3.6.2.         Общие рекомендации при проектировании заготовки

Выбор материала

При выборе материала для деталей из горячештампованных заготовок необходимо учитывать не только его соответствие условиям работы детали, но и штампуемость (способность к пластическому деформированию) и обрабатываемость резанием. Необходимо стремиться к минимальной номенклатуре используемых материалов, чтобы не усложнять серийное производство применением различных режимов горячей обработки.

Для изготовления деталей из горячештампованных заготовок рекомендуется применять следующие материалы, освоенные в серийном производстве:

¨ конструкционные стали:

25, 45, 30ХГСА, 30ХГСНА, 12ХН3А, 12Х2НЧА, 18Х2НЧВА, 38ХА, 40ХН2ВА, 40ХН2МА, 38Х2МЮА, ЭИ643, Х16Н2;

¨ коррозионно-стойкие стали:

18ХГТ, 1Х18Н9Т, 2Х13, 4Х23, ВНС-2, ВНС-5;

¨ алюминиевые сплавы:

АК6, АК8, Д16, В93, В95, АК4-1, АМг3, АМг6, Амц;

¨ магниевые сплавы:

МА1, МА2, МА3, МА5, МА8, МА14;

¨ титановые сплавы:

ВТ3-1, ВТ5, ВТ6, ВТ8, ВТ9, ВТ16, ВТ22, ОТ4,   ОТ4-1,  ОТ4-0.

Компоновка деталей

Детали, изготавливаемые из штампованных заготовок, должны иметь по возможности простую геометрическую форму и плавные переходы от одного сечения к другому с обязательным соблюдением рекомендуемых соотношений между отдельными конструктивными элементами. Например, для повышения технологичности рычага с сильно развитой головкой (рис. 3.2), необходимо уменьшить высоту головки или выполнить ее из двух частей. Штампованную заготовку измененной конструкции можно выполнить со сквозным отверстием в большой головке (технологичный вариант), что облегчит последующую механическую обработку.

Правые и левые детали одного типоразмера, по возможности, следует проектировать так, чтобы можно было изготавливать их из одной и той же заготовки. Например,  правой детали (рис. 3.3, а) можно придать симметричную форму путем изменения расположения среднего ребра (рис. 3.3, б). Это даст возможность использовать одну  и ту же заготовку для правой и левой деталей.

Цельные штампованные детали иногда целесообразно заменять деталями, состоящими из отдельных штампованных и  сваренных между собой частей. Такое изменение конструкции значительно снижает расход металла и объем механической обработки.

Следует избегать узких тонких отростков, расположенных в плоскости разъема или перпендикулярно к ней. Штамповка заготовок деталей с узкими отростками, расположенными в плоскости разъема, вызывает  повышенный расход металла, быстрый износ штампа в зоне отростков и дополнительную (иногда ручную) правку отростков после обрезки облоя. Узкие отростки, расположенные перпендикулярно разъему, выполняются в штампованных заготовках со значительными припусками на механическую обработку и технологическими напусками. Для доведения таких заготовок до окончательного размера требуется значительная механическая обработка.

Припуски на механическую обработку заготовки, получаемой объемной штамповкой, предусматривают в том случае, если качество поверхностного слоя не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к готовой детали. Припуски назначают либо по всей поверхности детали, либо на отдельные ее элементы.

Допускаемые отклонения назначают на все размеры поковки независимо от наличия и назначения припуска. Допускаемые отклонения штампованных поковок как двусторонние, так и несимметричные 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.

Величины припусков и допускаемых отклонений размеров зависят от массы поковки, материала и группы сложности поковки. Группу сложности поковки определяют в зависимости от отношения объема поковки (Vпок) к объему фигуры в виде цилиндра или прямоугольного параллелепипеда (Vфиг), описываемого вокруг поковки:

С = Vпок/ Vфиг).

Предусмотрено  четыре группы сложности поковок в зависимости от значения С:

· 1-я группа характеризуется  1,0 ³ С ³ 0,63;

· 2-я  –  0,63 > С ³ 0,32;

· 3-я –  0,32 > С ³ 0,16;

· 4-я  – С < 0,16.

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

Не рекомендуется придавать деталям форму, вызывающую значительные коробления при обрезке облоя и термической обработке. Организация перемычек  на деталях резко снижает коробление.

