2.2. Определение формы и размеров заготовки

Исходными данными при определении формы и размеров заготовки являются способ штамповки, конфигурация и размеры детали. Так, для деталей, получаемых гибкой, заготовка определяется разверткой с учетом смещения нейтральной оси; при получении полых деталей — штамповкой-вытяжкой, отбортовкой, формовкой из условия равенства площадей заготовки и детали с учетом припусков на обрезку.

Для деталей, получаемых объемной штамповкой и вытяжкой с преднамеренным утонением стенок, заготовка определяется из условия равенства объемов заготовки и готовой детали.

После проведения расчетов по определению формы и размеров заготовки студент оформляет ее чертеж.

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА РАЗМЕРОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ ЗАГОТОВКИ

Расчет размеров заготовки под отбортовку

Необходимо рассчитать размер заготовки d под отбортовку для детали из стали Х18Н9Т. Толщина листа 5 = 0,8 мм. Диаметр отверстия d в заготовке под отбортовку в случае изготовления детали без подрезки определяется по формуле, приведенной в справочнике [18]: d = D - (2H - 0,43R - 0,72 S).

Рис. 4. Деталь с отбортовкой

По данным чертежа (рис.4) имеем:

D₁ = 15,8 мм, H = 4 мм, R = 1 мм, S = 0,8 мм.

Тогда d = 15,8 - (2x4 - 0,43x1 - 0,72x0,8) = 8,8 мм.

Расчет размеров и определение геометрии заготовки для детали произвольной коробчатой формы

Необходимо рассчитать размеры и определить форму заготовки для детали, показанной на рис. 5. Материал детали: сплав АМцАМ. Толщина листа S = 1 мм.

Рис. 5. Деталь коробчатой формы

Расчет проводим по средней линии толщины детали и согласно рекомендациям, приведенным в работе [18].

Определение типа коробки. Отношение высоты детали к ее ширине

Н/В = 12,7/62 = 0,205 < 0.3, следовательно, деталь относится к типу низких коробок и может быть получена за одну операцию вытяжки |[18, с. 105].

Определение способа построения заготовки. Исходя из сочетания параметров коробки на участке радиуса R = 6 мм.

R/B = 6,5/62 = 0,105 и Н/В = 0,205

по графикам (рис. 87 в работе [18]) устанавливаем, что деталь относится к типу низких коробок с относительно малыми радиусами угловых закруглений. Построение заготовки в этом случае производится путем развертки элементов коробки на плоскость.

Определение припуска на обрезку по высоте детали. Припуск на обрезку детали участков радиуса R6 (согласно табл. 41 [18]) ΔН= (0,03...0,05)H; тогда ΔH = 0,04, H = 0,04 x 12,7 = 0,51 мм; для участка радиуса R 30,5 припуск принимаем, как и в случае вытяжки цилиндрической детали без фланца. Согласно табл.34 [18] величина припуска при отношении H/d = H/2R = 0,403 будет составлять ΔH = 1,0 мм.

Наибольшее значение припуска на обрезку H = 1,0 мм принимаем на всей высоте детали. Соответственно высоту детали с. припуском на обрезку принимаем равной

H_пр=Н+ ΔH=12,7+1,0=13,7 мм.

Расчет и построение формы, заготовки. При расчете формы заготовки, поскольку деталь относится к классу низких коробок, принимаем, что вытяжка происходит только в радиусных частях заготовки, а прямолинейные участки стенок отгибаются. Поэтому при расчете размеров заготовки применим на прямолинейных участках формулы для расчета длины развертки при гибке, а на участках радиусов R6 и R30,5 – формулы для расчетов размеров заготовки цилиндрических деталей при вытяжке.

Расчет размеров и построение формы заготовки осуществляем в следующем порядке:

а) определяем длину отгибаемой части стенок l, включая закругление угла (r_д = 3,5) у дна:

l=H_пр+0,57 r_д=13,7+0,57 3,5=15,7 мм;

б) определяем радиусы заготовки в углах для участков R6 и R30,5.

Радиусы закругления в углах и у дна коробки разные, поэтому формула для определения радиусов заготовки будет следующая:

R= .

Подставляя численные значения в формулу, находим радиусы заготовки:

для участков R6

R₁= =14,1мм,

для участка R30,5

R₂= =41,75мм;

в) определяем ширину и длину заготовки.

Ширина заготовки 62 – 2 х З,5 + 2 х 15,7 = 86,4 мм.

Длина заготовки 82—31,5—3,5 + 41,75+15,7=103,45 мм;

г) строим форму заготовки со ступенчатым переходом от закругления к прямым стенкам:

для участка радиуса R6 (рис. 6). Отрезок ступенчатого перехода а – b делим пополам. Через точку, лежащую на середине отрезка а – b, проводим касательную к окружностям радиуса R14,1;

Рис. 6. Построение формы заготовки на участке радиуса R6

для участка радиуса R30.5 (рис. 7). Через точку, лежащую на середине ступенчатого перехода (отрезок а – b), проводим касательную к окружностям радиуса R41,75;

д) вычерчиваем заготовку (рис.8).

