8 ПРИНЦИПИ АНАЛІЗУ ДЕТАЛІ НА ТЕХНОЛОГІЧНІСТЬ ТА ВИБІР СПОСОБУ ШТАМПУВАННЯ ПОКОВКИ

 

8.1 Загальний алгоритм розробки креслення поковки

 

Розробка креслення поковки є важливим етапом при розробці технології гарячого штампування. Креслення поковки служить основою при конструюванні штампа.

 

Розробку креслення поковки починають з комплексного аналізу, який включає оцінку розмірів та геометрії деталі, технічних умов на її виготовлення, матеріалу деталі, потрібної кількості деталей. Необхідно враховувати майбутню орієнтацію волокон в поковці, яка б забезпечувала підвищення міцності окремих елементів деталі. Габаритні розміри деталі дозволяють орієнтовно оцінити габарити поковки. Початково слід визначити тип виробництва майбутніх поковок та тип поковки: молотова, пресова, поковка ГКМ і т.д., кругла в плані чи видовжена, схема штампування: відкрита, закрита, чи штампування видавлюванням.

 

Розробка креслення поковки здійснюється згідно з ГОСТ 7505-89 [1] в такій послідовності:

 

1)     встановити площину роз’єму штампа;

2)     орієнтовно визначити масу поковки за масою деталі з врахуванням наближеної маси припусків та напусків для того, щоб можна було користуватись таблицями стандарту;

3)     встановити групу сталі;

4)     розрахувати ступінь складності поковки;

5)     вибрати клас точності поковки;

6)     встановити вихідний індекс поковки;

7)     призначити припуски на механічну обробку, допуски та ковальські напуски;

8)     встановити штампувальні уклони, побудувати лінію роз’єму;

9)     встановити зовнішні та внутрішні радіуси заокруглень;

10) вибрати конструкцію наміткі отвору з перемичкою під прошивання (для деталей з отворами);

11)  визначити точну масу поковки з врахуванням 0,5 позитивного (верхнього) граничного відхилення для зовнішніх розмірів та 0,5 від'ємного (нижнього) відхилення для внутрішніх розмірів (отвори чи порожнини).

Вихідними даними для конструювання креслення поковки є: креслення деталі та технічні умови на її виготовлення; тип ковальсько-пресової машини; технічні вимоги до якості поковки.

 

8.2 Аналіз креслення деталі

 

При аналізі креслення деталі перш за все необхідно дати геометричну та технічну характеристику деталі, проаналізувати технічні умови на її виготовлення. Також слід провести аналіз технічного призначення деталі: в якому вузлі чи механізмі вона працює, які функції виконує, які несе навантаження, особливості спрацювання та інше.

 

Геометрична характеристика включає опис просторової форми деталі, габаритних та інших геометричних розмірів, форми конструктивних елементів (отворів, виступів, западин, різьби, ребер та ін.), чистоти обробки поверхонь (шорсткості), допусків розміщення поверхонь, фасок та скруглень то що. Чим детальніший буде аналіз геометрії деталі, тим точніший буде вибір способу штампування. При описі конструктивних елементів деталі бажано вказувати їх функціональне призначення.

 

Технічна характеристика деталі включає вимоги до твердості та її розподіл по об'єму, опис матеріалу, з якого виготовлена деталь та можливих замінників (хімічний склад та механічні властивості), вимоги до клеймування та консервації і т.п.

 

При описі технічного призначення перш за все звертають увагу на назву деталі (шестерня, втулка, зубчасте колесо, важіль, балка та ін). Найбільш точний опис виконують на рівні консультацій із замовником на виготовлення деталі чи постачання поковок. В курсовому проектуванні призначення обговорюється при видачі завдання та залежить від назви деталі. Зокрема шестерні, зубчасті колеса працюють зубчастих передачах і умови роботи деталей тут є відомими: зубці працюють на спрацювання та зазнають згину, проте рівень цих чинників залежать від крутного моменту та швидкості. Важелі, балки зазнають повздовжнього згину тому волокна металу слід спрямувати вздовж головної осі. Тобто від призначення та умов роботи залежить вибір розташування волокон металу і, відповідно, схема штампування: в торець, пластом чи видавлюванням.

