Визначення форми і розмірів заготовки

 

Для визначення кількості і послідовності операцій, необхідних для виготовлення деталі або напівфабрикату, слід розрахувати розміри і встановити форму заготовки.

Форма і розміри заготовки визначаються формою і розмірами деталі та характером формозмінних операцій, які необхідні для її отримання (гнуття, витягування, відбортовування, скручування і так далі).

 

4.1.2.1. Розміри заготовок для деталей, що отримуються гнуттям (рис. 4.1), визначаються за формулою [2],

, (4.1)

де - довжина i - ої прямолінійної ділянки деталі;

- довжина j - го криволінійної ділянки деталі;

- j - й кут гнуття, рад;

- відповідний радіус гнуття j - го ділянки по нейтральному шару деформації, що розраховується за формулою:

, (4.2)

де - внутрішній радіус гнуття j - ої ділянки деталі;

- коефіцієнт, що враховує зміщення нейтрального шару, значення якого визначається по таблицях в залежності від відносного радіусу гнуття ;

- товщина заготовки.

У тих випадках, коли розміри деталі задані так, що деякі розміри прямолінійних ділянок і кути між ними безпосередньо на кресленні не вказані, необхідно спочатку по відомих розмірах визначити значення і , а потім розрахувати довжину заготовки.

Рис. 4.1. Схема розрахунку довжини заготовки для гнуття

4.1.2.2. Розміри заготовок для деталей, що отримуються витягуванням

 

4.1.2.2.1. В основу розрахунку діаметру вихідної заготовки при витягуванні вісесиметричних деталей без потоншення стінок виробу (рис. 4.2) покладено принцип рівності площин поверхонь деталі по середній лінії та вихідної заготовки . У випадку, коли технологією передбачено обрізування відходу по контуру, площа поверхні відходу додається до площі вихідної заготовки. Розрахунок діаметру вихідної заготовки здійснюють за формулою:

, (4.3)

де - сума площин елементарних поверхонь деталі.

 

4.1.2.2.2. Розміри заготовок під витягування з потоншенням (рис. 4.3) визначають із умови сталості об’єму деталі (з урахуванням припуску на обрізування) і вихідної заготовки

, (4.4)

де - припуск на обрізування, %;

- сума елементарних об’ємів деталі.

а) б)

Рис. 4.2. Схема розрахунку площі заготовки

при витягуванні без потоншення:

а) циліндрична деталь; б) вісесиметрична деталь з широким фланцем

Рис. 4.3. Схема розрахунку об’єму заготовки

при витягуванні з потоншенням

Діаметр заготовки

. (4.5)

4.1.2.3. Розміри заготовок для деталей коробчастої форми

Розрахунок геометричних параметрів і побудова форми заготовок для витягування коробчастих деталей відносяться до найбільш трудомістких. Існує декілька методик розрахунку, які наведені в спеціальній та довідковій літературі [2-4], проте практично у всіх випадках при доопрацюванні технологічного процесу потрібне завершальне коригування форми і розмірів вихідної заготовки.

 

4.1.2.4. Розміри заготовок для деталей, що отримуються відбортовуванням

У випадку невисокого борта (рис. 4.4) діаметр отвору під відбортовування визначають приблизно як при гнутті.

Рис. 4.4. Схема відбортовування низького борту

Діаметр отвору визначають за формулою

, (4.6)

де - діаметр отвору після відбортовування по середній лінії;

- висота борта (задається кресленням деталі);

- радіус заокруглення.

Якщо потрібна занадто велика висота борта, яку не можна отримати за один перехід, застосовують відбортовування з потоншенням (рис. 4.5) або попереднє витягування, пробивання отвору у дні та відбортовування (рис. 4.6).

Рис. 4.5. Схема відбортовування з потоншенням стінки

Рис. 4.6. Схема відбортовування з попереднім витягуванням

При відбортовуванні з потоншенням розрахунок діаметра отвору виконується із умови рівності об’ємів металу до і після відборотовування:

, (4.7)

де .

У випадку застосування попереднього витягування розміри і визначають за формулами

, (4.8)

. (4.9)

4.1.2.5. Розрахунок розмірів заготовок для деталей, що отримуються скручуванням, загортанням, роздаванням, обтискуванням та завиванням, наводиться в спеціальній та довідковій літературі, зокрема в [2, 3].

 

Розкрій матеріалу

 

Розкрій листового матеріалу має виключно велике значення для економії металу. Тому вибору типу розкрою слід приділяти найсерйознішу увагу.