Рис. 7. Построение формы за­готовки на участке радиуса R30,5

Полученные путем расчета и геометрического построения размеры заготовки округляем до целых значений миллиметра.

Углы между касательными и прямыми стенками закругляем радиусами для участков R6 и R30,5 соответственно R14 и R42.

Рис. 8. Эскиз заготовки

2.3. РАСЧЕТ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО РАСКРОЯ ЛИСТОВ ИЛИ ЛЕНТЫ

Заготовки получают из листов или лент, изготовленных на металлургических заводах согласно стандартам. Стандарты на листы и полосы объединены в сборник государственных стандартов [11], в них приводятся сортамент (габариты, толщина точность), марки материала и технические требования. Чаще всего применяют листы следующих габаритных размеров:

для конструкционных и жаропрочных сталей – 710x1420. 1000X2000, 1250X2500, 1400x2800;

для цветных сплавов на алюминиевой и магниевой основе – 1000X2000X2500, 1200x2000x2500, 1500x2000 мм. Ленты изготавливаются различной ширины (до 400 мм) и длины (до нескольких десятков метров), в рулонах.

Листы, как правило, режутся на полосы. При выборе наиболее рационального раскроя стремятся к тому, чтобы максимально использовать материал стандартных листов или лент с соблюдением необходимых перемычек и направления волокон проката.

Раскрой листа начинают с того, что устанавливают наиболее выгодное последовательное расположение заготовки на полосе, затем определяют ширину полосы и количество вырезаемых из полосы заготовок. При штамповке из ленты определяют рациональное расположение заготовок на ленте, ширину ленты согласовывают со стандартными размерами сортамента.

Длину полос при ручной подаче для удобства работы берут не более 2 м. При автоматической подаче материала целесообразно применять ленту.

Обычно при раскрое возникает несколько вариантов. Студент выбирает 2 – 3 варианта раскроя ленты или листа, вычерчивает их на миллиметровке и определяет вариант с наиболее выгодным расположением деталей. При раскрое листа подсчитывается коэффициент использования полосы, а также общий коэффициент использования материала (КИМ) листа. На основании этих расчетов студент принимает наиболее рациональный раскрой ленты и листа.

Этот раздел проекта выполняется в следующем порядке:

1) определение вариантов раскроя полосы или ленты с учетом лучшего использования металла;

2) подсчет шага штамповки;

3) выбор рационального раскроя полосы или ленты;

4) выбор варианта раскроя листа на полосы и расчет коэффициента использования металла.

Некоторые шаги алгоритма раскроя материала поддаются формализации, и для отдельных типов деталей созданы автоматизированные системы оптимизации раскроя полосы [3].

ПРИМЕР РАСЧЕТА И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО РАСКРОЯ ПОЛОСЫ

Необходимо выбрать рациональный раскрой полосы для заготовки, показанной па рис. 9.

По чертежу заготовки делают 3 – 4 шаблона из плотной бумаги или картона. Раскладывая шаблоны в различных комбинациях для выявления наиболее экономичного расхода листового материала, можно получить несколько вариантов раскроя полосы. На рис. 10 представлены три варианта раскроя.

Рис. 9. Эскиз заготовки

Для выбора наиболее рационального раскроя полос вначале определим ширину полос.

Ширина полосы В = D + 2m + δ_в, где D для I, II и III вариантов соответственно равны 63, 78 и 119 мм.

Исходя из толщины, размеров и конфигурации заготовки, наименьшую величину перемычки m (согласно табл. 139 [8] принимаем равной m = 2 мм, а односторонний допуск на ширину полосы, в случае разрезки листа на гильотинных ножницах, определяем согласно табл.144 [18]: при В = 100мм δ_в = - 0,6мм, при В > 100 мм δ_в = - 0,8 мм.

Тогда ширина полосы будет равна:

I вариант B = 63 + 2 x 2+ 0,6 = 67,6 мм;

II вариант В = 78 + 2 x 2 + 0,6 = 82,6 мм;

III вариант В = 119 + 2 x 2 + 0,8 = 123,8 мм.

Для оценки экономичности вариантов раскроя полосы определим коэффициент раскроя

ƞ= 100%,

где F_заг – площадь заготовки; n – количество рядов раскроя в полосе; В – ширина полосы; А – шаг штамповки (вырубки).

Чтобы проще определить площадь F_заг заготовки, разделим ее на элементы правильной геометрической формы.

Тогда

F_заг =1635 мм².

Количество рядов раскроя в полосе для всех вариантов n = 2.

Рис. 10. Варианты раскроя полосы

Соответственно коэффициент раскроя полосы равен:

η = =44% (I вариант),

η = =48,3% (II вариант),

η = =48,6% (III вариант).

Однако коэффициент η не дает полного представления η об общей величине полезного использования металла. Последняя определяется общим коэффициентом использования металла (КИМ).

K= 100%.

Количество деталей N, фактически получаемых из полосы длиной L = 2000 мм, будет равно:

N=2 =36 штук (I вариант),

N=2 =48 штук (II вариант),

N=2 =73 штук (III вариант).

Соответственно:

K = =43,5% (I вариант),

K = =47,6% (II вариант),

K = =48,2% (III вариант).

