Холодная штамповка

Размещено на http://www.allbest.ru/

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. По этой причине вопросы проектирования технологических процессов изготовления деталей холодной штамповкой включены в учебные программы курсов «Технология деталей и узлов», «Материалы и материаловедение РЭС», «Техника и технология машиностроительного производства» и др.

Выполнение студентами курсового проекта по данной теме позволит им более глубоко изучить технологию и овладеть методикой проектирования технологических процессов изготовления деталей способами холодной штамповки. В то же время решение практических задач проектирования технологической оснастки позволит студентам освоить правила оформления сборочных чертежей и деталировки в соответствии с требованиями ЕСКД. Это несомненно будет полезным в дальнейшем при выполнении курсовых и дипломного проектов.

Ограниченный объем методических указаний не позволяет рассмотреть все процессы холодной штамповки. Поэтому в данной работе рассмотрены наиболее широко используемые в промышленности операции вырубки и пробивки.

Данные указания подготовлены в соответствии с методическими указаниями по курсовому проектированию [1], в которых рассмотрены общие вопросы проектирования технологических процессов (ТП) и даны рекомендации по выполнению и оформлению курсового проекта.

1. Методика разработки технологии вырубки - пробивки

Методика разработки технологии вырубки - пробивки состоит из следующих основных этапов:

анализа физико-механических, химических, конструкционно-технологических свойств материала штампуемой детали;

анализа технологичности конструкции детали;

определения раскроя материала и расчета размеров заготовки;

разработки маршрутной и операционной технологий;

определения технологических режимов и выбора оборудования;

проектирования технологической оснастки;

технологического нормирования операций штамповки;

оформления конструкторской и технологической документации.

Рассмотрим содержание каждого из этих этапов.

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

Цель этого раздела - показать пригодность заданного материала для холодной штамповки либо найти ему замену или предложить рекомендации по специальной обработке.

Наиболее распространенными материалами, применяемыми в холодноштамповочном производстве, являются прокат металлов: стали, меди и ее сплавов, алюминия и алюминиевых сплавов, никеля и его сплавов, цинка и др., а также неметаллические материалы. Материал детали должен удовлетворять не только ее назначению и условиям работы, но и технологическим требованиям, вытекающим из характера производимых при изготовлении деформаций.

Вследствие этого материал должен обладать определенными физическими, химическими и механическими свойствами, удовлетворяющими техническим условиям по толщине и качеству поверхности.

Пригодность металла для штамповки характеризуется прежде всего его механическими характеристиками:

а) прочностными - пределом текучести у_Т и пределом прочности у_В ;

б) пластическими - относительным удлинением д и относительным сужением ш;

в) сопротивлением срезу у_СР;

г) твердостью.

С увеличением относительного удлинения д штампуемость металла улучшается, а с увеличением твердости - ухудшается. На штампуемость влияет и отношение предела текучести у_Т к пределу прочности у_В. Чем оно меньше, тем лучше штампуемость (для вытяжки у_Т/у_В ? 0,5). Сопротивление среза у_СР связано с пределом прочности у_Т соотношением у_СР ? 0,8у_Т и определяет усилия, требуемые для реализации штамповочных операций: чем оно больше, тем более мощным должен быть пресс, более прочными детали штампа и т.д.

Металлы, склонные к старению, плохо противостоят напряжениям, возникающим при формообразующих деформациях. С другой стороны, старение, как и наклеп, приводит к повышению твердости и прочности, потере пластичности и ударной вязкости. Последствия явлений старения и механического упрочнения можно устранить за счет предварительного или промежуточных отжигов заготовок.

При оценке штампуемости, кроме механических свойств, следует также принимать во внимание химический состав и микроструктуру материала [2,3,4]. Повышенное содержание примесей, газов, а также легирующих элементов и добавок изменяет структуру металла и его механические характеристики.

Неметаллические материалы отличаются от металлов своей структурой, физическими и механическими свойствами; большинство из них имеют аморфную или ярко выраженную слоистую или волокнистую структуру. В то же время они обладают значительно меньшими, чем у металлов плотностью, твердостью и относительно низкими механическими показателями [2,5].

Таким образом:

физико-механические свойства материала должны соответствовать процессу и характеру деформаций;

формоизменение заготовки, как правило, сопровождается значительным повышением механических характеристик материала, что позволяет использовать в качестве исходного менее прочный, но более пластичный материал.

3. Анализ технологичности конструкции штампуемой детали

Исходными данными для проектирования ТП являются рабочие чертежи детали, технические требования на нее и программа выпуска. Рабочие чертежи должны удовлетворять не только требованиям, связанным с назначением детали и условиями ее эксплуатации, но и требованию технологичности конструкции. Расчет количественной оценки технологичности конструкции можно найти в [6].

