Кунсткамера "Технологии кувалды". Нелогичный штамп гибки

   Третий том "Кунсткамера "Технологии кувалды"^тм" ценен тем, что в нем собраны реальные примеры из повседневной жизни производства. Каждый отдельный параграф несет информацию, позволяющую всем, кто ознакомился с ней, не совершать ошибок, о которых идет речь. Некоторые примеры с первого взгляда кажутся несущественными. Но причины, по которым возник очередной экспонат Кунсткамеры, порой проистекают из нарушения фундаментальных основ инженерии.

   Как у любого много и долго практикующего хирурга, по легенде, есть "своё кладбище", так и у меня имеется парочка изделий, которые всегда лежат передо мной на специально выделенном для Кунсткамеры рабочем столе. Пока эти "шедевры" не получили своего окончательного оформления в Параграфах, но со временем я ознакомлю читателя с ними всенепременно. Тем более один экспонат настолько показателен, что не рассказать о нем было бы с моей стороны недопустимо!

   А сегодня впервые публикуется первый Параграф, Главы 2 "Штампы", Раздела 1 "Гибка":

Нелогичный штамп гибки.

*****

   Знакомство с этим экспонатом Кунсткамеры произошло буднично: новый начальник цеха еще слабо ориентировался в местах нахождении всех стеллажей с оснасткой в многочисленных помещениях, поэтому пришлось помочь в поисках штампа гибки. 

   Изначально работник участка прессов выдал скептическую оценку оснастке, на которой предстояло согнуть заданное количество Кронштейнов:
- Что-то с ним в прошлый раз не так было!
    Последующие события показали, что память работника не подвела.

*****

I. Геометрия металла.

   Рисунок К2.1.11: фрагмент чертежа Кронштейна

    На Рисунке К2.1.11 изображен фрагмент чертежа Кронштейна.  Материал: Сталь 20, 
лист толщиной 8 мм. Перед гибкой в центральной части Кронштейна с двух сторон разделывается кромка (А-А).
    Для изготовления скобы был спроектирован и изготовлен штамп гибки (Рис. К2.1.12), состоящий из матрицы (Поз. 1), пуансона (Поз. 2), упоров (Поз. 3) и направляющих (Поз.4). Позицией 5 обозначена заготовка.

Рисунок К2.1.12: штамп гибки

*****

II. Производственные будни.

   Следующим этапом были, как я их называю: «производственные будни». Заготовительный участок отрубил заготовку, которую отдали на участок прессов для пробной гибки. И началось…

   Штамп буквально «снял стружку» с согнутой пластины, причем с двух сторон: места помечены красными стрелками (Рис. К2.1.13). Отдельно отмечу и сильные зоны потертости возле центрального гиба (зеленая стрелка).

Рисунок К2.1.13: последствия пробной гибки в штампе.

   Пластине для пробной гибки повезло: у нее не было явных концентраторов напряжений. А с реальными заготовки все было гораздо хуже.

   У нескольких первых заготовок просто оторвало отгибаемые края прямо по «запланированному» конструктором концентратору напряжений (Рис. К2.1.14): буртику, где заканчивается фрезеровка разделки кромки.

Рисунок К2.1.14: порванные во время гибки заготовки.

*****

III. Плоды раздумья.

   На складе оснастки штамп был подвергнут обмеру (Рис. К2.1.15):

1. Радиус скругления ребра матрицы: 4 мм;

2. Ширина пуансона: 81 мм (а);

3. Ширина формирующей полости матрицы: 97 мм (б).

Рисунок К2.1.15: обмер штампа.

   1. Первое, что бросалось в глаза — это радиус скругления матрицы, чей размер приложенный радиусомер определил как R4.

   На странице 201 Справочника Рудмана [2] из таблицы видно, что рекомендуемый радиус ребра матрицы — 8 мм.

   2. Для определения зазоров между матрицей и пуансоном тот же источник [2] на странице 199 рекомендует следующую формулу:

z_гб=s_max+sK_z, где:

z_гб — односторонний зазор между матрицей и пуансоном;

s_max — наибольшая толщина листа с учетом допуска (по ГОСТ 19903-2015: 8,3 мм);

K_z — коэффициент из таблицы 9 [2, стр. 199] (для толщины 8 мм: K_z=0,08).

Получаем: z_гб=8,3+8*0,08=8,94 мм.

   Из обмера (Рис. К2.1.15) вытекает, что в штампе был выполнен односторонний зазор, равный 8 мм.

*****

IV. Технология кувалды^тм.

А. Ошибки, допущенные при проектировании штампа гибки.

   При замере угла гибки Кронштейнов, у которых были оторваны края, получены одинаковые значения: катастрофическое развитие трещины произошло при достижении 53^О между законцовками. Учитывая отдачу (пружинение), получаем, что потеря технологической прочности наступила при достижении угла гибки около 50^о (Рис. К2.1.16 а). В начале одной из версий разрушения Кронштейна была такая: буртик разделки кромки упирается в ребро матрицы при гибке, что приводит к отрыву части заготовки.

   На Рисунке К2.1.16 показано определение момента разрыва металла:

а) Красными линиями обозначено нахождение буртиков в момент катастрофического развития трещины: видно, что буртики прошли ребра матрицы (R4).

