Холодная штамповка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

1. Введение

2. Анализ физико-механических, химических, конструкционно-технологических свойств материала детали

3. Анализ технологичности конструкции

4. Определение раскроя материала и расчет размеров заготовки

5. Разработка маршрутной и операционной технологий

6. Определение технологических режимов штамповки и выбор пресса

7. Проектирование технологической оснастки

7.1 Выбор схемы действия штампа

7.2 Расчет конструкции штампа

7.2.1 Расчет исполнительных размеров рабочих деталей штампа

7.2.2 Определение центра давления штампа

7.2.3 Выбор материалов для изготовления деталей штампа

7.3 Выбор стандартного блока штампа

7.4 Техническое нормирование штамповочных операций

8. Заключение

9. Список литературы



Введение

Холодная штамповка - одна из самых прогрессивных технологий получения заготовок, а в ряде случаев и готовых деталей изделий машиностроения, приборостроения, радиоэлектронных и вычислительных средств. По данным приборостроительных и машиностроительных предприятий до 75% заготовок и деталей изготавливается методами холодной штамповки.

Холодная штамповка является одним из прогрессивных методов получения узлов и деталей в различных отраслях промышленности.

Характерными чертами процессов холодной штамповки, обеспечивающими её широкое распространение, являются:

- ограниченность номенклатуры оборудования;

- простота эксплуатации оборудования;

- возможность изготовления изделий из разнообразных материалов;

- высокая производительность труда;

- низкая квалификация рабочих;

- малая себестоимость изделий;

- применение инструмента, автоматически обеспечивающего необходимые точность детали и шероховатость её поверхности;

- малые потери материала, высокий коэффициент его использования;

- возможность механизации и автоматизации процессов.

Специфической особенностью процесса холодной штамповки является высокая стоимость инструмента - штампов. Этот фактор предъявляет особо жесткие требования к качеству разработки технологических процессов.

Сейчас применяются разные материалы, но все их принято условно классифицировать на группы:

- конструкционные материалы - применяются для создания деталей, узлов РЭС;

- инструментальные стали и сплавы (штампы, пресс-формы);

- стали и сплавы с заданными физико-механическими свойствами (радиоматериалы);

- неметаллические материалы (слюда, бумага, картон).

Выбор материала зависит от условий эксплуатации детали, от ее назначения. Несмотря на большое разнообразие физико-механических свойств, качество материалов зависит от химического строения, чистоты, от атомно-молекулярного строения.

холодная штамповка процесс технология пресс



2. Анализ физико-механических, химических, конструкторско-технологических свойств материала детали

Сталь 45 гост выделяется среди подобных изделий рядом следующих характеристик: назначением и функциональностью, химическим составом элементов, возможными заменителями, поставщиками, максимальной температурой работоспособности, литейным и техническим набором характеристик. В основных свойствах выделяют ее основные заменители: стали 40Х, 50 и 50Г2. По своим характеристикам они являются наиболее близкими с похожим набором функций. Сталь 45 гост особо применима для валов, как коленчатых, так и распределительных, шпинделей, бандажей, цилиндров, различных видов и форм кулачков и т.д. Другими словами, для всех приборов и устройств, которые должны обладать максимальной прочностью, надежностью и износоустойчивостью. По своему химическому составу данная сталь содержит: медь, марганец, мышьяк, никель, фосфор, хром и др. Касаемо своих механических свойств сталь 45 гост выдерживает многие перепады температур, различные климатические изменения и воздействия. Она спокойно проходит температурные испытания от 200 до 600°. Скорость изменения формы стандартного образца будет достигать 0,009 1/с (6 мм диаметр и 30 мм длина).

Технологические характеристики

По своей способности справляться с различными воздействиями выделяют: сталь 45 гост горячекатаную, калиброванную, серебрянку, кованую, со специальным отжимом и методом обработки. Другая вариативная форма стали - лист. Он может быть холодно- и горячекатаным. Температура ковки на момент начала и конца может достигать 1250 и 700° соответственно. Сталь 45 считается одним из самых трудносвариваемых материалов, зато она не обладает отпускной способностью. Данные свойства особенны важно для сложных форм и конфигураций. Процесс сварки может происходить двумя способами: КТС и РДС. Критические точки работы с разными химическими элементами могут варьироваться от 350 до 730°. Ударная вязкость конечного изделия сталь 45 зависит от диаметра и толщины листа. Безусловно, более прочным окажется лист с наибольшей толщиной. Хотя благодаря методам обработки и производства стали, буквально любое изделие выдержит даже самые резкие воздействия и крупногабаритные конструкции. К сожалению, предел выносливости есть у любого материала, однако у стали он наиболее максимален благодаря физическим свойствам самого исходного материала.