Качественная оценка технологичности конструкции детали состоит в следующем:

конфигурация детали и ее развертка должны обеспечивать наивыгоднейшее использование материала, давая возможность применить безотходный или малоотходный раскрой;

в случае применения раскроя с отходами необходимо стремиться к тому, чтобы придать отходу форму другой детали;

ассортимент марок материала и его толщины должен быть максимально унифицирован;

допуски на размеры холодноштампованных деталей должны соответствовать экономической точности операций холодной штамповки, то есть 10 - 14 квалитетам;

контур детали по возможности должен быть простым, без узких длинных вырезов или прорезей;

размеры отверстий, пробиваемых круглым пуансоном, не должны быть меньше 1,3 толщины материала для твердых сталей; одной толщины - для мягких сталей; 0,8 толщины - для алюминия и его сплавов и 0,4 толщины - для гетинакса.

Остальные технологические требования можно найти в литературе [7,8,9].

4. Определение раскроя материала и расчет размеров заготовки

Раскрой материала, с одной стороны, определяет схему штампа, и, следовательно, сложность его изготовления и стоимость, а с другой - количество материала, идущего в отход. И то и другое непосредственно влияют на себестоимость детали.

Экономичность раскроя характеризуется коэффициентом использования материала :

з = S_ДЕТ n / S_Л 100 % ,

где S_ДЕТ - площадь детали без учета потерь, вызванных геометрической формой (отверстия, пазы и т.п.); n - количество деталей, получаемых из листа или полосы площади S_Л.

Величина з зависит от геометрической формы детали, а также от ширины перемычек. Наихудшей формой с точки зрения экономии материала является круг.

Ширина полосы определяется по формуле:

B = L + 2b + Д_П ,

где В - ширина полосы в мм (округляется до ближайшего целого числа в большую сторону);

L - размер вырубаемой детали (поперек полосы), мм;

b - ширина боковой перемычки (табл. 1), мм;

Д_П - предельные отклонения ширины полосы (табл. 2), мм.

Величина перемычки зависит от многих факторов: конфигурации и размеров детали, пластичности и толщины материала, конструкции и точности штампа, вида подачи полосы в штамп. В приборо- и машиностроении пользуются усредненными размерами перемычек, которые выбираются из таблиц, полученных опытным путем [7,9,10].

Таблица 1 Наименьшая величина перемычек

Толщина материала, мм	Перемычка, мм	Толщина материала, мм	Перемычка, мм
	a и b	a1 и b1		a и b	a1 и b1
0,3	1,4	2,3	2,5	1,8	2,8
0,5	1,0	1,8	3,0	2,0	3,0
1,0	1,2	2,0	4,0	2,5	3,5
1,5	1,4	2,2	5,0	3,0	4,0
2,0	1,6	2,5	10,0	5,5	6,5

В таблице применены следующие обозначения: а - перемычка между небольшими деталями простой формы; a₁ - перемычка между большими деталями или деталями сложной конфигурации; b - боковая перемычка при работе с боковым прижимом; b₁ - боковая перемычка при работе без бокового прижима.

В ряде случаев при выборе величины перемычки табличные значения следует корректировать:

при вырубке деталей из неметаллических материалов ширину перемычек увеличивают в 1,5 раза;

при вырезке с поворотом полосы величину перемычек а и а₁ увеличивают в 1,5 раза;

ширину кромки, обрезаемой шаговым ножом, принимают равной а₁;

для магниевых сплавов ширину перемычек увеличивают в 2 раза;

для титановых сплавов ширину перемычек увеличивают в 1,3 - 2 раза;

для материалов толщиной более 10 мм ширину перемычек принимают равной 0,7 толщины листа.

Более экономичными являются безотходный и малоотходные раскрои, когда отсутствуют соответственно все или некоторые перемычки. Однако это приводит к снижению точности размеров детали или усложнению конструкции штампа. В случае применения безотходного раскроя предельные отклонения размеров, получаемые отрезкой в штампе или разрезанием листа на полосы на гильотинных ножницах, можно определить из таблицы 2 [11].

Таблица 2 Предельные отклонения размеров при отрезке в штампе или на гильотинных ножницах

Размер, мм	Толщина материала, мм
	До 1	Св. 1 до 2	Св. 2 до 3	Св. 3 до 5	Св. 5 до 10
До 50	0,3 - 0,4	0,3 - 0,5	0,5 - 0,7	0,6 - 0,9	1,3 - 1,8
Св. 50 до 100	0,3 - 0,5	0,4 - 0,6	0,6 - 0,8	0,7 - 1,0	1,4 - 2,0
Св.100 до 150	0,4 - 0,6	0,5 - 0,7	0,6 - 0,9	0,8 - 1,1	1,8 - 2,5
Св. 150 до 220	0,5 - 0,7	0,5 - 0,8	0,7 - 1,0	0,8 - 1,2	2,1 - 3,0

Примечание. Меньшие значения предельных отклонений соответствуют отрезке в штампе, резке листа на многодисковых ножницах или отрезке гильотинными ножницами повышенной точности.

На практике для получения приемлемого раскроя можно пользоваться раскладкой вырезанных из плотной бумаги контуров деталей. При этом целесообразно учитывать следующие правила, которые могут облегчить решение задачи:

а) при штамповке деталей сложной конфигурации следует применять наклонный, встречный, многорядный раскрои и раскрой с поворотом полосы;

б) ширина полосы должна назначаться в направлении наибольшего размера штампуемой детали, кроме тех случаев, когда это правило нельзя соблюсти. Например, в случае, когда ширина детали равна ширине полосы или ленты и деталь просто отрезается, или в случае последующей гибки, когда линия гиба должна быть направлена поперек «волокон» (перпендикулярно направлению проката) материала.

Завершением раздела является выбор стандартного листа проката или ленты, таких, чтобы отходы (обрезки) были минимальны. Стальной прокат поставляется согласно ГОСТ 19903 - 74 (горячекатаный) и ГОСТ 19904 - 90 (холоднокатаный). Некоторые складские размеры листов и рулонов приведены в табл. 3. Для проката цветных металлов и сплавов при расчетах можно использовать следующие данные (размеры указаны в мм):

600 х 1500 - для толщины листа 0,15 мм и более;

710 х 1410 - для толщины листа 0,40 мм и более;

1000 х 2000 - для толщины листа 0,8 мм и более;

10 ... 300 - для толщины ленты 0,10 мм и более;

300 ... 600 - для толщины ленты 0,5 мм и более.

В пояснительной записке необходимо привести эскизы продольного и поперечного раскроев выбранного листа, подсчитать величину отходов и сделать выводы.

5. Разработка маршрутной и операционной технологий

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

При штамповке маршрутную технологию можно представить в виде последовательности следующих основных четырех групп технологических операций:

Таблица 3 Складские размеры листов и рулонов

Толщина, мм	Длина листового проката, мм, при ширине, мм
	510	600	650	710	800	1000	1250	1500
0,35; 0,40; 0,50; 0,55; 0,60	710 1420	1200 1420 2000	1400	1420 1200 2000	--	2000	--
0,65; 0,70; 0,75; 0,8; 0,9		1420 2000	2000			2000 2500	2500	--
1,0	--			1420 2000	1600	1800 2000 2500	2500
1,2; 1,3; 1,4					1600 2000		2500 2800 3000
1,5; 1,6; 1,8		2000	1420 2000	2000, 2200, 2500,2800,3000,3500,4000,4500, 5000,5500,6000
2,0;2,2;2,5;2,8;3,0;3,5;4,0;5,0		--	--
Рулонный материал
Толщина, мм	Ширина, мм
1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0	500; 530; 550; 600; 630; 650; 670; 700; 750; 800; 1000; 1100; 1250

подготовительные операции, включающие в себя выбор листового материала, проверку его толщины, размеров и предварительную смазку;

заготовительные операции, целью которых является подготовка листового материала непосредственно для штамповки. Чаще всего эти операции включают разметку листа или ленты на необходимое число полос и непосредственную резку на полосы;

штамповочные операции, цель которых - придать заготовке форму и размеры, заданные чертежом;

контрольные операции, в ходе которых готовые детали проверяются на соответствие чертежу.

При разработке операционной технологии для каждой операции необходимо определить:

технологические режимы обработки;

перечень технологической оснастки (штампов, приспособлений, инструмента, приборов контроля и т. п.);

состав основного и вспомогательного оборудования;

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

нормы времени на выполнение операции.

Разработанные маршрутная и операционная технологии в дальнейшем оформляются в виде технологических карт [1] и включаются в пояснительную записку.

6. Определение технологических режимов штамповки и выбор пресса

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

Расчетное усилие вырубки Р_В (пробивки Р_П) определяется по формуле

Р_В(Р_П) = LSу_СР ,

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

S - толщина материала, мм;

у_СР - сопротивление срезу, МПа.

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

Р_СН = (Р_В + Р_П)К_СН ,

где К_СН - коэффициент, зависящий от сложности вырезаемого контура: К_СН = 0,02 - 0,04. Для сложной конфигурации деталей или при многорядной вырезке (пробивке) значение К_СН принимается ближе к верхнему пределу.

Усилие проталкивания детали или отхода через провальное отверстие матрицы Р_ПР определяется по формуле

Р_ПР = (Р_В + Р_П)К_ПРn ,

где К_ПР - коэффициент проталкивания, зависящий от ряда факторов:

К_ПР = 0,05 ... 0,10 - при вырезке на провал;

К_ПР = 0,07 ... 0,14 - при вырезке с обратным выталкиванием. При этом наибольшие значения К_ПР относятся к тонким материалам;

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

n = h/S ,

где h - высота пояска матрицы, выбираемая из таблицы 4.

При работе штампа без смазки приведенные значения коэффициентов К_ПР и К_СН увеличивают на 20 ... 25 %.

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

Р_С = Р_В + Р_П + Р_СН + Р_ПР .

Таблица 4 Высота пояска матрицы (отверстие 1 типа)

Толщина полосы, мм	Высота пояска матрицы, мм
до 0,5	3 ... 5
св. 0,5 до 5	5 ... 10
св. 5 до 10	10 ... 15

В случае применения пружинного, резинового или пневматического съемника к суммарному усилию следует прибавить усилие, требуемое для сжатия буфера Р_Б :

Р_У = Р_С + Р_Б .

Затупление режущих кромок пуансонов, неоднородность материала полосы, изменение величины зазора между пуансоном и матрицей вызывают значительное увеличение усилия вырубки - пробивки. Поэтому при выборе пресса требуемое усилие Р_ПРЕССА берется больше расчетного на 25 ... 35 %, т.е.:

Р_ПРЕССА = (1,25 ... 1,35) Р_У .

Здесь меньшее значение поправочного коэффициента соответствует большей толщине материала детали.

Усилие пресса можно уменьшить, используя пуансоны и матрицы со скошенными кромками, а также применяя пуансоны различной длины в многопуансонных штампах. Расчет усилий таких штампов, а также усилий гибочных, вытяжных и других операций можно найти в [7,8,9,10,11].

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

По технологическому признаку прессы делят на прессы простого, двойного и 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 вытяжки. Прессы тройного действия применяют на автомобильных заводах для штамповки кузовных деталей.

Конструкционно опорная часть пресса выполняется в виде открытой или закрытой станины. При открытой станине имеется доступ к штампу с трех сторон, чем обеспечивается удобство установки и обслуживания штампа. Открытая станина может быть цельнолитой одностоечной, что делает пресс компактным и простым в конструкции, либо двухстоечной. Удобством последней является возможность подачи полосы или ленты в двух направлениях: справа - налево либо спереди - назад. Кроме того, двухстоечные станины делают иногда наклоняемыми для облегчения удаления отштампованных деталей и отходов. Однако прессы с открытой станиной имеют недостаточную жесткость и поэтому их применяют для штамповки деталей невысокой точности в простых штампах.

Более жесткими и мощными являются прессы с закрытой П-образной (арочной) станиной. Доступ к штампу в них возможен лишь с двух сторон, но полоса или лента могут подаваться в двух направлениях (справа - налево через специальные прорези в стойках либо спереди - назад). Такие прессы наилучшим образом подходят для точной штамповки.

В пояснительную записку необходимо переписать все данные из таблицы. Они потребуются для определения конструктивных параметров штампа, а также для технологических расчетов. Особое внимание следует уделить определению закрытой высоты штампа Н, которая должна находиться в пределах

Н_П - Н_ПЛТ - _П - _С Н Н_П - Н_ПЛТ.

Здесь Н_П - закрытая высота пресса;

Н_ПЛТ - толщина подштамповой плиты;

_П- регулировка положения ползуна;

_С - регулировка положения стола.

7. Проектирование технологической оснастки - штампов

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 - используются более простые конструкции и, соответственно, более дешевые в изготовлении. Наконец, в мелкосерийном производстве находят применение наиболее простые и дешевые штампы, а также универсальные штампы, достаточно дорогие, но позволяющие за счет переналадки выполнять несколько штамповочных операций.

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.

Схемы различных типов штампов приведены в [7,8,9,10,11].

Объем выпуска продукции в значительной степени определяет не только конструктивную схему штампа, но также форму и размеры вспомогательных деталей. Однако, несмотря на это многие штампы, предназначенные для выполнения самых разнообразных операций, имеют большое количество деталей одинакового назначения и устройства. Это позволяет независимо от масштабов производства применять в любых штампах большое количество нормализованных деталей и узлов или в том виде, в котором они оговорены нормалями, или с небольшой доработкой.

В большинстве случаев при соблюдении всех требований технологического характера изготовление штампованных деталей может быть осуществлено различными технологическими способами. При этом решающую роль при выборе типа штампа играют вопросы экономической целесообразности. Наибольшие затруднения возникают при выборе типа штампа совмещенного или последовательного действия. Оба типа штампов, как и сами способы штамповки, имеют достоинства и недостатки и определенные ограничения как технологического, так и экономического характера.

Сравнительная характеристика совмещенных штампов и штампов последовательного действия приведена в табл. 5.

Спроектированные штампы при эксплуатации должны прежде всего обеспечить получение деталей в соответствии с технологической документацией, безопасность работы и возможность их ремонта. При невысоких требованиях к точности штампуемых деталей достаточно простых конфигураций этим целям отвечают штампы последовательного действия. Такие штампы обеспечивают высокую производительность за счет автоматического удаления деталей через провальное окно.

Технологическая схема последовательной штамповки приведена на рис.1.

Рис.1. Схема последовательной штамповки. 1 - пуансон для пробивки отверстия, 2 - съемник, 3 - лента (полоса), 4 - пуансон для вырубки детали, 5 - матрица, 6 - деталь, 7 - отход

Здесь готовая деталь получается в одном штампе за два хода ползуна пресса. За первый ход пробивается отверстие в заготовке, а затем, после подачи полосы или ленты влево на один шаг вырубается деталь.

Таблица 5 Сравнительная характеристика штампов

Показатель	Характеристика штампа
	совмещенного типа	последовательного типа
Точность штамповки	Повышенная и средняя (9 - 11 квалитеты)	Средняя и пониженная (12 - 15 квалитеты)
Качество вырубленных деталей	Отсутствие погнутости, лучший срез. Одновременная правка	Погнутость (выворачивание) небольших деталей
Наибольшие размеры деталей и средний диапазон толщины	Свыше 3000 мм при толщине до 5 мм (диапазон толщин от 0,05 до 6-8 мм)	Вытяжные до 250 мм при толщине от 0,2 до 3 мм; разделительные и гибочные - до 5000 мм толщиной до 10 мм
Производительность штамповки	Меньшая производительность	Повышенная производительность
Работа на быстроходных прессах-автоматах	Не рекомендуется	Возможна работа на прессах с числом ходов 400 в минуту и выше
Применение многорядного способа штамповки	Применяется сравнительно редко для изготовления плоских, гнутых и полых деталей	Широко применяется для изготовления плоских, гнутых и полых деталей небольших размеров
Трудоемкость и стоимость изготовления штампов	Для вырубки деталей сложной конфигурации меньше, чем стоимость последовательных штампов	Для вырубки деталей простой конфигурации меньше, чем стоимость совмещенных штампов

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 по методике, изложенной в [7,9].

При вырубке наружного контура детали размером D - , где D - номинальный размер детали, - отклонение данного размера, исполнительные размеры определяются по формулам:

для матрицы - D_М = (D - )^+м ;

для пуансона - D_П = (D - - z)_-п .

Здесь: D_М и D_П - сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона;

_М и _П - отклонения размеров (табл. 6);

z - номинальный (наименьший) зазор (табл. 6).

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

для матрицы - d_М = (d + + z)^+м ;

для пуансона - d_П = (d + )_-п .

Здесь d_М и d_П - сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона. Остальные обозначения - прежние (табл. 6).

На эскизах заданных деталей (пара: пуансон - матрица) необходимо нанести полученные размеры. Отклонения остальных размеров можно назначить из следующих соображений:

сопрягающиеся поверхности - 6-8 квалитет;

свободные поверхности - 10-12 квалитет;

взаимное положение рабочих отверстий матрицы - 6 - 7 квалитет;

расположение крепежных отверстий - 12-14 квалитет;

межцентровые расстояния отверстий для штифтов - 7-8 квалитет.

При указании шероховатости поверхностей следует пользоваться такими правилами [9,10]:

рабочие поверхности отверстий матриц и пуансонов разделительных штампов - 8 класс (Ra0,63 ... Ra0,32);

то же при штамповке цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов - 10 класс (Ra0,16 ... Ra0,08);

посадочные поверхности пуансона и отверстий для штифтов - 7 класс (Ra1,25 ... Ra0,63);

поверхности деталей, не сопрягающиеся с другими деталями, - 4 - 5 классы (Rz40 ... Rz10).

Таблица 6 Отклонения размеров взаимозаменяемых вырубных и пробивных пуансонов и матриц

Толщина материала, мм	Наименьший зазор, мм	Отклонения размеров
		матрицы, мм	пуансона, мм
0,3	0,02	0,015	0,010
0,5	0,03	0,020	0,010
0,8	0,05	0,020	0,012
1,0	0,06	0,025	0,015
1,5	0,10	0,030	0,020
2,0	0,14	0,040	0,020
2,5	0,20	0,050	0,030
3,0	0,24	0,060	0,030
4,0	0,40	0,080	0,040
5,0	0,60	0,100	0,050

При проектировании пуансона с целью увеличения прочности длину его следует брать минимальной. Стандартные типы пуансонов можно найти в [7,9].

