·       Содержание:

 

Индивидуальное задание

Тема

Назначение сборочного узла

Условия функционирования

Цель

Составление БТД

Форма

Масса и габариты

Марка материала

Тип производства

Предел прочности

Толщина стенки

Точность

Способ

Объемно-напряженное состояние

Холодная и горячая пластическая деформация

Ковка

Горячая объемная штамповка

Холодная объемная штамповка

Заполнение БТД

Выбор способа обработки

Анализ технологичности

Техническое предложение

Повышение технологичности

 

Тема:

 

 Анализ технологичности конструкции детали № 1 (крышка) и синтез более технологичной конструкции.

 

Назначение сборочного узла:

 

Автомобильная промышленность.

 

Условия функционирования:

 

-             нагрузки динамические;

-             повышенная надежность (высокий ресурс работы, ремонтопрность, ренопригодность, взаимозаменяемость);

-             повышенные эксплуатационные свойства (износостойкость, хладностойкость).

 

 

Цель:

 

 Формирование баз технологических данных (БТД) для выбора способа последовательности изготовления, анализа технологичности; формирование технологического предложения для изготовления сборочного узла.

 

 

Чертеж детали:

 

 

Составление БТД.

 

 

Выбор способа обработки давлением:

 

 

Параметры

Интервалы варьирования

ИД

 

К

ОШ

ЗШ

УС

1.2

1.5

1.8

Форма

I (длина > размеров сечения)

 

1.0

 

 

 

II (оболочки)

 

1.5

 

 

 

III (объемные детали)

 

1.4

 

 

 

Тип производства

Мелкосерийное

 

1.4

 

 

 

Крупносерийное

 

1.0

 

 

 

Точность

D > 1 мм

 

1.0

 

 

 

D = ± 1 мм

 

1.2

 

 

 

Масса и габариты

ГОШ

 

1.6

 

 

 

ХОШ

 

1.2

 

 

 

Материалы

Стали

 

1.0

 

 

 

Цветные сплавы

 

2.0

 

 

 

Предел прочности

s < 400 Мпа

 

1.1

 

 

 

s > 400 Мпа

 

1.5

 

 

 

Толщина стенки

> 4 мм

 

1.0

 

 

 

> 4 мм

 

1.3

 

 

 

 

Примечание:    УС – условная стоимость;

            ИД – исходные данные;

            К  – ковка;

            ОШ – штамповка в открытом штампе;

            ЗШ – штамповка в закрытом штампе.

 

Ознакомиться с основами технологии горячего объемного деформирования можно здесь

 

 

Данная БТД необходима, чтобы уже при проектировании детали представлять способ ее изготовления, только в этом случае конструкция будет отвечать требованиям технологичности. Выбор способа основан на большом числе конструктивно-технологических признаков детали и технико-экономических показателей видов и способов обработки металлов давлением.

Конструктивно-технологическими признаками детали, определяющими технологию изготовления обработкой давлением, являются ее форма, масса, габариты, марка материала и тип производства.

 

Форма:

 

по форме детали, получаемые методом пластического формоизменения, укрупнено можно отнести к трем основным группам:

I   – детали, имеющие определенный профиль поперечного сечения по  длине, существенно превышающий размеры сечения;

II  – детали в виде оболочек постоянной или незначительно отличающейся толщины;

III – объемные детали.

Согласно такому группированию в данной БТД изложены виды обработки металлов давлением. При выборе конкретного способа могут учитываться различные конструктивные признаки детали: опорные внешние и  внутренние очертания, соотношения главных размеров, площадей поперечного сечения и др.

 

Масса и габариты:

 

масса и габариты детали определяют прежде всего температурный режим обработки давлением. С их увеличением становится преобладающим горячее деформирование, при котором обеспечивается меньшее давление на инструмент и меньшая сила, необходимая для деформирования. Поковки диаметром 150-200 мм получают, как правило, горячим деформированием.

 

Марка материала:

 

свойствами материала, определяющими выбор способа обработки давлением, являются его технологическая пластичность и сопротивление деформированию. Технологическая пластичность (т.е. способность материала к пластичному формоизменению при конкретной схеме и условиях деформирования) особенно строго регламентируется в условиях применения холодной обработки давлением.

Ввиду пониженной технологической пластичности высоколегированных сталей и трудно деформируемых сплавов их предпочтительнее деформировать такими способами, при которых значительно снижаются растягивающие напряжения. Например, при ковке протяжку целесообразно выполнять в вырезных бойках, при штамповке предпочтительнее применение закрытых штампов, в которых схема неравномерного всестороннего сжатия проявляется полнее и в большей степени способствует повышению пластичности, чем при штамповке в открытых штампах. По этой же причине предпочтительнее штамповка выдавливанием.

Высоколегированные стали склонны к интенсивному упрочнению, поэтому для их горячего деформирования целесообразно использовать способы, осуществляемые на прессах, а не на молотах. Ввиду меньшей  скорости деформирования на прессах разупрочняющие процессы (возврат и рекристаллизация) успевают произойти полнее, и упрочнение снижается. Малопластичные алюминиевые (АК3, В93 и др.), магниевые (МА3), титановые сплавы также предпочтительнее ковать и штамповать на прессах, так как у них пластичность снижается при высоких скоростях деформирования. При этом для уменьшения остывания металла и повышения равномерности деформации штампы подогревают до температуры 200-400°С. Поковки из некоторых труднодеформируемых сплавов получают изотермической штамповкой.

Во избежание трещин заготовки от прутка высоколегированных сталей отрезают с подогревом до температуры 400-700°С.

Заготовки, имеющие литую структуру, обладают, как правило, меньшой пластичностью, чем уже деформированный металл, что необходимо учитывать при выборе способа деформирования. Например, предварительно  деформированные прутки из алюминиевых сплавов (АК5, АК6) можно подвергать ковке, тогда как этих металлов при ковке разрушаются.

 

Тип производства:

 

тип производства может оказывать решающее  влияние на выбор способа получения поковок, так как в условиях крупносерийного и массового производства рентабельны способы деформирования с использованием специальной технологической оснастки. С уменьшением количества одинаковых деталей может окупаться более простая и дешевая оснастка. В мелкосерийном и единичном производстве применяют ковку с использованием универсального инструмента. При этом поковка имеет припуски и напуски большие, чем при штамповке.

Для более точной оценки того или иного способа пластического формоизменения в связи с программой производства необходимо установить критическую серийность, т.е. такие размеры серий, при которых два сравниваемых между собой варианта оказываются одинаково экономически целесообразными. Для этого строят графическую зависимость себестоимости детали от программы их выпуска для различных способов изготовления.

 

Предел прочности:

 

прочность является одним из основных механических свойств, определяющих способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Оценивается прочность временным сопротивлением sb. sb – это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке.

 

Толщина стенки:

 

толщина стенки является важным параметром при выборе способа пластического формообразования. Чем тоньше стенка детали, тем более технологически труднее получить ее и тем более сложная оснастка и оборудование требуется для процесса изготовления поковки.

 

Точность:

 

высокая точность полученной поковки позволяют сократить или совсем избежать расходов на последующую механическую обработку, что уменьшит расход металла. Также оказывает значительное влияние на выбор способа обработки давлением.

 

Способ:

 

основными схемами деформирования объемной заготовки можно считать сжатие между плоскостями инструмента, ротационное обжатие вращающимися валками, затекание металла в полость инструмента, выдавливание металла из полости инструмента и волочение, при котором  в качестве заготовки может быть использован только пруток.

Затекание металла в полость инструмента – схема деформирования, являющаяся сутью объемной штамповки. Металл  заготовки заполняет полость специального инструмента – штампа, называемую его ручьем, приобретая его форму и размеры. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа.

Затеканию металла в полость штампа препятствуют силы трения; схема напряженного состояния – всесторонне неравномерное сжатие. Чем больше отношение глубины к ширине полости, тем большее давление должно быть приложено к металлу для ее заполнения.

Выдавливание металла через отверстие заданного сечения в матрице 1 происходит вследствие его сжатия в замкнутой полости, образуемой контейнером 3, матрицей 1 и пуансоном 4, поэтому схема неравномерного всестороннего сжатия реализуется здесь полнее, чем в других процессах. Длина выдавленной части относится к перемещению пуансона 4, как площади поперечного сечения исходной заготовки 2 и выдавленной части. Чем больше это отношение (так называемая величина вытяжки), тем больше значение суммарного сжимающего напряжения, развиваемого в металле при выдавливании. Схема выдавливания характерна для таких видов обработки металлов давлением, как прессование, горячая и холодная штамповка.

 


 


 

 


Схема объемно-напряженного состояния:

 

под схемой объемно-напряжен­ного состояния понимают величину и направление главных напряжений, действующих на элементарный объем металла в зоне деформации. Большинство процессов обработки металлов давлением протекает в условиях объемно-напряженного состояния под действием трех главных напряжений того или иного знака.

Чем меньшую роль в схеме играют растягивающие напряжения и чем большую роль играют сжимающие, тем большую способность к пластической деформации проявляет металл. Практически возможны четыре схемы объемно-напряженного состояния:

1) схема I - всестороннее равномерное растяжение, при котором главные напряжения s1, s2 и s3 равны друг другу. В этом случае пластические деформации невозможны, так как эта схема приводит к полному отсутствию сдвигающих напряжений;

2) схема II - двустороннее растяжение и одностороннее сжатие - характеризуется весьма низкой пластичностью, ограниченными возможностями деформации;

3) схема III - двустороннее сжатие и одностороннее растяжение - характеризуется низкой пластичностью, возможными небольшими степенями деформации. Такая схема имеет место при волочении проволоки, когда растягивающее напряжение создается клещевым захватом волочильного стана, а сжимающие напряжения - противодавлением стенок матрицы;

4) схема IV - всестороннее неравномерное сжатие; в этом случае s1 > s2 = s3 или s1 > s2 > s3; такая схема обеспечивает наивысшую пластичность металла; она имеет место при ковке (особенно в вырезных бойках и обжимках), прессовании профилей, процессах в калибрах, штамповке в закрытых штампах и других процессах обработки с ограниченным стенками инструмента течением металла. При этом появляются интенсивные сжимающие напряжения, позволяющие производить указанными способами деформацию малопластичных металлов и сплавов не опасаясь их разрушения.

При равенстве сжимающих напряжений (схема всестороннего равномерного сжатия) пластическая деформация становится невозможной.

Однако при реализации такой схемы с большим значением суммарного сжимающего напряжения (гидростатическое давление) возрастают действующие на деформирующий инструмент давления, которые ограничиваются экономически оправданной стоимостью инструмента.

 

Холодная и горячая пластическая деформация:

 

различают в зависимости от температуры металла:

если обработка металлов давлением выполняется при температуре ниже температуры рекристаллизации, то такая обработка называется холодной;

если обработка металлов давлением происходит при нагреве металлического тела выше температуры рекристаллизации, то она называется горячей.

Температура рекристаллизации - температура, при которой подвижность атомов становится такой, что металл из напряженного (неравновесного) состояния переходит в равновесное, т.е. в деформируемом теле исчезают искажения кристаллических решеток и остаточные напряжения.

 

Ковка:

 

это вид горячей обработки металлов давлением, при котором металл деформируется с помощью универсального инструмента. Нагретую заготовку укладывают на нижний боек и верхним бойком последовательно деформируют отдельные ее участки. Металл свободно течет в стороны, не ограниченные рабочими поверхностями инструмента, в качестве которого применяют плоские или фигурные (вырезные) бойки, а также различный подкладной инструмент.

Ковка является единственно возможным способом изготовления тяжелых поковок (до 250 т). Ковка обычно экономически более целесообразна в единичном и мелкосерийном производствах. Объясняется это тем, что при ковке используют универсальный инструмент, а изготовление специального инструмента (штампа) при небольшой партии одинаковых поковок экономически невыгодно.

Процесс ковки состоит из чередования в определенной последовательности основных и вспомогательных операций. Каждая операция определяется характером деформирования и применяемым инструментом.

 К основным операциям ковки относятся осадка, протяжка, прошивка, отрубка, гибка.


Осадка - операция уменьшения высоты заготовки при увеличении площади ее поперечного сечения.

 



Протяжка – операция удлинения заготовки или  ее части за счет  уменьшения площади поперечного сечения.

 



Прошивка - операция получения полостей в заготовке за счет вытеснения металла. Прошивкой можно получить сквозное отверстие или углубление (глухая прошивка).


 


Отрубка - операция отделения части заготовки по незамкнутому контуру путем внедрения в заготовку деформирующего инструмента - топора.

 


Гибка - операция придания заготовке изогнутой формы по заданному контуру. Этой операцией получают угольники, скобы, крючки, кронштейны и т.п.

 

 


Горячая объемная штамповка:

 

это вид обработки металлов давлением, при котором формообразование поковки из нагретой заготовки осуществляют с помощью специального инструмента - штампа. Течение металла ограничивается поверхностями полостей (а также выступов), изготовленных в отдельных частях штампа так, что в конечный момент штамповки они образуют единую замкнутую полость (ручей) по конфигурации поковки.

Горячей объемной штамповкой можно получать поковки сложной конфигурации без напусков. Допуски на штампованную поковку в 3-4 раза меньше, чем на кованую. Вследствие этого значительно сокращается объем последующей обработки резанием. В штампованной поковке обрабатывают только сопряжения с другими деталями, и эта обработка может сводиться только к шлифованию.

В то же время штамп - дорогостоящий инструмент и пригоден только для изготовления одной конкретной поковки. В связи с этим штамповка экономически целесообразна лишь при изготовлении достаточно больших партий одинаковых поковок.

Наличие большого разнообразия форм и размеров штампованных поковок, а также сплавов, из которых их штампуют, обусловливает существование различных способов штамповки.

Так как характер течения металла в процессе штамповки определяется типом штампа, то этот признак можно считать основным для классификации способов штамповки. В зависимости от типа штампа выделяют штамповку в открытых и закрытых штампах.