б) На фото зелеными стрелками указаны плоскости буртиков на оторванных частях: на поверхностях буртиков нет следов замятий, что говорит об отсутствии силового упора буртиков в ребра матрицы в процессе гибки.

в) На наружных поверхностях заготовки красными стрелками отмечены потертости от контакта с ребрами матрицы: наиболее сильные замятия поверхностей (момент достижения пика разрушающей нагрузки) происходили тогда, когда буртики уже миновали ребра матрицы.

Рисунок К2.1.16: определение момента развития трещины. 

   Для исправления ошибок проектирования на фрезерный участок было выдано задание по доработке штампа:

  1. Формирующие поверхности матрицы отфрезерованы до получения одностороннего зазора 8,9 мм.

   2. На ребрах матрицы были выполнены радиусы R8 мм.

Б. Нелогичность штампа.

   На фото выше видно (Рис. К2.1.15, слева), что у готовых Кронштейнов имеется распружинивание. Посмотрим на схемах: можно ли реализовать в штампе обсуждаемой конструкции мероприятия, препятствующие распружиниванию.

   На Рисунке К2.1.17 а) показана схема, из которой видно, что, если компенсировать пружинение при гибке угла 90^О (значение взято условное) на пуансоне (угол А), то угол пуансона В между кромками 1 и 2 увеличится до угла С (штриховые линии). В результате мы приходим к противоречию: вместо уменьшения угла гибки законцовок Кронштейна получаем его увеличение в сторону распружинивания. Выполнение гибки с чеканкой угла между кромками 1 и 2 не представляется возможным. Из чего появляется необходимость в правке углов двух законцовок.

Рисунок К2.1.17: схемы гибки углов Кронштейна.

   Остается рекомендовать проводить гибку в два этапа: окончательно формировать один средний угол заготовки (Рис. К2.1.17 б), у которой предварительно отогнуты законцовки (Рис. К2.1.17 в)

В. Неявные исходные данные.

Рисунок К2.1.18: определение угла гибки.

   На чертеже Кронштейна (Рис. К2.1.11) отсутствует угол среднего гиба. Пусть этот угол равен 90^О. Но тогда не ясно, где находятся центры радиусов R20. Изначально можно предположить, что такие центры совпадают по вертикали с кромкой, которую определяет размер 46. Во всяком случае, на чертеже Кронштейна это совпадение на правом виде можно заметить визуально. Однако, ориентироваться на положение линии, даже толщина которой может давать для координаты радиуса весьма смутные данные, я считаю неправильным. Конструктор мог бы однозначно обозначить расстояние до центра радиуса R20, хотя бы справочным размером.

   Попробуем прорисовать схему с таким расположением радиусов R20 (Рис. К2.1.18 а). Центральный угол гибки в этом случае получается 103^о30´.

   Схема с изначальным центральным углом гибки 90^о (Рис. К2.1.18 б) приводит к тому, что высота расположения центров радиусов R20 равна 51,4 мм, а кромка, определяемая размером 46, явно уехала визуально совсем не на то место, которое указано на чертеже Кронштейна и не горизонтальна.

  И мы опять сталкиваемся с теми самыми «неявными исходными данными» из моего определения той деятельности, которой заняты каждодневно большинство конструкторов, инженеров, технологов:

   «Решение задач с неявными исходными данными, методом мозгового штурма, в режиме экстремального проектирования».

   Осталось проверить: как же эти «неявные исходные данные» были определены много лет назад безымянным конструктором Бюро по проектированию оснастки Отдела Главного Технолога. Повторный поход на склад оснастки с угломером все прояснил: в штампе реализован угол среднего гиба 103^о30´ (Рис. К2.1.19).

Рисунок К2.1.19: замер формирующего угла пуансона штампа

Г. Детективный финал.

   Зачастую такие случай, как с этим штампом гибки, превращаются в некий аналог расследования. Так произошло и на этот раз. После описанных выше событий я пошел в КБ и попросил начальника «серийки» показать мне на 3D модели: к чему же приваривается Кронштейн, причиной брака которого являются две разделки кромок крайне похожие на разделку под сварку (Рис. К2.1.110).

   Анализ документации и 3D модели показал, что указанные разделки кромок к сварке не имеют никакого отношения. Данный факт еще больше напустил туману к продолженному после моему расследованию. Но это уже совсем другая история…

Рисунок К2.1.110: разделка кромок

*****

V. Послесловие.

   1. Какой бы не казалась простой оснастка, нельзя игнорировать опыт, который мы можем почерпнуть из специальной технической литературы, ГОСТов, ОСТов, Производственных инструкций и других регламентирующих документов для определения геометрических и технологических параметров оснастки и ее элементов.

   В частности, если бы при проектировании штампа, рассмотренного в этом параграфе, были бы учтены рекомендации по схеме и зазорам, то брака заготовок, доработки штампа и увеличения себестоимости деталей, требующих доработки (рихтовки после гибки), удалось бы избежать.

   2. Зачастую многие проблемы оснастки снимаются своевременным внесением изменений в документацию изготавливаемых при помощи оснастки деталей. Из опыта можно с уверенностью сказать, что рассмотрение места детали в сборочных единицах, подтверждение технической обоснованности наличия концентраторов напряжений и т.п. должны стать обязательными.