требования к конструкции листовых штампованных деталей. Основные из них следующие:

1.      Механические свойства листового материала должны соответствовать не только требованиям прочности и жесткости изделия, но также формоизменению и характеру пластических деформаций. Для формоизменяющих операций следует применять более пластичный, хотя и менее прочный материал, так как в процессе холодной штамповки происходит его упрочнение, значительно увеличивающее характеристики прочности материала.

2.     Необходимо создавать легкие и облегченные конструкции деталей, применяя для увеличения жесткости штамповку ребер жесткости, отбортовку, загибку, закатку кромок и т. д., а также заменять тяжелые стандартные прокатные профили более легкими — гнутыми из листового металла.

3.      Конфигурация детали или ее развертки должна обеспечивать наивыгоднейшее использование листового металла — применение малоотходного или безотходного раскроя. Если отход неизбежен, то желательно придать ему конфигурацию, соответствующую другой детали, или использовать его вторично.

4.       Следует широко применять технологичные штампо- сварные конструкции взамен литых, кованых или клепаных.

5.       Необходимо использовать штамповочные методы для сборки отдельных деталей путем расклепки, отбортовки, полой высадки, загибки кромок и лапок, закатки шва и т. п.

Кроме указанных общих требований к конструкции штампованных деталей существуют специфичные требования, присущие отдельным операциям листовой штамповки.

Анализ технологичности штампуемых деталей проводится обязательно с учетом конкретных производственных условий и масштаба производства. При массовом производстве штампуемых деталей основными показателями при оценке технологичности являются расход материала и трудоемкость изготовления. Действительно, при изготовлении деталей сотнями тысяч или миллионами единиц эти факторы приобретают решающее значение. Уменьшение трудоемкости изготовления может быть достигнуто совмещением операций, применением сложных штампов-автоматов, автоматических линий. Связанное с этим удорожание производства оказывает малое влияние на себестоимость продукции, так как затраты распределяются на большое число штампуемых деталей.

Одной из основных технологических характеристик при гибке является минимально допустимый радиус изгиба (радиус пуансона). Минимально допустимые радиусы изгиба должны соответствовать пластичности металла и не допускать образования трещин на наружной поверхности металла (табл. 3.20).

При снятии деформирующих усилий после гибки происходит упругая разгрузка, в результате чего размеры детали изменяются. Последеформационная упругая деформация при гибке носит название пружинения. Для получения точных размеров гнутых деталей необходимо учитывать значения угла пружинения (см. справочники по листовой штамповке, в частности [40] и работы [7,10]).

Для компенсации пружинения применяют различные способы: увеличивают углы подгибки на угол пружинения, применяют гибку с калибровкой (подчеканкой), используют специальные штампы с компенсатором.

Для определения минимально допустимого радиуса изгиба г при получении профилей в многопарнороликовых профилеровочных машинах авторами предложена зависи-

Таблица 3.20 Минимально допустимые радиусы изгиба [9]

Материал

Расположение изгиба по отношению к направлению волокон проката

поперек

вдоль

Алюминий, медь отожженная, латунь

0

0,3

Стали 08-10, Ст 1, Ст 2

0

0,4

Стали 35-40, Ст 5

0,3

0,8

Стали 55-60, Ст 7

0,7

1,3

Сталь коррозионно-стойкая 12Х18Н9Т

1,0

2,0

Дуралюмин: мягкий

1,0

1,5

твердый

2,0

3,0

Титановые сплавы при нагреве до 300-400 °С:

ВТ1

1,5

2,0

ВТ 5

3,0

4,0

мость исходя из максимальных деформаций поверхностных растянутых слоев металла в месте изгиба:

Технологические требования к конструкции деталей, получаемых обработкой давлением

где Sq — толщина материала до деформации; т = Ln (1 + 5m) — коэффициент, характеризующий предельно допустимую местную деформацию; Ln — длина участка деформации; Ьт — предельно допустимая местная относительная деформация образца при испытании на одноосное растяжение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *