4.9 Определение размеров и выбор исходной заготовки

Размеры исходной заготовки определяются исходя из расчетной заготовки и принятой комбинации переходов штамповки.

Для поковок 1 группы объем заготовки с учетом потерь на угар находится по выражению (4.18).

С учетом размеров заготовки и выбранной комбинации переходов штамповки, площадь поперечного сечения исходной заготовки находится по выражениям, представленным в таблице 4.6.

, (4.18)

где – суммарный объем поковки, облоя и выдры;

_у – угар металла, %.

По полученным значениям определяется расчетный диаметр или квадрат исходной заготовки с ближайшей к ней площадью поперечного сечения.

или (4.19)

Используя стандарт по сортаменту, подбирается ближайший больший диаметр или сторона квадрата заготовки, после чего уточняется длина заготовки – .

Таблица 4.6 – Площадь сечения исходной заготовки

Способ штамповки (наличие ручьев)
Без заготовительных ручьев, гибка
Пережимной и формовочный
Подкатные ручьи
Протяжной ручей и последующая формовка и гибка
Протяжка и подкатка
Высадочный ручей
Здесь Vг, lг – объем и длина головки поковки с учетом угара (по расчетной заготовке); dmin – минимальный диаметр концевого участка поковки; К – конусность стержня.

При штамповке с клещевиной к длине заготовки прибавляется длина клещевины:

при мм

или при мм.

Допускаемые величины искажений концов заготовки (рисунок 4.21) при их резке на пресс-ножницах, когда к ним не предъявляют повышенных требований, представлены в таблице 4.7.

Рисунок 4.21 – Отрезанная заготовка

Таблица 4.7 – Допускаемые искажения концов заготовки

Диаметр заготовки, мм	U1	t1	i1	U2	t2	i2
	в мм не более
40	28	3	4	20	2	2,5
45	30	4	5	24	2	3
50	35	4,5	5,5	27	2	3
55	38	5	6	30	2	3
60	40	5,5	6	32	2,5	3,5
65	41	5,5	7	34	2,5	3,5
70	42	6	7,5	36	3	4
75	44	6,5	8	38	3	4
80	46	7	8,5	40	3	4,5
85	48	7,5	8,5	42	3	4,5
90	50	8	9	44	3	5
95	52	8,5	9,5	46	3	5
100	54	9	10	48	3	6
110	56	9,5	12	50	3,5	7
120	58	10	14	52	3,5	7
130	60	11	15	54	4	7,5
140	62	12	16	56	4	7,5
150	63	12	17	58	4,5	7,5
160	64	13	18	59	4,5	8
170	65	14	19	60	5	8,5

При расчете заготовки поковок 2 группы во избежание искривления заготовки при осадке необходимо, чтобы:

. (4.20)

C учетом выбранного коэффициента m диаметр заготовки или стороны квадратной заготовки равны:

или (4.21)

Определив _Dзаг или _Азаг по таблице 4.7 подбирают ближайшие размеры заготовки.

После уточнения объема и массы поковки 2 группы производится оптимизация размеров облойной канавки:

(4.22)

Ширина мостика:

(4.23)

где S – обобщенный критерий сложности поковки:

; ; , (4.24)

; (4.25)

; (4.26)

Р_п – периметр поковки; F_п– площадь сечения поковки; Р_ц – периметр описанного цилиндра; F_ц – площадь описанного вокруг контура поковки цилиндра; R_цп – абсцисса центра тяжести половины осевого сечения поковки; – радиус поковки в плане; D_п – диаметр поковки;

Р_о, F_o – периметр и площадь осевого сечения заготовки;

Р_цо, F_ц0 – периметр и площадь сечения, описанного вокруг заготовки цилиндра;

R_ц0 – абсцисса центра тяжести половины осевого сечения заготовки.

Для цилиндрической заготовки , , _.