Механические свойства при Т=20oС материала 45

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
-	мм	-	МПа	МПа	%	%	кДж / м2	-
Трубы, ГОСТ 8731-87			588	323	14
Пруток калиброван., ГОСТ 10702-78			590			40		Отжиг
Прокат, ГОСТ 1050-88	до 80		600	355	16	40		Нормализация
Прокат нагартован., ГОСТ 1050-88			640		6	30
Прокат отожжен., ГОСТ 1050-88			540		13	40
Лента отожжен., ГОСТ 2284-79			440-690		14
Лента нагартован., ГОСТ 2284-79			690-1030
Полоса, ГОСТ 1577-93	6 - 60		600	355	16	40		Нормализация

Твердость 45, Трубы ГОСТ 8731-87	HB 10 -1 = 207 МПа
Твердость 45, Прокат горячекатан. ГОСТ 1050-88	HB 10 -1 = 229 МПа
Твердость 45, Прокат калиброван. нагартован. ГОСТ 1050-88	HB 10 -1 = 241 МПа
Твердость 45, Прокат калиброван. отожжен. ГОСТ 1050-88	HB 10 -1 = 207 МПа
Твердость 45, Прокат горячекатан. отожжен. ГОСТ 1050-88	HB 10 -1 = 197 МПа



Физические свойства материала 45

T	E10-5	a106	l	r	C	R109
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	2			7826
100	2.01	11.9	48	7799	473
200	1.93	12.7	47	7769	494
300	1.9	13.4	44	7735	515
400	1.72	14.1	41	7698	536
500		14.6	39	7662	583
600		14.9	36	7625	578
700		15.2	31	7587	611
800			27	7595	720
900			26		708

Сопротивление срезу 392 МПА ГОСТ 1050-88

Вывод: сталь 45 является металлическим материалом, обладает высокой твёрдостью и плотностью. Материал пригоден для штамповки.



3. Анализ технологичности конструкции

Дадим качественную оценку технологичности конструкции:

конфигурация детали обеспечивает выгодное использование материала;

допуски на размеры 12-14 квалитетов, т.е. соответствуют экономической точности операций холодной штамповки;

контур детали простой, без узких удлинённых вырезов или прорезей;

отверстий нет.

Вывод: деталь технологична, пригодна для холодной штамповки.

4.Определение раскроя материала и расчёт размеров заготовки

Определим экономичность раскроя с помощью коэффициента использования материала по формуле:

з=Sдетn/Sл*100%, где

Sдет - площадь детали без учёта потерь, вызванных геометрической формой,

n - количество деталей, получаемых из полосы,

Sл - площадь полосы.

Определим площадь детали как площадь прямоугольника за вычетом четверти площади круга:

Sдет= Sпрям- 0,25Sкруга.

Sпрям=35*30=1050 мм2

Площадь круга вычисляется по формуле:

Sкруга=рR2



Sкруга=3,14*122=452,16 мм2

Таким образом, Sдет=1050-0,25*452,16=936,96 мм2.

n=1000/(30+2,5)=30 шт.

Для нахождения площади полосы Sл вычислим ширину полосы (В) по формуле:

B=L+b+?п, где

L - размер вырубаемой детали поперёк полосы, мм,

b - ширина нижней перемычки, мм,

?п - предельные отклонения ширины полосы, мм.

Таким образом, B=35+2*2,5+0,5=40 мм.

Sл =1000*40=40000 мм2

з=936,96*30/40000*100% =70,27%

Количество полос: 2000/40=50 шт.

Количество деталей, получаемых из листа: 30*50=1500 шт.

Вывод: коэффициент использования материала довольно высок, следовательно, раскрой материала экономичен.



5. Разработка маршрутной и операционной технологий

Разработка маршрутной технологии сводится к установлению последовательности технологических операций, в результате выполнения которых из заготовки получается готовая деталь.

Для получения детали Вкладыш, децимальный номер РА.01.00.00.02.01, требуются следующие операции:

Подготовительная. Выбрать лист Сталь 45 размером 2000*1000*2 мм. Очистить, смазать. Инструмент - штанген-циркуль, рулетка.

Заготовительная. Распустить лист на полосы шириной 40мм поперек проката, отбросить отход. Оборудование - ножницы гильотинные.

