Поксеваткин М.И. Проектирование и оптимизация процессов малоотходной горячей штамповки

Подождите немного. Документ загружается.

101

Рисунок 4.5 - Блок-схема алгоритма модели оптимизации процесса

выдавливания в закрытую полость

102

При минимизации объема штампуемого металла (модуль 2) вна-

чале принимается рекомендуемый объем избытка равный 2% от объе-

ма заготовки

= (0,02÷0,06) V, γ = 1,…, k – номер параметров от-

хода металла;

k – количество параметров) и рассчитывается макси-

мальное отклонение объема заготовки при использовании проката

обычной точности и выборе наиболее простого способа рубки загото-

вок. Выполнения условия блока 2.3 добиваются за счет выбора более

точного проката и способа рубки заготовок (блок 2.4 и 2.5), т.е. варьи-

рованием группы (φ

) точности заготовки. Если не одна группа точно-

сти не удовлетворяет условию блока 2.3, то необходимо увеличить ре-

комендуемый объем избытка металла. Если рекомендуемый объем из-

бытка металла превышает 6% от объема заготовки, то необходимо

осуществить переход на облойную штамповку.

В блоке 2.9, в случае выполнения условия блока 2.3, объем (V

)

избытка металла принимают равным величине рекомендуемого при

закрытой штамповке объема (V

) отхода металла.

В модуле М3 оптимизируют геометрические и силовые парамет-

ры компенсационной полости (КП) (блоки 3.1, 3.2, 3.3 и 3.4). Высота

кп

) компенсационной полости (блок 3.3) принимается равной h

·d

кп

, m

= (1,2 ÷ 1,8) – высотный параметр, шаг варьирования его

равен 0,2. Если КП имеет форму усеченного конуса, то

кп

15.1d =

. (4.30)

Сопротивление деформации

(

кп

) при затекании металла в КП

(рис. 4.4, б) (блок 3.5) определяют по выражению, полученному в ра-

боте [10] при выдавливании металла в коническую полость:

, (4.31)

где

кп

и d – соответственно значения диаметров большего и меньшего

оснований конической полости (рис. 3.4, б);

- угол конусности по-

лости;

кп

– показатель трения в КП.

В блоке 3.6 проверяют условие

кп

. Если условие блока 3.6 не

выполняется, то проводят корректировку размеров КП (блоки 3.7 и

3.8). Если высота компенсационной полости превышает 1,8 диаметра

103

(блок 3.8), то необходимо применить деформационный компенсатор (с

противодавлением).

Далее осуществляют расчет усилия штамповки (модуль М4). В

начале определяют напряжение деформации при доштамповке

используя зависимость, приведенную в работе [10]:

,(4.32)

где

– площадь поковки в плане; f

и f – площади сечений полостей,

соответствующих большему

) и меньшему (d) диаметрам стержне-

вой полости (полости выступа).

С целью минимизации энергоемкости процесса штамповки целе-

сообразно, чтобы напряжение

было равно сопротивлению деформа-

ции (

кп

) при заполнении КП или не более чем на 20% превышало ве-

личину

кп

(блок 4.1). Затем в блоке 4.2 определяют усилие (P

) штам-

повки:

= р

⋅F

. (4.33)

4.2 Оптимизация процесса штамповки фланцевых поковок

Процесс заполнения фланцевой полости осаживанием, как из-

вестно, требует меньшего усилия, чем радиальным выдавливанием,

однако, в любом случае, необходимо обеспечить точность дозирования

объема металла во фланцевой полости предварительного ручья штам-

па, что непосредственно влияет на заполняемость окончательного ру-

чья, силовые условия штамповки и стойкость штампа (рис. 4.6).

Исходная заготовка 1 (показана пунктиром) устанавливается

полость матрицы 2 на торце выталкивателя 3. При перемещении пуан-

сона 4 металл заполняет фланцевую полость 5 осаживанием заготовки

1. Точность дозирования объема металла во фланцевой полости обес-

печивается величиной хода

пуансона 4 (рис. 4.6).

Образующийся при этом фланец предварительного перехода 6

для удобства установки в следующем ручье выполняется диаметром

= 0,95 D

, где D

– диаметр фланцевой полости ручья (диаметр флан-

ца поковки).

Процесс оптимизации объема металла, вытесняемого во фланце-

вую полость предварительного ручья, и силовых условий формирова-

ния фланца описан алгоритмом, блок-схема которого приведена на

рисунке 4.7.

104

Для функционирования алгоритма введены следующие величи-

ны:

, H

и V

– соответственно диаметр, высота и объем поковки;

, H

и V

– соответственно диаметр, высота и объем фланца; V

пер

–

объем перемычки;

рег

= 0,05 V

– максимальный регламентируемый

объем отхода металла при закрытой штамповке.

Принимают объем

отх

) отхода равным регламентируемому:

отх

= V

рег

(блок 2). Затем определяют объем (V

) заготовки (блок 3) и

рассчитывают диаметр

) и высоту (H

) заготовки (блок 4). Далее из

множества номеров

) проката выбирают прокат, например, пони-

женной точности, которому присваивают номер

Рисунок 4.6 - Схема заполнения фланцевой полости предварительного

перехода

105

Рисунок 4.7 - Блок-схема оптимизации избытка металла при штампов-

ке фланцевых поковок

106

Диаметр

) выбранного профиля должен соответствовать рас-

четному

). Из условия равенства объемов пересчитывают высоту

) заготовки (блок 5). После проверки условия блока 6 выбирают

положительные отклонения диаметра

(

∆

D) проката и высоты (

∆

заготовки после рубки (блок 8). По формуле (блок 9) определяют от-

клонение объема заготовки и сопоставляют его величину с регламен-

тируемым отходом металла

рег

) (блок 10). Если условие блока 10 не

выполняется, то выбирают следующий по точности прокат (блок 11) и

возвращаются в блок 6. В случае невыполнения условия блока 6 следу-

ет изменить технологию штамповки (блок 7).

Далее принимают условие блока 12 и записывают соотношение

фп

= V

ф1

(блок 13):

, (4.34)

где

ф1

– объем металла во фланцевой полости предварительного ру-

чья, равный объему

фп

) фланца поковки; r

и r

– соответственно

радиус основания фланца первого перехода и радиус выпуклости боко-

вой поверхности фланца.

Условие (4.34) является трансцендентным уравнением, которое

решается методом итерации с учетом допущения

= 0,5h

), ограни-

чения

≥R

) и заменены (r

= r

+ r

). Выразив h

= 2 r

; r

= r

; r

= 0,95 D

/2, находят r

, затем h

(блок 14).

В блоке 15 определяют величину хода

) пуансона с момента

его контакта с торцом заготовки (рис. 4.7). Здесь

– площадь попе-

речного сечения полости матрицы. Аналогично расчету хода

п1

) пу-

ансона в первом переходе определяют величину хода (ходов) пуансона

в последующих переходах как отношение величины смещаемого пуан-

соном объема

см

) к площади поперечного сечения полости матрицы

в процессе формирования поковки (блоки 16 и 17).

В блоках 18-21 находят наибольшее усилие перехода и принима-

ют его за усилие штамповки, по которому выбирают штамповочное

оборудование. Если все переходы выполняют одновременно, то усилия

каждого перехода суммируют и приравнивают к усилию штамповки.

Алгоритм позволяет минимизировать объем заготовки

и силовые

условия, так как заполнение фланцевой полости осуществляется оса-

живанием металла.

107

5. Конструирование технологической оснастки

5.1 Конструирование штампов для резки заготовок

Производительными и экономичными способами разрезки прока-

та на мерные заготовки являются способы разрезки в штампах на кри-

вошипных прессах (при диаметре заготовок до 60 мм) и на сортовых

ножницах (при диаметре свыше

60мм). Разрезку осуществляют без

отхода металла путём смещения (сдвига) отрезаемой части прутка от

поверхности раздела под воздействием сближающихся кромок ножей.

Точность формы и размеров заготовки зависит от степени развития

пластической деформации и характера разрушения.

Отрезные штампы классифицируют по следующим признакам:

1) по способам и схемам отрезки заготовок;

2) по кинематике

ножей;

3) по способам удаления заготовки;

4) по числу одновременно отрезаемых заготовок;

5) по числу выполняемых переходов.

Классификация способов и схем отрезки заготовок сдвигом пред-

ставлена на рис.5.1.

При открытой разрезке подвижность прутка и заготовки не огра-

ничивается относительно ножей: ни точность размеров, ни качество

реза не обеспечивается. Способ применяется сравнительно

редко.

Не полностью открытая разрезка ограничивает поворот прутка в

неподвижном ноже, но подвижность отрезаемой заготовки не ограни-

чена. Способ обеспечивает простоту удаления заготовки, но хорошее

качество реза только при высокой скорости отрезки (свыше 40м/c).

Не полностью закрытая разрезка исключает поворот прутка и от-

резаемой части, что уменьшает искажение формы заготовки.