Рисунок 4.22 – Расположение полостей в штампе

Расход металла с облоем находится по формуле:

, (4.27)

где – критерий для учета соотношений формы поковки и заготовки, диаметра заготовки и положения внутренней и наружной плоскостей разъёма;

; (4.28)

h₀ – минимальное расстояние между теми плоскостями в сомкнутом штампе, на которые опирается заготовка в исходном состоянии;

h_р – расстояние между внутренней и наружной плоскостями разъема штампа (рисунок 4.23).

Рисунок 4.23 – Варианты смещения наружной плоскости разъема штампа и изменение исходного положения заготовки

Уточняем массу заготовки:

. (4.29)

Длина обрезаемой заготовки равна:

. (4.30)

Предварительная осадка поковок 2 группы обусловлена сложностью отрезки на ножницах коротких заготовок, искажением их формы при резке, необходимостью удаления окалины, уменьшения износа ручья для штамповки.

Неудачно выбранное значение величины осадки приводит к образованию зажимов или более интенсивному вытеканию металла в облой.

С учетом сказанного, зависимость между размерами осаженной заготовки, ее массой и критерием сложности поковки имеет следующий вид:

(4.31)

Диаметр осаженной заготовки:

(4.32)

Высота осаженной заготовки:

(4.33)

Конструированию штампов предшествует расчет и конструирование его ручьев в соответствии с выбранными переходами штамповки, которые могут быть скорректированы в соответствии с выбранным размеров основного технологического оборудования.

В работах [1–3] подробно разработаны конструктивные особенности штамповочных и заготовительных ручьев молотового штампа.

Молотовые штампы изготавливаются из кованых призматических заготовок из штамповых сталей, из конструкционных со вставками из легированных сталей, иногда литые стали. Размеры штампа выбираются в зависимости от количества и расположения ручьёв, расстояний между ними с учётом нагрузки опорной поверхности хвостовика и поверхности соударения. Ручьи на зеркале штампа располагаются в порядке выполнения технологического процесса. Центром штампа называется точка пересечения оси шпонки с осью хвостовика. В общем случае центр штампа не совпадает с геометрическим центром кубика. Центром ручья называется точка приложения равнодействующих на верхний штамп в момент удара.

Положение окончательного и предварительного ручьёв, а также клещевины должно быть таким, чтобы клещи были перпендикулярны фронту штампа. Аналогичное расположение должно быть и для заготовительных ручьёв. На рисунке 4.24 показано устройство простого молотового штампа.

Рисунок 4.24 – Устройство простого молотового штампа

При наличии ПрШР и ОШР последние располагаются по обе стороны от центра штампа на расстоянии (рисунок 4.25). ПрШР – , ОШР – общего расстояния между ручьями.

Центр штампа совмещают с центром ОШР, а центр верхнего ПрШР смещают относительно центра нижнего ПрШР на величину ожидаемого переноса в ПрШР к центру штампа.

Положение ОШР и ПрШР должно быть таковым, чтобы максимально использовать зеркало штампа и максимально сократить транспортировку поковки по штампу.

Рисунок 4.25 – Расположение штамповочных ручьев

Расстояния между ручьями и толщина стенок штампа зависят от глубины ручья, штамповочных уклонов гравюры, радиусов закруглений и формы полости ручья в плане. По номограмме, связывающей некоторый параметр Т, который зависит от глубины ручья h, радиуса r и штамповочного уклона α менее глубокой полости, со стороны которой возможно разрушение штампа, определяется параметр По эмпирическим зависимостям находится величина толщин стенок между ручьями и толщина стенок штампа. По найденным значениям толщин S_i и площадям ручьёв находится величина b_необх и l_необх. Проводятся диагонали полученного зеркала штампа и определяются несоответствия центра штампа с геометрическим центром кубика. После определения размеров зеркала штампа l_H и b_H проверяется площадь соударения поверхностей, неизрезанных ручьями. Она должна быть достаточной, чтобы не происходило раскола или подсадки штампа. Для мелких штампов F(площадь соударения) ≥ 150см²·G, где G – масса падающих частей молота. Для средних штампов F ≥ 300см²·G. Для крупных – F ≥ 450см²·G. Высота кубика в первом приближении определяется по наиболее глубокой полости штампа. При h_max=10…25 мм, то Н_min=(6…10) h_max. Если h_max=50…100 мм, то Н_min=(3…4) h_max. По полученным значениям в соответствии с ГОСТ определяются размеры штампового кубика. Волокна в кубике располагаются вдоль оси кубика. После определения размеров кубика делается проверка:

1. Поместится ли кубик между стойками молота.