Расчет высоты матрицы Н_М можно найти в [9] или приблизительно выбрать в зависимости от ширины матричного отверстия b_Р (см. приложения 1, 2) из таблицы 7. штамповка механический деталь

Определение рабочей зоны и габаритов матрицы рассматривается в разд. 7.3.

Таблица 7 Минимальная высота плиты матрицы

Ширина отверстия, мм	Высота матрицы при толщине материала детали, мм
	до 1 мм	св.1 до 3 мм	св.3 до 6 мм
До 50	(0,3 ... 0,4) bР	(0,35 ... 0,5) bР	(0,45 ... 0,6) bР
Св. 50 до 100	(0,2 ... 0,3) bР	(0,22 ... 0,35) bР	(0,3 ... 0,45) bР

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.

Координаты центра давления определяют для многопуансонных штампов, штампов последовательного действия и при несимметричном вырезаемом контуре. Расчет основан на равенстве моментов равнодействующей нескольких сил сумме моментов этих сил относительно одной и той же оси.

На рис. 2 показан пример раскроя детали для вырубки на штампе последовательного действия, а рядом приведены формулы для определения координат центра давления Х_Ц.Д и Y_Ц.Д штампа в общем виде и для приведенного примера. Направление осей выбрано по сторонам подаваемой полосы. Точку О можно «привязать» к левому нижнему углу матрицы (на виде сверху), как показано на рисунке, или к любой другой точке, например к нижнему правому углу треугольника. Значения х_i и y_i - центры тяжести элементарных фигур, а величины l_i - длины контуров соответствующих фигур или величины расчетных усилий операций вырубки, пробивки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Пример расчета центра давления штампа последовательного

действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

7.2.3 Выбор материалов для изготовления деталей штампа

Выполненных расчетов достаточно для эскизного проектирования штампа. Для этого нужно начертить эскиз штампа, предназначенного для изготовления заданной детали или выполнения разрабатываемой операции. В нем необходимо выделить стандартные и оригинальные детали, подсчитать их количество и ориентировочно определить размеры.

Рекомендуемые материалы для изготовления отдельных деталей вырубных и пробивных штампов можно выбрать по таблице 8.

В пояснительной записке в виде таблицы или в текстовой форме нужно назначить для каждой детали (или группы однотипных деталей) рекомендуемую марку материала, возможные заменители, а также термообработку для обеспечения необходимой твердости.

Таблица 8 Материалы, применяемые для изготовления деталей вырубных и пробивных штампов

Детали штампов	Марки материала	Термообработка
	основная	заменители
Пуансоны и матрицы простой формы	У10, У10А, Х12Ф1	5ХВ2С, ШХ15, Х12М	Калить: пуансоны - НRC 54 - 58; матрицы - HRC 56 - 60
То же сложной формы и пуансон - матрицы совмещенных штампов	Х12ВМ, Х6ВФ, Р6М5, ВК20	7ХГ2ВФМ, Р12
Плиты блоков	Чугун СЧ 21-40	Стальное литье 30Л, 40Л	--
Хвостовики	Стали 35, 40	Ст4 и Ст5	--
Колонки направляющие	Сталь 20 Стали 45, 50	Ст2	Цементировать на глубину 0,5-1,0 мм; калить HRC 58-62 калить HRC 45 - 50
Втулки направляющие
Пуансонодержатели	Стали 35, 45	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, 45	Ст5	Калить HRC 50-54
Ловители, фиксаторы	Сталь У8А	Сталь У7А
Штифты	Сталь У8	Ст6	Калить HRC 45-50
Винты	Сталь 45	--	Калить головку HRC 40 - 45
Пружины	Стали 65Г, 60С2	Сталь 60С2А	Калить HRC 40-48
Щитки ограждения и лотки	Ст4	Ст3	--
Ножи шаговые	Сталь У10А	Сталь У10	Калить HRC 54- 58
Прокладки резиновые для съемников, прижимов и буферов	Резина средней твердости 2959	Резина средней твердости 56 и 922	--
Резиновые съемники совмещенных штампов	Резина твердая 2462	Резина твердая 3465-Н 4

7.3 Выбор стандартного блока штампа

Для штампов вырубки - пробивки при повышенных требованиях к точности и стойкости штампов, качеству поверхности среза, при штамповке деталей из неметаллических материалов, а также из металлов и сплавов при толщине заготовок до 1,5 мм рекомендуется применять блоки с диагональным расположением гладких направляющих колонок и втулок [7,9,10,11].