Линия разъема

При проектировании деталей необходимо стремиться придавать им такую конфигурацию, чтобы линия разъема лежала в одной плоскости. Для таких деталей используется более простая и дешевая оснастка.


Кроме того, процесс штамповки заготовок с разъемом по прямой линии протекает легче и дает меньший процент брака, чем с разъемом по ломаной линии. Однако в некоторых случаях целесообразно отступать от этого правила, в особенности, когда ломаная линия разъема снижает массу штампованной заготовки и обеспечивает получение некоторых поверхностей без механической обработки (без штамповочных уклонов).

Например, прямая линия разъема для детали (рис. 3.4, а) приводит  к необходимости ее механической обработки по  наружному и внутреннему контурам, в то время как при разъеме по ломаной линии (рис. 3.4, б) наружный и внутренний контуры детали не требуют механической обработки. Поэтому расположение линии разъема для деталей сложной конфигурации следует назначать совместно с опытным специалистом по горячей штамповке. Правильно выбранная линия разъема не должна усложнять конструкции ковочного и обрезного штампов.

Детали, которые по конструкции следует  изготавливать с ломаной линией разъема, необходимо проектировать таким образом, чтобы участки ломаной линии были наклонены к горизонтальной плоскости под углом, не превышающим 60о. Например,  на детали с ломаной линией разъема (рис. 3.5, а) отрезок I – II имеет наклон более 60о, что способствует быстрому износу штампа и получению нечистого среза облоя. У детали (рис. 3.5, б) отрезок I – II  наклонен под углом, меньшим 60о, что значительно улучшает условия штамповки и обрезки облоя.

В деталях с двухсторонними выступами, ребрами или выемками линию разъема следует располагать на боковой поверхности наибольшего периметра детали. Такое расположение линии разъема облегчает визуальный контроль возможного смещения одной половинки штампованной заготовки относительно другой.

В деталях коробчатых и уголковых сечений  линия разъема должна проходить через вершины стенок. При расположении линии разъема по дну штампованной заготовки направление волокон менее благоприятно, следовательно, механические свойства таких деталей в местах выхода металла в облой будут хуже.

В некоторых случаях положение плоскости разъема определяется макроструктурой поковки. Например, при штамповке шестерен плоскость разъема штампа должна быть перпендикулярна к оси детали. В этом случае макроструктура заготовки получается одинаковой у всех зубьев шестерни и обеспечивает их высокую прочность.

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 необрабатываемым поверхностям поковки.

При проектировании штампованных заготовок следует учитывать возможность расположения детали в одном бойке штампа. В общих случаях желательно, чтобы линия разъема проходила по наибольшему периметру детали.

Штамповочные уклоны

Штамповочные уклоны необходимы для удаления отштампованных заготовок из полости штампа. Размер штамповочного уклона зависит от конструкции оборудования, а также конфигурации, габаритных размеров и материала штампуемой заготовки.

В конкретных случаях, когда конфигурация, габаритные размеры и материал известны, величина уклона зависит от высоты детали или элемента детали, которому придается штамповочный уклон. Различают штамповочные уклоны двух видов: наружные (a)  и внутренние  b) (рис. 3.6).

Для лучшего удаления отштампованной заготовки из полости штампа штамповочные уклоны внутренних поверхностей всегда должны быть больше наружных (a < b). Это объясняется тем, что в процессе штамповки  при охлаждении размеры заготовки по внутренней поверхности уменьшаются на величину, соответствующую усадке материала, и заготовка зажимает выступающие части штампа, усложняя ее удаление из полости штампа. По наружной поверхности размеры заготовки при охлаждении также уменьшаются, но это облегчает ее удаление из полости штампа.

Не всегда бывает целесообразно назначать разные штамповочные уклоны на наружных и внутренних поверхностях. Так, разные штамповочные уклоны на ребрах двутавровых и швеллерных сечений усложняют изготовление штампа. Наиболее распространенными являются штамповочные уклоны 5…7о для деталей из стали и титановых сплавов и 3…5о для деталей из легких сплавов. Если на отдельных участках детали получаются разные штамповочные уклоны, то их нужно унифицировать, сделав разные штамповочные уклоны только в местах, не вызывающих затруднения при изготовлении штампов.

При штамповке на оборудовании, имеющем специальные выталкивающие устройства, штамповочные уклоны могут быть снижены до 2…5о для деталей из стали и титановых сплавов и до 1,5…3о для деталей из легких сплавов.