Штамповка в открытых штампах характеризуется переменным зазором между подвижной и неподвижной частями штампа. В этот зазор вытекает заусенец (облой), который закрывает выход из полости штампа и заставляет металл целиком заполнить полость. В конечный момент деформирования в заусенец выжимаются излишки металла, находящиеся в полости, что позволяет не предъявлять особо высоких требований к точности заготовок по массе. Заусенец затем обрезается в специальных штампах.

 


1-облойная канавка

Штамповка в закрытых штампах характеризуется тем, что полость штампа в процессе деформирования остается закрытой. Зазор между подвижной и неподвижной частями штампа при этом постоянный и небольшой, так что образование заусенца в нем не предусмотрено. Устройство таких штампов зависит от типа машины, на которой штампуют. Например, нижняя половина штампа может иметь полость, а верхняя - выступ (на прессах), или, наоборот (на молотах). Закрытый штамп может иметь не одну, а две взаимно перпендикулярные плоскости разъема, т.е. состоять из трех частей.


 

 


Холодная объемная штамповка:

 

это штамповка без предварительного нагрева заготовки. Для металлов и сплавов, применяемых при штамповке, такой процесс деформирования соответствует условиям холодной деформации. Отсутствие окисленного слоя на заготовках (окалины) при холодной штамповке обеспечивает хорошее качество поверхности детали и достаточно высокую точность размеров. Это уменьшает объем обработки резанием или даже исключает ее.

Основные разновидности холодной объемной  штамповки – холодное выдавливание, холодная высадка и холодная штамповка в открытом штампе.


 


Схемы выдавлевания

 

На основе анализа формы детали, ее массы, свойств материала и типа производства могут быть предварительно выбраны способы производства. На следующем этапе необходима проверка по условиям деформации без разрушения. Для этого можно использовать теоретический анализ, моделирования процесса деформирования на ЭВМ, сравнение количественных параметров деформации с экспериментально найденными предельными значениями. На третьем этапе проводят конструкторскую проработку изделия для улучшения его технологичности.

 

 

Заполнение БТД.

 

Параметры

Интервалы варьирования

ИД

 

К

ОШ

ЗШ

УС

1.2

1.5

1.8

Форма

I (длина > размеров сечения)

 

1.0

1

2

2

II (оболочки)

 

1.5

2

1

1

III (объемные детали)

1

1.4

2

1

1

Тип производства

Мелкосерийное

 

1.4

1

2

2

Крупносерийное

1

1.0

1

1

1

Точность

D > 1 мм

 

1.0

1

1

2

D = ± 1 мм

1

1.2

2

2

1

Масса и габариты

ГОШ

 

1.5

1

1

1

ХОШ

1

1.1

2

1

2

Материалы

Сталь

1

1.0

1

1

2

Цветные сплавы

 

2.0

2

2

1

Предел прочности

s < 400 МПа

 

1.1

1

2

2

s > 400 МПа

1

1.5

2

1

1

Толщина стенки

< 4 мм

 

1.0

2

2

1

> 4 мм

1

1.3

1

1

2

 

 

Расчет вероятности выбора способа обработки давлением.

 

УСК = 1.2*(1.3*2)*(1.0*1)*(1.1*2)*(1.5*1)*(1.0*1)*(1.1*2)*(1.3*1)= =29.44;

УСОШ = 1.6*(1.3*1)*(1.0*1)*(1.1*2)*(1.3*1)*(2.0*2)*(1.1*1)*(1.3*1)= = 34.03;

УСЗШ = 1.8*(1.3*1)*(1.0*1)*(1.1*1)*(1.3*1)*(2.0*1)*(1.1*1)*(1.3*2)= =19.13.

 

По условной минимальной стоимости выбираем обработку давлением в закрытом штампе.

  

 

Анализ технологичности.

 

Учитывая требования, предъявляемые к деталям в автомобильной  промышленности, целесообразно использовать в качестве материала сталь. Так как сталь более дешевый металл, нежели цветные металлы. Из марок сталей нам подходит Ст45, как одна из наиболее дешевых сталей.

 

Цены на черновые поковки (сталь углеродистая, конструкционная, легированная, инструментальная) можно узнать здесь.

 

Результатом расчета остается холодная объёмная штамповка в закрытом штампе, которая является оптимальной для данной детали.

 

 

 

Техническое предложение.

 

Эскиз закрытого штампа.

 

 

Режимы формирования поковки.

 

Стальную заготовку будем штамповать на прессе. При этом для уменьшения остывания металла и повышения равномерности деформации штамп нагреем до температуры 200-400°С.

 

 

Предложения по повышению технологичности.

 

Для улучшения технологичности конструкции поковки целесообразно ДЕЛАТЬ наметки для отверстий в поковке, а получить их при дальнейшей механической обработке. Для получения требуемых механических свойств металл в дальнейшем подвергают термической обработке (отжигу, закалке и старению) в печах с защитной атмосферой.

 

Alexander A. Porotikoff © ®