Выбор стандартного блока штампа осуществляется по номерам. Для определения номера необходимо вычислить размеры рабочей зоны а_Р и b_Р матрицы (приложение 1, рис. П2) и по ним согласно таблице попределить размеры A_r и B_r матрицы штампа. Зная эти размеры, по таблицам приложений 4…6 можно найти номер и размеры блока и размеры гладких направляющих штампа [9].

После определения номера блока необходимо приступить к выбору и конструированию рабочих деталей и узлов штампа: матрицы, пуансонов, съемника, пуансонодержателей, временных и грибковых упоров, направляющих планок, прижимов, хвостовика и т. д. Методика их выбора изложена в [7,8,9,12].

7.4 Техническое нормирование штамповочных операций

Целью настоящего раздела является определение штучного времени Т_ШТ, необходимого для выполнения разрабатываемой штамповочной операции; штучно- калькуляционного времени Т_К, используемого для определения себестоимости детали, а также количества штампов и прессов, необходимых для выполнения программы выпуска деталей.

Полная норма штучного времени определяется по формуле

Т_ШТ = Т_ОП + Т_Д ,

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

Т_ОП складывается из основного времени t_О, определяемого процессом получения детали (двойной ход ползуна), и вспомогательного t_В, затрачиваемого на выполнение различных ручных приемов, необходимых для выполнения основной работы. К вспомогательному времени относится время на установку полосы (заготовки) в штамп, продвижение, снятие детали, удаление отходов, включение и выключение пресса и т.д. Т_ОП определяется следующим образом:

Т_ОП = (t_О + t_В) / z,

где z - количество деталей, получаемых за один двойной ход ползуна пресса;

t_О = 1/n для автоматической работы штампа или t_О = k_М/n - для пресса с ручным управлением. Здесь k_М - коэффициент увеличения основного времени на время работы механизма включения пресса:

k_М = 1,05 ... 1,3 - для фрикционных прессов;

k_М = 1,25 ... 1,5 - для кривошипных с усилием до 100 кН;

k_М = 1,5 ... 1,67 - для кривошипных с усилием до 1000 кН;

k_М = 1,67 ... 1,8 - для прессов с усилием свыше 1000 кН.

Меньшие значения k_М следует брать для прессов, у которых n 80 мин^-1, большие - для n > 80 мин^-1 (n - частота хода ползуна).

t_В на предприятиях определяют путем непосредственного хронометража работы передовых рабочих. При ручной подаче его можно приблизительно определить, исходя из следующих соображений:

t_В = t_В1 / n_Д + t_В2 + t_В3,

где t_В1 - время на приемы: «взять полосу (заготовку) и установить ее в штамп, продвинуть до упора», «удалить из штампа» (0,2 ... 1,0 мин);

t_В2 - время на продвижение полосы на один шаг (0,5 ... 3,0 сек);

t_В3 - время на удаление готовой детали (отхода) из штампа (0 ... 2 сек). При вырубке на провал t_В3 = 0;

n_Д - количество деталей, получаемых из полосы (заготовки).

Согласно общемашиностроительным нормативам времени на холодную штамповку Т_Д берется в процентном отношении от Т_ОП. При этом считают, что

Т_Д = t_ОБ + t_П,

где t_ОБ - время на обслуживание штампа;

t_П - время на отдых. При этом t_ОБ = 0,03Т_ОП, а t_П = 0,09Т_ОП, если усилие пресса меньше 1000 кН, и t_ОБ = 0,05Т_ОП, а t_П = 0,1Т_ОП, если усилие пресса больше 1000 кН.

Требуемое количество штампов для выполнения заданной годовой программы можно определить по следующей методике [8]:

1. Определить время работы штампа между двумя переточками:

Т_У = Т_ШТ n_У + t_У + t_СН.

Здесь n_У - стойкость штампа (количество ударов между переточками). Значение n_У можно взять из таблицы 9;

t_У и t_СН - время, затрачиваемое на установку и снятие штампа (табл.10).

2. Определить время на выполнение годовой программы N:

T_N = (N / n_У)T_У(1+k_П),

где k_П - потери времени на ремонт и переналадку оборудования. k_П = 3 % при работе с прессом с усилием меньше 1000 кН и k_П = 6 % - при наличии пресса с большим усилием.

3. Определить количество рабочих мест, требуемых для выполнения годовой программы:

n_Р = T_N / [T_Ф (1 - k_П)].

Здесь Т_Ф - годовой фонд рабочего времени. Т_Ф = 2037 ч при работе в одну смену, Т_Ф = 4074 ч при двухсменной работе; k_П - нормативные потери времени при одно- и двухсменной работе (k_П = 3 %).

