3.6.3.         Технологичность конструктивных элементов заготовок, получаемых объемной штамповкой

Детали в зависимости от своего назначения  и испытываемых в процессе работы нагрузок компонуются из различных конструктивных элементов: полотен, ребер, бобышек, выемок и выступов различных конфигураций, радиусов переходов, сопряжений и закруглений и т.п. Соотношение размеров необрабатываемых конструктивных элементов деталей, изготавливаемых из штампованных заготовок, не могут быть произвольными, они лимитируются технологическими свойствами материала детали и возможностями кузнечного производства на данном этапе.

Необходимыми и достаточными условиями для оценки  детали как технологичной является ее правильная компоновка из отдельных необрабатываемых технологичных конструктивных элементов. Основными конструктивными элементами, определяющими технологическую сложность детали, являются полотна, ребра и различные радиусы.

От толщины полотна зависит масса детали, получаемой из штамповки без механической обработки полотна. Но полотно малой толщины сложно получать методами горячей штамповки. По степени сложности получения тонкого полотна все формы сечений деталей могут быть разделены на две группы:

1) открытые (тавровые и крестообразные), закрытые (двутавровые и швеллерные) с отверстиями облегчения и плоские, утолщающиеся на всей длине детали (рис. 3.7, а);

2) закрытые и плоские постоянной толщины (рис. 3.7, б).

Оформление полотна второй группы значительно сложнее.

По технологическим свойствам материалы могут быть разделены на следующие группы:

1) алюминиевые и магниевые сплавы;

2) сталь среднелегированная, конструкционная;

3) сталь коррозионно-стойкая и титановые сплавы.

Трудность оформления полотен возрастает от первой группы материалов к третьей. Чем больше отношение ширины полотна (а) к толщине (s), тем труднее оформить тонкое полотно. Чем больше отношение длины полотна (l) к ее ширине при постоянной площади, тем легче происходит оформление полотна. Ширина полотна плоского сечения зависит от  материала детали и толщины полотна. Наименьшая ширина полотна плоского сечения практически не ограничивается.

На тонких полотнах плоских сечений целесообразно предусматривать отверстия облегчения, желательно площадью не менее 50 % площади полотна.


В этом случае отверстия облегчения могут быть использованы как приемники избыточного металла в процессе штамповки, что облегчает оформление тонкого полотна. Отверстие облегчения может быть получено просечкой после штамповки, если наименьшая толщина стенки не менее двух толщин полотна. При меньших значениях толщины стенки контур отверстия  облегчения следует подвергать механической обработке после просечки.

В деталях с открытыми сечениями (тавровые и крестообразные) условия для оформления тонкого полотна более благоприятны, чем в деталях с плоскими сечениями. Наличие ребер, расположенных в середине полотна, фактически уменьшает ширину собственно полотна, способствует сохранению теплоты в процессе штамповки, что облегчает оформление полотна. Чем выше ребро, тем больше может быть ширина полотна открытого сечения (при прочих равных условиях).

Расстояние между ребрами закрытых сечений (двутавровых и швеллерных) зависит от  высоты ребер, толщины полотна и материала детали. Наименьшее расстояние между ребрами определяется главным образом от высоты ребра – чем выше ребра, тем больше должно быть минимальное расстояние между ними. При высоких ребрах и недостаточном расстоянии между ними выступ штампа, формирующий полотно, подвергается быстрому изнашиванию.

Наиболее сложными по оформлению тонкого полотна являются закрытые сечения. Ребра, расположенные по краям полотна, хотя и способствуют сохранению теплоты в полотне при штамповке, однако препятствуют вытеснению металла из полости штампа, что значительно усложняет получение тонкого полотна.

Получение штамповок с тонкими полотнами и высокими, тонкими ребрами представляет значительную технологическую трудность. Неправильно выбранные соотношения высоты и толщины ребер, как правило, приводят в процессе штамповки к образованию различных дефектов: складок, зажимов, прострелов, незаполнений и т.п.

В открытых сечениях высота ребра (h) зависит от толщины ребра (b), отношения ширины сечения (а) к  толщине (s) полотна (рис. 3.8.) и материала штампуемой заготовки. В общем виде эта зависимость выражается эмпирической формулой:

,

где К0 – коэффициент, определяемый по таблице 3.3.

Таблица 3.3