Конструирование штампуемых деталей

Применение деталей, штампуемых из листовых материалов в авиационной приборной аппаратуре, обусловлено малой трудоёмкостью изготовления, возможностью получения деталей сложной формы и необходимой жёсткости конструкции [54,7,34].

Стоимость штампуемых деталей определяется в основном стоимостью штампов и материалов. Высокая стоимость штампов делает эффективной применение штамповки только при определённой серийности изготовления деталей. Стоимость детали будет тем меньше, чем меньше её размеры, толщина материала и проще форма. Форма детали должна обеспечивать безотходный или малоотходный раскрой, наилучшее использование материала, простую конструкцию штампа и наибольшую стойкость его рабочей частей.

Детали малогабаритной аппаратуры рекомендуется изготавливать из материала возможно меньшей толщины, при этом операциями штамповки можно обеспечить заданную жёсткость путём профилирования плоских поверхностей.

При изготовлении штампуемых деталей применяются как металлические, так и не металлические листовые материалы (алюминиевые сплавы, стали, латуни, магниевые и титановые сплавы, а также слоистые пластики, листовые термопласты). Штампуемость металлических материалов зависит от их химического состава и структуры (особенно при изготовлении полых и сложных деталей, требующих большой пластической деформации).

Для получения деталей штамповкой применяются две группы технологических операций: разделительные и формообразующие. Разделительными операциями получают плоские детали с внешними и внутренними элементами формы (рис. 4.4,а). Формообразующими операциями осуществляют гибку, выдавку, отбортовку, вытяжку, высадку (рис. 4.4,б).

При вырубке и пробивке минимальные размеры элементов формы зависят от толщины листового материала. Примеры минимизации размеров типовых элементов формы деталей, получаемых вырубкой, приведены на рис. 4.5.

С толщиной листа исходного материала связаны также ограничения на получение отверстий и пазов различной конфигурации при выполнении операции пробивки и просечки. При малых размерах и сложной форме элемента конструкции штампа, осуществляющего пробивку отверстия, возникает повышенный износ штампа и появление заусенцев. Минимально допустимые размеры пробиваемых отверстий и их типовые формы приведены на рис. 4.6.

Для изготовления деталей разделительными операциями в приборостроении применяют материалы толщиной 0,5-5,0 мм, но для материалов толщиной свыше 3мм минимальный диаметр пробиваемых отверстий резко ограничивается, точность размеров снижается, а износ штампов ускоряется.

Не рекомендуется применять длинные, узкие формы пазов, отверстия неправильной формы, т.е. не следует выбирать отношение ширины пазов к толщине материала меньше 3:1.

В целях меньшего искажения формы деталей отверстия должны располагаться на расстоянии двух - трёх толщин материала от края, а минимальный диаметр отверстия должен быть примерно равен толщине материала.

Сложность и стоимость деталей, получаемых с применением операций гибки, определяется направлением изгиба, числом изгибов в каждой плоскости и материалом. Наиболее простые формы гибок Г- и П-образные, т.е. угольники и скобы. Для таких деталей предпочтительна симметричная форма. Длина отгибаемой части должна быть не менее четырёх - пяти толщин материала, а радиус гибки должен быть не менее толщины (рис. 4.7).

Материал, подвергаемый гибке для изготовления деталей, должен обладать высокими характеристиками пластичности (предельной устойчивостью и предельной прочностью), чтобы гибка осуществлялась без разрушения материала. Минимальный радиус гибки , где S- толщина материала; k₁ - коэффициент, определяемый по табл.4.10, который учитывает свойства материала и угол направления волокон к линии изгиба; k₂ – коэффициент, определяемый по табл.4.11, который вводит поправку при изгибе под углом меньше 90^о.

Таблица 4.10

Определение значения коэффициента

Таблица 4.11

Значение коэффициента k₂

Для повышения точности гибки необходимо предусматривать фиксацию деталей в штампе с помощью технологических отверстий (если деталь не имеет отверстий). Точность гибки зависит от формы и размеров деталей, числа операций гибки, механических свойств материала, типа штампа.

Из деталей, изготавливаемых вытяжкой, наиболее просто получаются цилиндрические полые высотой, равной 0,5 – 0,6 диаметра, и с возможно большими радиусами закругления у дна и фланцев.

Цилиндрическая деталь с отношением высоты к диаметру l/d>0,6 требует обычно две или более операций вытяжки. При больших l/d (вплоть до l/d=5 – 8) детали получаются методами ударного выдавливания либо многократной вытяжки.

Для нормальных условий вытяжки полых цилиндрических деталей (рис.4.8) рекомендуется выбирать радиусы сопряжений с учётом следующих соотношений:

R_M>=(2 - 2,5)S; R_П>=(1 - 0,5)R_M,,

где R_M – радиус сопряжений между фланцем и боковой стенкой (радиус скруглений матрицы); R_П – радиус сопряжений между дном и боковой стенкой (радиус скругления пуансона).

Применение конусности в пределах 1,5^о значительно облегчает съём детали с пуансона. Больший угол несколько усложняет технологию вытяжки.

Полые детали прямоугольной формы сложнее в изготовлении, у них должны быть возможно большие радиусы закругления в углах и малое отношение высоты к площади сечения (h/F). При этом радиус скругления R^// в углах стенок должен быть равен радиусу скругления у дна R^/ или быть больше его (рис.4.9).

В полых деталях прямоугольной формы радиусы сопряжения рекомендуется выбирать в пределах:

R^/>=S; R^//>=(0,14 – 0,17)b,

где R^/ - радиус сопряжения дна и стенки; R^// - радиус сопряжения стенок по контуру; b – ширина основания.

В целях снижения брака при вытяжке переход дна в боковую стенку рекомендуется выполнять скосом под углом 45^о с возможно большими радиусами перехода этого скоса в стенку и дно.

Отверстия в дне полых деталей более желательны, чем в стенках. Боковые отверстия, особенно при глубоких вытяжках, нельзя располагать близко ко дну.

Материал, выбираемый для изготовления деталей вытяжкой, должен обладать высокими показателями устойчивой пластичности и возможно более низкими пределами упругости и текучести (повышенная твёрдость затрудняет вытяжку и вызывает разрыв на второй и последующих операциях, выполняемых без промежуточных термических операций). Для изготовления полых деталей вытяжкой рекомендуется мягкая сталь, алюминий, медь и латунь (при содержании меди до 68 – 72%), из сплавов алюминия наиболее подходит АМц.

При отношении толщины материала к диаметру или большей стороне менее 1:50 деталь требует дополнительных средств усиления жёсткости: продольных, кольцевых и радиальных выдавок; разбортовок отверстий; выдавки углов. Рекомендуемые формы отдельных элементов для выдавок и разбортовки отверстий показаны на рис.4.10. При определении высоты борта разбортованного отверстия (рис.4.11) можно пользоваться формулами:

H=(0,3…0,4)A при A/S=2,5…5;

H=(0,15…0,22)A при A/S>=10,

где H – высота борта; А – диаметр разбортовки (по средней линии); S – толщина листового материала.

Здесь меньшие значения коэффициентов соответствуют меньшим значениям толщин материалов. Если разбортовка отверстий предназначена для нарезания резьбы, то при выбранном диаметре А необходимо получить высоту H, равную 2,5 – 3 ниткам резьбы. Толщина материала при этом должна находиться в пределах 0,5-3мм.