Контрольная. Проверить ширину полосы. Проверка выборочная - 1% от партии. Инструмент - штанген-циркуль.

Штамповочная. Продвинуть полосу до упора, пробить отверстие, продвинуть деталь на 1 шаг влево, вырубить деталь. Обрезать кромку. Оборудование - пресс КД2324. Оснастка - штамп вырубки-пробивки.

Контрольная. Проверить размеры детали согласно чертежу. Проверка выборочная - 1% от партии. Инструмент - штанген-циркуль.

Механическая. Удалить заусенцы. Оборудование - барабан галтовочный.

Контрольная. Проверить деталь на отсутствие заусенцев. Проверка выборочная - 1% от партии, осуществляется визуально.

При разработке операционной технологии для каждой операции необходимо определить:

1) Технологические режимы обработки;

2) Перечень технологической оснастки (штампов, приспособлений,

инструмента, приборов контроля и т.п.);

3) Состав основного и вспомогательного оборудования;

4) Перечень вспомогательных материалов (масел, ветоши, красок, химреактивов и т.п.);

5) Нормы времени на выполнение операции.



6. Определение технологических режимов штамповки и выбор пресса

Определение технологических режимов штамповки

Основными технологическими режимами являются усилия, развиваемые при выполнении операций вырубки - пробивки, и усилия, необходимые для снятия полосы или детали с пуансонов, а также проталкивание деталей или отходов через провальные отверстия матрицы.

Расчетное усилие вырубки Рв (пробивки Рп) определяется по формуле:

Рв(Рп)=L•S•уср,

где L - периметр вырезаемого (пробиваемого) контура (длина линии разреза), мм;

S - толщина материала, мм;

уср - сопротивление срезу, МПа.

Рассчитаем длину линии реза:

L=18,8+47,1+7,9=170 мм

S=2мм

уср=392 МПа

Таким образом,

Рв=1,7*10-1*2*10-3*392*106=133280Н=133,28кН

Усилие, необходимое для снятия полосы или детали с пуансона, определяется по формуле:

Рсн=(Рв+Рп)•Ксн,

где Ксн - коэффициент, зависящий от сложности вырезаемого контура.

Так как данная деталь имеет сложный контур, выбираем Ксн=0,04.

Рсн=133,28*0,04=5,33кН

Усилие проталкивания детали или отхода через провальные отверстия матрицы определяется по формуле:

Рпр=(Рв+Рп)•Кпр•n,

где Кпр - коэффициент проталкивания (выбираем Кпр=0,07),

n - количество деталей, находящихся в пояске (шейке) матрицы:

n=h/S,

где h - высота пояска матрицы

n=6/2=3шт.,

Рпр=133,28*0,07*3=27,99кН

Суммарное усилие, требуемое для выполнения разделительной операции, равно сумме усилий:

Рс=Рв+Рсн+Рпр,

тогда суммарное усилие будет равно:

Рс=133,28+5,33+27,99=166,6кН

Затупление режущих кромок пуансонов, неоднородность материала полосы, изменение величины зазора между пуансоном и матрицей вызывают значительное увеличения вырубки - пробивки, поэтому при выборе пресса требуемое усилие Рпресса возьмем больше расчетного на 30%, т.е.:

Рпресса=1,3*Рс,

Рпресса=1,3*166,6=216,58кН

Выбор пресса

Для операций холодной штамповки применяют в основном кривошипные, гидравлические (для изготовления деталей больших размеров) и прессы-автоматы (при большой программе выпуска деталей).

По технологическому признаку прессы делятся на:

- прессы простого действия,

- прессы двойного действия,

- прессы тройного действия.

Первые имеют один движущийся ползун и применяются для вырезки, пробивки, гибки, формовки, неглубокой вытяжки и других операций. Прессы двойного действия имеют два независимо движущихся ползуна: наружный для прижима заготовки, а внутренний - для штамповки. Прессы тройного действия применяют на автомобильных заводах для штамповки кузовных деталей.

Для данной детали будем применять прессы простого действия.

Учитывая вышеизложенное, по таблице 1 приложения 1 подберем пресс по рассчитанному ранее усилию.