2. Достаточна ли высота кубика. Высота штампа должна быть больше закрытой высоты штамповочного пространства молота в 1,25 раза для возможности возобновления штампов.

3. Соответствует ли масса верхнего штампа массе падающих частей молота. Масса верхнего штампа равна 0,25÷0,35G.

На рисунках 4.26 и 4.27 представлены конструкции сборных молотовых штампов.

Предельные габаритные размеры штамповочных кубиков стандартизированы по ГОСТ 7831–71.

Проектирование элементов взаимного направления и крепления штампов.

Половины молотовых штампов ориентируются при установке по контрольному углу, служащему также базой при механической обработке гравюр ручьев. Контрольный угол получается при прострожке двух прилегающих к разъему плоских полос на двух взаимно перпендикулярных сторонах штампового кубика. Высота контрольного угла – 50–60 мм от плоскости разъема и глубиной строгания 5 – 6 мм.

Рисунок 4.26 – Устройство сборных штампов

Рисунок 4.27 – Сборная конструкция молотового штампа

коленчатого вала

При изготовлении поковок с повышенными требованиями по смещению и с изогнутой главной осью или линией разъема предусматриваются замки и контрзамки, а также специальные мероприятия по устранению этих негативных явлений.

При штамповке поковок с изогнутой осью, а так же линий разъёма, наличие в ручье наклонных поверхностей приводит к неравномерности распределения удельных давлений в ручье и, как следствие, возникновение горизонтальных сдвигающих усилий. Существует 4 способа уравновешивания (рисунок 4.28).

1. Спаривание мелких поковок

2. Соответствующий выбор линии разъёма (поворот поковки)

Данный метод используется для штамповки средних и крупных поковок. Суть метода заключается в повороте поковки на угол α таким образом, чтобы концы поковки были на горизонтальной прямой. Угол поворота α определяется в виде:

, (4.34)

где h – высота перепада; l_п – длина поковки.

Если угол поворота больше 7º, то данный метод нежелательный, в следствии увеличения припусков.

3. Для углов поворота до 30º и высоте h>15 применяется контрзамок (упорный зуб):

; ; мм

β зависит от h:

При h < 20 мм β=7º ; при h =20÷50 мм β=5º; при h = 50÷100 мм β=3º ; при h >100 мм β=1º

4. При изготовлении поковок с повышенными требованиями по смещению в штампах выполняются замки. В зависимости от формы они бывают: долевые, боковые, крестообразные и др.

Рисунок 4.28 – Уравновешивание сдвигающих усилий

Рисунок 4.29 – Конструкции замков

В ГОСТе 6039–71, а также в работе [2] представлены стандартные размеры мест крепления штампов, хвостовиков типа «ласточкина хвоста», шпоночных пазов и подъемных отверстий, шпонок, прокладок к ним и клиньев.

Чертеж молотового штампа.

На чертеже штампа должны быть: план нижнего штампа ( вид на нижний штамп сверху), вид спереди на оба штампа в сомкнутом состоянии, все необходимые разрезы и сечения, обеспечивающие изготовление штампа.

Система проставления размеров на чертеже строится с учетом разметки от контрольного угла стороны штампа.

Чертеж молотового штампа вычерчивается в масштабе 1:1 (допускается 1:2 или 1:5), однако все сечения выполняются в масштабе 1:1.

В технических условиях должны быть указаны: марка материала штампов, конструктивные элементы, ГОСТы на них и термическая обработка.

На стандартизованные общемашиностроительные детали (клинья, шпонки и др.) даются только ГОСТы. Здесь же указываются технические требования на способы контроля и условия эксплуатации, шероховатость поверхности гравюры, твердость штампа в соответствии с рекомендациями [2].