4. Учитывая, что штампы в процессе работы могут выходить из строя, необходимо предусмотреть некоторый запас штампов-дублеров (табл. 11). Следовательно, общее число штампов n_Ш будет равно n_Р + n_ДБ, где n_ДБ - количество штампов-дублеров.

Таблица 9 Средняя стойкость штампов между двумя переточками (в тыс. ударов)

Тип штампа	Толщина полосы (ленты), мм
	До 1 мм	Св.1 до 2	Св.2 до 3	Св.3 до 4	Св.4 мм
	Материал рабочих частей штампа
	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.
Вырубной	45-50	55-65	35-40	45-55	30-35	35-40	20-25	25-30	15-20	20-25
Пробивной	40-45	--	35-40	--	30-35	--	22-25	--	18-20	--
Отрезной	35-40	45-50	35-40	45-55	30-35	35-40	20-25	25-30	15-20	20-25

Примечание. Меньшие значения стойкости соответствуют меньшей толщине полосы.

Таблица 10 Время на установку и снятие штампов

Усилие пресса, кН	Число установщиков	Время, мин
		на установку штампа	на снятие штампа
		без буферного устройства	с буферным устройством
до 500	1	20	30	10
до 1000	1	30	40	15
до1500	1	40	60	20
до 2500	1	60	90	30
до 3500	2	70	100	40
до 5000	2	80	110	40

Таблица 11 Потребность в штампах-дублерах в % к основному комплекту

Тип штампа	Программа выпуска деталей, шт.
	менее 100000	100000 ... 1000000	свыше 1 млн
	Толщина детали, мм
	до 2	2 ... 4	св. 4	до 2	2 ... 4	св. 4	до 2	2 ... 4	св. 4
Пробивной	5	10	15	40	60	70	80	100	110
Вырубной	10	15	20	50	70	80	90	110	120
Отрезной	10	15	20	50	70	90	100	120	130
Совмещенные
Пробивной и вырубной	20	30	40	70	90	100	110	130	150
Пробивной и отрезной	20	30	50	80	100	120	120	150	170

8. Оформление конструкторской и технологической документации

В графической части проекта на листе формата А1 необходимо выполнить сборочный чертеж спроектированного штампа (не менее двух видов с разрезами; вид сверху - со снятой верхней частью) в масштабе 1:1 (допускается масштаб увеличения или уменьшения изображения общего вида штампа).

На чертеже общего вида указывают габаритные, установочные, присоединительные размеры, проставляют необходимые посадки между сопрягаемыми деталями и узлами, а также указывают высоту штампа в открытом состоянии.

Кроме того, на чертеже общего вида следует привести чертеж детали после операции, выполненной на изображенном штампе, и схему раскроя материала. На чертеже детали необходимо указать размеры, допуски и шероховатость поверхностей, а на схеме раскроя - ширину полосы, припуски на штамповку и шаг штампуемых деталей для двух - трех проходов.

В графической части проекта на листе формата А1 представляются также чертежи оригинальных деталей (4 - 5 позиций): матрицы, пуансонов, съемников, пуансонодержателей и т.д., определенных заданием и согласованных с руководителем курсового проектирования.

Как сборочный чертеж штампа, так и чертежи оригинальных деталей должны быть оформлены в соответствии с требованиями ЕСКД [13,14]. Примеры их оформления можно найти в [15].

Спецификацию на штамп выполняют на отдельных листах формата А4 и помещают в конце пояснительной записки.

Пояснительная записка выполняется параллельно разработке каждого раздела задания и предъявляется на просмотр руководителю курсового проектирования совместно с другими материалами (расчетами, эскизами, чертежами и т.п.), относящимися к данному разделу. Изложение описательного материала в пояснительной записке следует снабжать необходимыми расчетами и ссылками на использованные источники, а также иллюстрировать соответствующими таблицами, рисунками, графиками, схемами и т.п.

Предъявляемая к защите пояснительная записка обязательно должна содержать вывод по пригодности (или непригодности и соответствующей замене) материала детали для изготовления ее предложенным методом, все необходимые конструкционные расчеты штампа, расчеты усилий штамповки, обоснования по выбору материалов, применяемых для изготовления оригинальных деталей и узлов штампа, обоснования выбора нормализованных и стандартизованных деталей и блока штампа, а также описание работы спроектированной технологической оснастки. В записке необходимо привести расчет норм времени на выполнение технологических операций, определить требуемое количество основных штампов и штампов-дублеров для выполнения заданной программы и оформить маршрутно-операционные карты разработанного технологического процесса.

Оформление в пояснительной записке текстового и иллюстративного материала должно соответствовать требованиям ЕСКД , ЕСТД и ЕСТПП.

Приложения

Приложение 1

Зависимость наименьших габаритных размеров прямоугольной A_r B_r мат...