Модель	Усилие, кН кН	Ход ползуна,мм мин-1	Частота хода, мин-1 мин-1	Закрытая высота, мм	Толщина подштамп.плиты, мм	Регул.положения ползуна,мм	Размер стола АxВ, мм	Диаметр отв. в плите, мм	Диаметр отв. в ползуне, мм	Глубина отв. в ползуне, мм
КД2324	250	5...65	120	250	50	55	500x340	130	40	60



7. Проектирование технологической оснастки

7.1 Выбор схемы действия штампа

Штампы, применяемые для вырубки и пробивки, отличаются большим разнообразием как в отношении выполняемых ими операций, так и по конструктивному оформлению, определяемому характером производства. В массовом производстве применяют сложные штампы, обладающие высокой стойкостью и средствами автоматического контроля параметров. В серийном - используют более простые конструкции и, соответственно, более дешевые в изготовлении. В мелкосерийном производстве находят применение наиболее простые и дешевые штампы.

По способу действия различают штампы простые, последовательные и совмещенные.

По количеству операций штампы могут быть одно- или многооперационными.

По способу подачи материала - с неподвижным или подвижным упором, с ловителями, с боковыми шаговыми ножами, с ручной или автоматической подачей полосы или ленты и т.д.

Для данной детали целесообразно выбрать штамп последовательного действия, так как этот штамп обеспечивает высокую производительность за счет автоматического удаления деталей через провальное окно. Готовая деталь получается за два хода ползуна пресса. За первый ход пробивается отверстие в заготовке, а затем, после подачи полосы влево на один шаг, вырубается деталь.



7.2 Расчет конструкции штампа

7.2.1 Расчет исполнительных размеров рабочих деталей штампов

Расчет исполнительных размеров сопрягающихся деталей штампа проводится для пары: отверстие в матрице - пуансон.

При пробивке отверстий размером d+?, где d-номинальный размер отверстия, исполнительные размеры вычисляются по формулам:

для матрицы - dм=(d+?+z)+дм;

для пуансона - dп=(d+?)-дп.

Здесь dм и dп - сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона.

dм=15,54+0,04

dп=15,4-0,02

7.2.2 Определение центра давления штампа

Ось хвостовика необходимо располагать в центре давления штампа для предотвращения перекосов, несимметричности зазора, износа направляющих элементов штампа и быстрого выхода из строя рабочих деталей.

Xц.д.=

Yц.д.=

l1=47,1 ; x1=49,5; y1=17

l2=23 ; x2=0; y2=23,5

l3=30; x3=15; y3=35

l4=30; x4=30; y4=20

l5=7,9; x5=27; y5=3

l6=13; x6=19,5; y6=0

l7=13; x6=7; y6=7

Таким образом,

Xц.д=25; Yц.д.=19.

7.2.3 Выбор материалов для изготовления деталей штампа

Детали штампов	Марки материала	Термообработка
	основная	заменители
Пуансоны и матрицы простой формы	У10	5ХВ2С	Калить пуансоны - HRC 54-68; матрицы - HRC 56-60
Плиты блоков	Чугун	Стальное литье 30Л	_____________
Хвостовики	Сталь 35	Ст4	_____________
Колонки направляющие	Сталь 20	Ст2	Цементировать на глубину 0,5-1 мм; калить HRC 58-62, калить HRC 45-60
Втулки направляющие
Пуансонодержатели	Стали 35	Ст3	______________
Плитки подкладные	Сталь 45	Ст5	Калить HRC 40-45
Съемники направляющие	Сталь 45	Сталь 40	______________
Съемники	Ст3	Сталь 25
Упоры	Сталь 45	__________	Калить HRC 40-45
Прижимы, выталкиватели, направляющие планки	Стали 40	Ст5	Калить HRC 50-54
Ловители, фиксаторы	Сталь У8А	Сталь У7А
Винты	Сталь 45	__________	Калить головку HRC 40-45

7.3 Выбор стандартного блока штампа

Выбор стандартного блока штампа осуществляется по номерам. Для определения номера вычислим размеры рабочей зоны ар(мм) и bр(мм) матрицы и по ним определим размеры Аr(мм) и Вr(мм) матрицы штампа. Зная эти размеры, найдем номер и размеры блока, и размеры гладких направляющих штампа.

- размер рабочей зоны (арxbр) - 50*50;

- размер матрицы штампа (АrxВr) - 100*100.

Выбран блок №14.

Основные размеры блоков и направляющих (в миллиметрах)

№	Ar	Br	dнп	dнп1	h	h1	e1	e2	A1	r
30	100	100	32	28	50	45	32	25	196,0	45

7.4 Техническое нормирование штамповочных операций

Определим штучное время Тшт, необходимое для выполнения разрабатываемой штамповочной операции, а также количество штампов и прессов, необходимых для выполнения программы выпуска деталей.