Наи-

большую точность заготовок при высокой производительности обес-

печивает не полностью закрытая разрезка в штампах с цельными вту-

лочными ножами или с ножами – полувтулками с активным попереч-

ным зажимом.

Закрытая разрезка осуществляется в результате пластического

сдвига металла без разрушения при удельных усилиях осевого сжатия

mос

)52(

. Это единственный способ получения весьма коротких

точных заготовок с гладкими торцами, перпендикулярными оси. Одна-

ко в результате наличия больших сжимающих усилий при закрытой

резке происходит схватывание металла прутка и ножей, что ухудшает

качество торца. Способ широко применяется для резки алюминия и

меди.

108

Разрезка

Без прижима С поперечным зажимом С осевым

сжатием

пассивным активным

Открытая

-- -- --

Не полностью

открытая

-- --

Не полностью

закрытая

-- --

Закрытая

Рисунок 5.1– Классификация способов и схем отрезки заготовок

Выбор и расчёт конструкций штампов и ножей приведены в рабо-

тах [1,11.14].

Пример штампа с круглым ножом для разрезки калиброванных

прутков изображён на рисунке 5.2 [1]. На рисунке 5.3 представлен

штамп для одновременной разрезки трёх прутков [12].

109

1 – гайка с направляющими отверстиями для прутка; 2 – непод-

вижный круглый нож; 3 – подвижный круглый нож; 4 – гайка с выход-

ным отверстием для заготовок; 5 – державка подвижного ножа; 6 –

пружина; 7 – установочный винт; 8 – регулируемый фиксатор для

обеспечения соосности ножей; 9 – нажимная плита пресса.

Рисунок 5.2 – Штамп для разрезки прутка

1 – направляющая колонка; 2 – втулка; 3 – упор; 4 – кронштейн; 5 –

нижняя плита; 6 – выдвижной нож; 7 – неподвижный нож; 8 – корпус

подвижного ножа; 9 – верхняя плита.

Рисунок 5.3 – Штамп для одновременной разрезки трёх прутков

110

5.2 Конструирование формоизменяющих штампов

Конструированию формоизменяющего штампа предшествуют

расчёт и конструирование ручьёв. Ручьи размещают непосредственно в

штампе или в ручьевых вставках (молотовые штампы); в пуансонах,

матрицах и ручьевых вставках (прессовые штампы, штампы ГШМ и

др.).

Окончательный (чистовой) ручей выполняют по чертежу горячей

поковки. Горизонтальные размеры предварительного ручья на 8÷15%

делают меньше соответствующих размеров окончательного

ручья, а

высотные размеры рассчитывают из условия постоянства объёма заго-

товки. В глубоких трудно заполняемых элементах ручья штамповоч-

ные уклоны увеличивают на 1÷3

, радиусы закруглений – на 2÷5мм.

Заготовительные ручьи выполняют по чертежам соответствую-

щих переходов, а в случае штамповки удлиненных поковок с большим

перепадом сечений вдоль продольной оси при конструировании ручьёв

используют расчётную заготовку и эпюру её сечений (см. рисунок 2.2).

МОЛОТОВЫЕ ШТАМПЫ обычно изготовляются из кованых

призматических заготовок – штамповых кубиков.

Размеры штампа

выбираются в зависимости от количества, рас-

положения и глубины ручьёв с учётом нагрузки опорной поверхности

хвостовика и поверхности соударения (зеркала штампа). (Приложение

А). Необходимая опорная площадь (хвостовика) не менее 450 см

на 1т

ударной массы.

Центры штамповочных ручьёв располагают по обе стороны от

центра штампа: окончательный ручей на расстоянии 1/3, а предвари-

тельный на расстоянии 2/3 общего расстояния между ручьями [4].

Для уравновешивания сдвигающих усилий применяют: спарива-

ние мелких поковок, разворот фигуры ручья, контрзамки и замки [4].

Толщина стенок штампа зависит от глубины ручья

)(h , штампо-

вочных уклонов (α) и радиусов закругления на дне ручья

)(r . Мини-

мально допустимая толщина стенок между ручьями

)(

min

t , расстояние

от ручья до края штампа

)(

min1

в зависимости от глубины ручья даны

в таблице 5.1.

При малоотходной (безоблойной) штамповке целесообразно из-

готовлять штампы из литых штамповых кубиков с ручьевыми вставка-

ми. Пример такого штампа показан на рисунке 5.4. Вставки-заготовки

выбирают по ГОСТ 19585 (Приложение А).