Розкрій визначається як розмірами і формою заготовки (деталі), так і розмірами і формою вихідного (основного) матеріалу. Деталі (заготовці) слід по можливості надавати таку форму і розміри, які забезпечують мінімальні відходи при розкрої.

В якості основного матеріалу для листового штампування найширше застосовуються листи, смуги, стрічки, гнутий профіль. При відомих розмірах заготовки і конструкції штампованої деталі (товщина, напрямок ліній гнуття), що частково визначають сортамент основного матеріалу, остаточний його вибір здійснюється на підставі економічного аналізу можливих варіантів розкрою і визначення оптимального.

Оцінка економічності розкрою проводиться за допомогою коефіцієнта розкрою

, (4.10)

де - площа поверхні деталі (включаючи дрібні невживані отвори);

- кількість рядів розкрою;

- ширина смуги;

- крок вирубки (розкрою).

Найбільш економічним буде розкрій з найбільшим значенням . Проте коефіцієнт не дає повного уявлення про загальну величину корисного використання металу. Остання визначається загальним коефіцієнтом використання металу .

При штампуванні із смуги або стрічки

, (4.11)

де - площа деталі без отворів;

- фактична кількість деталей, що отримуються із смуги або стрічки;

- ширина смуги або стрічки;

- довжина смуги або стрічки.

В разі листової заготівки або різання листа на смуги для однакових деталей

, (4.12)

де - кількість деталей, що отримуються з листа;

- ширина листа;

- довжина листа.

Пошук оптимального варіанту розкрою і розрахунок коефіцієнта використання матеріалу виконується в такій послідовності. Спочатку приймається принципове рішення про вид розкрою: безвідходний, маловідходний або розкрій з відходами. Це рішення залежить від необхідної точності деталі, складності її форми, товщини матеріалу і т.д. (див., наприклад, [1, 2]).

Після цього, якщо вирішено про штампування з відходами, визначається величина перемичок - бічних і по кроку штампування, що призначаються залежно від габаритних розмірів заготовки, виду і товщини матеріалу. Далі вибирається тип розкрою: прямий, похилий, зустрічний, комбінований і т.д. При цьому враховуються не лише фактори, що визначаються можливістю геометричного розміщення заготовок в площині смуги, але і фактори, що визначаються конструктивним виконанням штампу залежно від відносного розташування пуансонів, упорів і т.д.

Визначивши оптимальне розташування заготовки в смузі (як при штампуванні з відходами, так і без відходів), розраховують її ширину. При цьому, якщо намічено проектувати штамп з бічним притискуванням смуги, її ширина обчислюється за формулою

, (4.13)

де - розмір деталі, що отримується (поперек смуги);

- найменша величина бічної перемички;

- однобічний (мінусовий) допуск на ширину смуги.

Якщо ж передбачається проектувати штамп з вільним переміщенням смуги між направляючими планками, то її ширина обчислюється за формулою

, (4.14)

де - гарантований зазор між направляючими і найбільшою можливою шириною смуги.

Значення допуску для стандартизованих смуг і стрічок приймають по відповідних ДСТУ або ГОСТ на сортамент матеріалів. При розкрої листа на смуги із застосуванням ножиць допуск і гарантований зазор приймається по відповідних таблицях довідкової літератури [1-5].

Розрахунок ширини смуги при штампуванні в штампі з кроковими ножами слід виконувати по формулі (4.13) і збільшувати ширину смуги додатково на величину кромки, що обрізується ножами.

Ширина кромки, що обрізується одним ножем, вибирається по таблицям довідкової літератури або приймається рівною величині бічної перемички .

По розрахованій ширині смуги визначають кількість смуг, що отримуються з листа із заданими розмірами, а по довжині смуги і кроку вирубки - кількість заготовок, що отримуються із смуги. Потім обчислюють загальну кількість заготовок, що отримуються з листа, і коефіцієнт використання матеріалу.

Вказаний розрахунок коефіцієнта використання матеріалу може повторюватися багато разів, поки не буде знайдений оптимальний варіант розкрою з найбільшим коефіцієнтом використання матеріалу.

В даний час з цією метою широко застосовуються математичні методи пошуку оптимального розкрою з використанням ЕОМ.

У загальному випадку коефіцієнт використання металу визначають за формулою

, (4.15)

де - маса готової деталі (приймається по кресленню деталі), кг;

- норма витрати матеріалу на одну деталь, кг.

, (4.16)

де - маса одиниці основного матеріалу, що використовується для штампування (полоси, листа та ін.), кг;

- кількість деталей, яку отримують в результаті розкрою одиниці основного матеріалу, шт.