 

Отже, до опису деталі слід підходити творчо.

 

8.3 Визначення типу виробництва та виду ковальсько-штампувальної машини

 

Аналіз геометрії деталі дозволяє визначити групу майбутньої поковки, схему деформування заготовки в штампі: в поперек чи вздовж більшої осі заготовки (пластом чи в торець) або ж штампування за схемою видавлювання, вид ковальсько-штампувального агрегату та тип виробництва поковок.

 

Гарячим об'ємним штампуванням отримують поковки різноманітної конфігурації від простих до досить складних. Всі поковки в залежності від конфігурації розділені на групи складності, у відповідності до яких підбирають спосіб її отримання (кування чи штампування на молотах, пресах чи на іншому обладнанні). За формою поковки поділяють на три основні групи: з витягнутою віссю, симетричні в плані та складні (табл. 1.1). До першої групи відносять поковки типу шатунів, важелів, валів, поковки з зігнутою віссю, складним поперечним січенням, з розгалуженням. До другої групи відносять поковки типу фланців, втулок, кілець, зубчастих коліс, хрестовин, з отворами. До третьої групи відносять поковки складної форми, проміжні круглі в плані та з витягнутою віссю, з відгалуженнями та розгалуженнями, поковки типу колінчастих валів.

 

Поковки з витягнутою віссю штампують в пласт, що дозволяє перерозподілити метал по довжині заготовки. Круглі в плані поковки штампують за схемою осадки вздовж осі заготовки. Поковки третьої групи штампують в складних рівчаках за декілька переходів. В багатьох випадках попередній вибір технології штампування виконується без розрахунків. Для цього звертаються до типових технологічних процесів штампування.

 

Тип виробництва в ковальсько-штампувальних цехах може бути орієнтовно визначений за річною програмою випуску деталей (табл. 8.1). За масою штамповані поковки розділяють на три групи: дрібні – до 1 кг, середні – до 15 кг, великі – більше 15 кг. Відповідно до типу виробництва, геометрії та маси поковки приймають вид ковальсько-штампувального агрегату. При одиничному та дрібносерійному виробництвах переважають процеси кування чи однорівчакового штампування на молотах або гідропресах. При серійному виробництві частіше застосовують процеси багаторівчакового штампування на механічних пресах (КГШП іноді ГКМ). Для багатосерійного та масового виробництва характерні процеси багаторівчакового штампування на ГКМ, автоматичних агрегатах та механізованих лініях.

 

За прийнятим типом виробництва та формою деталі вибирається тип обладнання, уточнюється схема деформування, визначається положення лінії роз’єму штампів, визначається клас точності поковки.

 

Таблиця 8.1 – Ознаки серійності ковальсько-штампувального виробництва

Тип виробництва	Орієнтовний річний випуск на одиниці обладнання поковок, шт/рік			Кількість деталей, що постійно закріплені за одиницею обладнання, шт.
	дрібних   (до 1 кг)	середніх   (понад 1 до 15 кг)	великих   (більше 15 кг)
Одиничне та дрібносерійне	до 50000	до 10000	до 2000	понад 20
Серійне	50000...500000	10000...100000	2000...10000	6...20
Багатосерійне та масове	понад 500000	понад 100000	понад 10000	1...5

 

8.4 Вибір схеми та способу штампування з розробкою маршрутної технології

 

Основними факторами, що визначають вибір оптимального технологічного процесу виготовлення поковок, для подальшої механічної обробки, є: конфігурація і геометричні розміри деталі, співвідношення розмірів її окремих елементів, марка сталі, технічні вимоги до виготовлення, масштабу виробництва і конкретних виробничих умов.

 

Технологічний процес повинен забезпечувати виготовлення поковки у суворій відповідно до вимог, що встановлені кресленням і технічними умовами. При розробці технологічного процесу необхідно вибирати з числа можливих варіантів найкращий, який відповідає проектованим умов виробництва. Основними критеріями при виборі найкращого варіанту технологічного процесу є забезпечення найменшої собівартості поковки, найменших витрат матеріалів, найменшої трудомісткості та простоти виготовлення штампувального інструменту. Вибір варіанту технологічного процесу виготовлення поковок визначається також обсягом виробництва і спеціальними вимогами до продукції, що випускається.