Согласно проведенному расчету и учету расположения линий гиба под углом к направлению волокон проката выбираем раскрой полосы, выполненный по III варианту, как наиболее рациональный.

2.4. СОСТАВЛЕНИЕ ПЛАНА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

Целью технологического процесса холодной штамповки является получение годных деталей при наименьшем количестве операций и минимальных затратах.

Для установления рационального технологического процесса изготовления заданной детали, т. е. определения метода последовательности и количества операций штамповки, составляется план технологического процесса (план обработки, маршрутная технология). Составление плана обработки является важной творческой задачей, для успешного решения которой необходимо доскональное знание технологических возможностей основных операций холодной штамповки, их особенностей, а также наиболее полный технологический анализ чертежа.

Технологический анализ и изучение чертежа детали позволяют:

судить о необходимых и возможных методах получения заданной детали и составить примерный объем операций холодной штамповки;

выяснить возможность укрупнения или разделения операций для получения заданной формы детали, а также наметить выбор типа оборудования и схем штампов;

зная заданную точность и чистоту поверхностей детали, определить окончательные методы обработки. Например, поверх кость среза, имеющую скол после вырубки, необходимо обработать на зачистном штампе; полую конусообразную деталь калибровать растяжением. При этом следует иметь в виду, что каждая точная окончательная обработка (операция) требует определенной подготовки на предшествующей операции. Например, для обработки поверхности среза после вырубки зачисткой требуется предусмотреть припуск на зачистку; для калибровки полой заготовки растяжением необходимы заниженные на величину растяжения размеры заготовки.

В случае наличия по ТТ чертежа детали термической или термохимической обработки, а также необходимости улучшения пластических свойств материала после операций штамповки принимают решение о месте этой обработки в технологическом процессе.

Термообработка основных деталей авиадвигателей производится после каждой операции формообразования.

Зная содержание процесса и решив задачу о целесообразной концентрации операций, можно составить план техпроцесса.

В одной операции можно сконцентрировать большое количество разнородных методов штамповки (например, вырубку заготовки, первую вытяжку, пробивку отверстия, формовку и т. д.). Однако, учитывая возникающую в этом случае сложную конструкцию штампа, необходимо находить целесообразные варианты концентрации операций.

Задачи, разрешаемые как в масштабе всего процесса, так и при разработке отдельных операций, всегда являются комплексными, состоящими из многих взаимосвязанных задач, требующих параллельного разрешения. Вследствие сложности комплексной задачи приблизиться, к правильному ее разрешению можно лишь постепенно, посредством ряда попыток.

При составлении плана обработки, кроме наименования операции, необходимо наметить тип потребного оборудования, варианты концентрации обработки на отдельных операциях, мероприятия по механизации и автоматизации процесса и технике безопасности при работе на прессах и другом оборудовании.

Безопасность работы на прессах обеспечивается с помощью ручного (двумя руками) и кнопочного включения; ручного предохранительного инструмента; механизма подачи заготовок и удаления деталей и отходов; ограждений и фотоэлементной защиты.

В плане обработки находят отражение операции термообработки, слесарной зачистки, контроля и др.

Наименование и содержание операций с эскизами для удобства рекомендуется оформлять на отдельной тетради или на листе миллиметровки. В этой же тетради затем следует производить расчет усилий штамповки, выполнять эскизы принципиальных, схем штампов и т. д.

Составленный план обработки и его варианты представляются консультанту проекта на согласование, а после расчета количества операций – на утверждение.

В последние годы появились новые, высокоскоростные методы штамповки (магнитно-импульсная обработка металлов – МИОМ, электрогидравлическая штамповка – ЭГШ, штамповка взрывом), процессы формообразования деталей жидкостью и эластичными средами, раскаткой и др. Поэтому в случае технической целесообразности и экономичности необходимо в разрабатываемый техпроцесс включать эти прогрессивные виды обработки металлов давлением. Основные сведения, методики расчетов, принципиальные конструкции штампов и оснастки и другие данные по указанным методам штамповки и процессам формообразования имеются в работах [2, 7, 14] и др.

Ниже приведен пример плана обработки сопла.

Изделие: НК Деталь № 0063

Наименование детали: сопло Материал: Х18Н9Т

Номер операции	Наименование операции	Оборудование	Эскиз
5	Резка листа на полосы	Гильотинные ножницы	Рис.
10	Вырубка заготовки	Пресс кривошипный	Рис.
15	Промывка
20	Покрытие заготовки лаком
25	Вытяжка 1-я	Пресс двойного действия	Рис.
30	Обезжиривание
35	Термообработка
40	Гидрообдувка и промывка
45	Вытяжка 2-я	Пресс двойного действия	Рис.
50	Вытяжка 3-я	Пресс двойного действия	Рис.
55	Обезжиривание
60	Термообработка
65	Гидрообдувка и промывка
70	Калибровка	Пресс гидравлический	Рис.
75	Подрезка торцов, зачистка заусенцев. Полировка кромок	Станок токарный	Рис.
80	Формовка растяжением	Пресс кривошипный	Рис.
85	Обезжиривание
90	Окончательный контроль