Полная норма штучного времени определяется по формуле:

Тшт=Топ+Тд,

где Топ - оперативное время, непосредственно затрачиваемое рабочим на выполнение операции; Тд - дополнительное время, требуемое на обслуживание штампа и отдых.

Топ складывается из основного времени t0, определяемого процессом получения детали (двойной ход ползуна), и вспомогательного tB, затрачиваемого на выполнение различных ручных приемов, необходимых для выполнения основной работы. К вспомогательному времени также относится время на установку полосы (заготовки) в штамп, продвижение, снятие детали, удаление отходов, включение и выключение пресса и т.п.

Топ определяется следующим образом:

Топ=(t0+tB)/z,

где z - количество деталей, получаемых за один двойной ход ползуна пресса (в данном случае z=1);



t0=kм/n

для пресса с ручным управлением (n - частота хода ползуна)

kм - коэффициент увеличения основного времени на время работы механизма включения пресса

kм=1,6

n =120

t0=1,6/120=0,013 мин

tB определяется путем непосредственного хронометража работы передовых рабочих. При ручной подаче его можно определить, исходя из следующих соображений:

tB=tB1/nд+tB2+tB3,

где tB1 - время на приемы. Необходимо взять полосу (заготовку) и установить ее в штамп, продвинуть до упора, удалить из штампа.

Примем tB1=0,6мин;

tB2 - время на продвижение полосы на один шаг

Примем tB2=0,5сек=0,008мин;

tB3 - время на удаление готовой детали (отхода) из штампа.

Примем tB3=1сек=0,017мин;

nд - количество деталей, получаемых из полосы (nд=30шт.).

Таким образом,

tB=0,6/30+0,008+0,017=0,045 мин

Определим оперативное время

Топ=(0,013+0,045)/1=0,058 мин

Определим дополнительное время, требуемое на обслуживание штампа и отдых. Согласно общемашиностроительным нормативам времени на холодную штамповку, Тд берется в процентном отношении от Топ.



Тд=tОБ+tП,

где tОБ - время на обслуживание штампа;

tП - время на отдых.

Так как усилие выбранного пресса меньше 1000 кН, то tОБ=0,03Топ, tП=0,09Топ, то

Тд=0,03•0,058+0,09•0,058=0,007 мин

Определим штучное время Тшт, необходимое для штамповки одной детали

Тшт=0,058+0,007=0,065 мин,

Определим время работы штампа между двумя переточками:

Ту=Тшт•nу+tу+tсн,

здесь nу - стойкость штампа,

tу и tсн - время, затрачиваемое на установку и снятия штампа.

nу=35000 ударов

tу=30 мин

tсн=10 мин

Определим время работы штампа между двумя переточками:

Ту=0,065*35000+30+10=2315 мин

Определим время на выполнение годовой программы:

ТN=(N/nу)•Ту•(1+kп),

где kп - потери времени на ремонт и переналадку оборудования.

kп =3%,

N=2400000шт.

ТN=(2400000/35000)*2315(1+0,03)=163501,74 мин?2725,03 ч

ТN=170 дней при работе в 2 смены по 8ч

Определим количество рабочих мест, требуемых для выполнения годовой программы:

nр=ТN/[Tф•(1- kп)],

где Tф - годовой фонд рабочего времени.

Tф=4074 ч

nр== 1раб.место

Учитывая, что штампы в процессе работы могут выходить из строя, предусмотрим некоторый запас штампов-дублеров. Следовательно, общее число штампов будет равно:

nш=nр+nдб,

где nдб - количество штампов дублеров.

nдб=110% nр

nдб=1 шт.

nш=1+1=2шт.



8. Заключение

В данном курсовом проекте мы рассмотрели вопросы разработки технологии, проектирования и изготовления технологической оснастки для производства холодноштамповочных операций вырубки - пробивки деталей.

Материал детали полностью пригоден для изготовления ее предложенным методом.



9. Список литературы

1. Горин В.С., Лазутин Ю.Д.: “Технология деталей и узлов РЭС. Холодная штамповка: вырубка, пробивка”, Методическое указание к курсовому проектированию/Рязань 2000.

2. Романовский В.П.: «Справочник по холодной штамповке» - Л.: Машиностроение, 1979.

3. Сорокин В.Г.: «Марочник сталей и сплавов» - М.: Машиностроение, 1989.

4. Кухтаров В.И.: «Холодная штамповка» - М.: Машгиз, 1962.

Размещено на Allbest.ru

...