 

Технологічні процеси гарячого штампування включають виконання наступних основних операцій: оброблення вихідного матеріалу на заготовки мірної довжини (різка, рубка, ламання), нагрівання заготовок (печі, КІН), пластичне формування з метою надання необхідної форми (основні штампувальні операції), обрізні та оздоблювальні операції (за потреби), термообробка поковок, очищення та контроль. Отже, процес штампування та процес виготовлення поковки це дещо різні речі. Процес виготовлення поковки включає багато операцій, з яких лише одна (чи декілька) штампувальна.

 

Для розробки технологічних процесів використовуються маршрутні карти та відомості. Геометрія, схема штампування та встановлений раніше тип виробництва зумовлюють вибір обладнання та інструменту, а також послідовність основних операцій процесу виготовлення поковки, тобто маршрутну технологію.

 

Для штампувальних операцій використовують штампувальні молоти, гарячештампувальні преси, горизонтально-кувальні машини, гвинтові преси, гідропреси, пресавтомати. Молоти доцільно використовувати дрібносерійному та серійному виробництві (поковки масою до 250 кг), преси – в серійному, багатосерійному чи масовому для середніх та великих поковок (до 500 кг), гвинтові преси при дрібносерійному виробництві дрібних поковок, гідропреси в дрібносерійному та серійному виробництві середніх та великих поковок (до 2000 кг), ГКМ та пресавтомати у масовому виробництві, але при невеликій масі поковок: до 15 кг.

 

Для обрізки облою доцільно використати обрізні преси. Процеси термічної обробки проводять у камерних печах періодичної дії, виконуючи відпал, якій знімає внутрішні напруження в поковках після штампування та вирівнює твердість поковок. Очищення полягає у видаленні окалини з поверхні поковок, яка заважає механічній обробці та може спричинити швидке затуплення металорізального інструменту.

 

8.5 Вибір поверхні роз'єму штампів

 

Поверхня чи площина роз'єму – це поверхня, по якій змикаються верхня та нижня частини штампу. У відкритих штампах в цій площині розміщують облойну канавку, яка заповнюється металом при витисненні його з порожнини рівчака. Цей надлишок металу утворює облойний заусенець.

 

Початково поверхню роз’єму штампу можна спроектувати для фігури, в яку вписується поковка чи деталь (рис. 8.1). Загалом площину роз’єму вибирають з врахуванням таких умов:

 

1)     поковка має вільно видалятись з верхньої та нижньої частин штампу, для чого роз’єм штампу розміщують в площині січення поковки з найбільшим периметром;

2)     взаємне розташування поверхні роз’єму та поковки повинно виключити порожнини (піднутрини) на бічних поверхнях поковки;

3)     рівчаки орієнтуються таким чином, щоб їх заповнення здійснювалось за рахунок осадки, а не видавлювання, при цьому порожнини під тонкі високі ребра, бобишкі та напливи необхідно розміщувати у верхній половині штампу;

4)     доцільно, щоб поверхня роз’єму перетиналась вертикальними твірними поковки, що спрощує контроль зміщення частин штампу;

5)     розміщення площини роз’єму повинно дозволити виконати намітку під пробивання отвору;

6)     при неплоскій поверхні роз’єму горизонтальні зсуваючі зусилля компенсують замками та контрзамками, направляючими колонками, симетричним розміщенням двох неплоских поковок або поворотом неплоскої (зігнутої) поковки таким чином, щоб кінці її розміщувались на одному рівні.

 

 

Рис. 2.1 – Можливі положення площин розєму штампів для простих фігур

 

В штампах ГКМ існує дві площини роз’єму: одна між пуансонами та матрицями (головна площина), друга – між матрицями. Головна площина роз’єму може мати три положення, при яких поковка остаточно формується лише в матриці, лише в пуансоні та частково в матриці і частково в пуансоні.