Процесс изготовления скобы

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Конструктивно-технологический анализ исходных данных

технологический деталь гибка заготовка

Деталь “Скоба” одинарной кривизны, угол гибки - 90^о, радиус гиба - R11, 2 отверстия, контур гиба сложный(4 линии гиба), так же имеются радиуса скругления R2, следовательно, в соответствии с заданной программой выпуска (10000 шт/год среднесерийное производство), будет рациональной вырубка в штампе, наиболее предпочтительным способом формообразования является гибка-штамповка в прессах. Для исключения явления пружинения рационально проводить гибку с калибровкой. Возможна фиксация на отверстия заготовки, т.к. заготовка без припусков.

Предельные отклонения размеров по 14 квалитету. По поверхности листа деталь не обрабатывается, по обрезам , допустимые отклонения размеров между осями отверстий 0.2, покрытие: кд. 15xp, маркировка выполняются на бирке.

Материал детали Сталь 20 - конструкционная, углеродистая , лист толщиной 1мм, отличная свариваемость (возможна с подогревом стали и без подогрева), закалкой не упрочняется, материал позволяет изготавливать изделия различной формы, так как сталь свободна от такого недостатка, как образование флокенов - микроскопических трещин между отдельными зернами или группами зерен.

=550 МПа, 440 МПа

Деталь технологична по признакам: радиус гиба больше минимально допустимого, поэтому формообразование можно выполнять при комнатной температуре в один переход, допустимые отклонения по 14-му квалитету, по обрезам , по шероховатости пригодна для вырубки в штампе.

Rmin = 2



2. Разработка технологического процесса изготовления детали

2.1 Расчет параметров гибки

Деталь одинарной кривизны, угол гибки - 90^о, следовательно, в соответствие с заданной программой выпуска (10000 шт./год) наиболее предпочтительной способом формообразования является гибка в штампе.

Выполняется гибка с подпружиненным упором. Так как деталь фиксируется на контур, припуски не нужны. Трафареты устанавливаются на матрицу.

Согласно выбранной конструктивной схеме штампа усилие пресса рассчитывается по формуле:

. (2.1.1)

- усилие пресса, Н;

- усилие свободной гибки, Н;

- усилие подпружиненного упора, Н.

Усилие свободной гибки:

, (2.1.2)

где - временное сопротивление разрыву, МПа;

- толщина материала, мм;

- суммарная длина изгиба, мм;

1,25 - коэффициент запаса, учитывающий колебания в толщине материала, трение между скользящими плоскостями детали и рабочими частями штампа;

- коэффициент, зависящий от , где - внутренний радиус гибки, мм.

P_г1=1.25*К_сг*у_в*S*В=1.25*0.06*420*1*32= 1008 кг

P_г2=1.25*К_сг*у_в*S*В=1.25*0.20*420*1*32= 3360 кг

Усилие подпружиненного упора:

.

.

Усилие пресса:

.

Рисунок 1. Конструктивная схема гибочного штампа

Для выбора пресса полученное усилие переводится в тонны:

т.

Исходя из полученного значения, выбирается гидравлический пресс LENR-40, характеристики которого сведены в таблицу:

Таблица 1

№ п/п	Характеристика	Единица измерения	Значение
1	Номинальное усилие пресса	тс	40
2	Закрытая высота (наименьшая)	мм	250
3	Размер стола (Ширина х глубина)	мм	630х430
4	Регулируемый ход ползуна	мм	0

Гибка выполняется из развертки детали без припусков, так как фиксация точная, утяжка не предполагается.

2.2 Расчет размеров заготовки и построение эскиза развертки

Для расчета длины развертки необходимо знать радиус гиба по нейтральной линии, который рассчитывается по формуле:

, (2.2.1)

где - радиус гиба по нейтральной линии, мм;

- внутренний радиус гиба, мм;

- толщина материала, мм;

- коэффициент, зависящий от отношения .



Рисунок 2. Определение длины развертки

Тогда длина развертки

. (2.2.2)

В соответствии с формулой, длина развертки равна:

По полученным данным выбираем табличные коэффициенты:

д:=1,9; д₁:=1,4; Д_п:=0,6

Где д и д₁ - ширина перемычек, Д_п - допуск на ширину полосы, нарезанной на гильотинных ножницах.

2.3 Расчет параметров вырубки

Так как деталь относится к третьей технологической группе: мелкогабаритные детали с криволинейными очертаниями при объеме производства 10000 шт/год - рекомендуется вырубка в инструментальном штампе. Для вырубки выбирается последовательно-вырубной штамп (ПВШ) закрытого типа, с жестким съемником, вырубка «на провал», фиксация по шагу с помощью шаговых ножей, размер рабочего пояска матрицы h=6 мм.

Усилие пресса при вырубке на провал рассчитывается по формуле:

. (2.3.1)

- усилие пресса, Н;

- усилие вырубки, Н;

- усилие проталкивания, Н.

, (2.3.2)

где - сопротивление срезу, МПа;

- толщина материала, мм;

- периметр вырубаемого контура, мм.

L_{Периметр}=(111*2)*(2*р*8)+(2*2*р*2.5)+(4*2)+(19.4*2)=350.44 мм

Рисунок 3. Эскиз развертки детали

P_в=1.25*у_ср*S*L_{периметр}=1.25*440*1*350.44= 172742



Усилие проталкивания, Н:

, (2.3.3)

где - коэффициент проталкивания, зависящий от свойств материала (для Сталь 20 согласно таблице 11, «Справочник конструктора штампов, под. ред. Л.И. Рудмана», равен 0,09); - количество проталкиваемых деталей.

.

Усилие пресса при вырубке на провал:

.

Для выбора пресса полученное усилие переводится в тонны:

т.

В соответствие с вычисленным значением усилия пресса, выбираем механический пресс КД-2126, характеристики которого сведем в таблицу:

Таблица 2

№ п/п	Характеристика	Единица измерения	Значение
1	Номинальное усилие пресса	т	40
2	Закрытая высота (наименьшая)	мм	295
3	Размер стола (Ширина х глубина)	мм	600х400
4	Регулируемый ход ползуна	мм

Вырубка в ПВШ выполняется из полосы. При вырубке деталь фиксируется на грибковый упор. Так как не требуется высокая точность по ширине полосы, раскрой выполняется на гильотинных ножницах (НГЛ).

КИМ рассчитывается для определения потребности в материале.

Рассматриваются вариант раскроя полосы длинной стороной по ширине.

Рисунок 4. Определение длины развертки

Площадь детали:

.

мм².

мм².

мм².

мм².

мм².



Рисунок 5. Схема раскроя полосы

Шаг штамповки, мм:

, (2.3.5)

где - перемычка, мм;

- длина заготовки, мм;

мм;

мм;

ШП=127+(19.2*2)+4=134.8

Количество деталей в полосе:



.

В полосе 57 деталей, .

Коэффициент использования материала в полосе:

Выбирается наиболее рациональный способ раскроя длинной стороной по ширине полосы.

Количество полос в листе:

Рисунок 6. Раскрой листа на полосы

Количество полос в листе:

.



Годных полос 14, .

Количество деталей в листе:

шт.



3. Проектирование технологической оснастки

Согласно техническому заданию, чертежу детали, программе выпуска и выбранной конструктивной схеме штампов выполняется расчет исполнительных размеров рабочей зоны, расчет закрытой высоты штампа, выбор марки материала; описание конструкции и принципа работы спроектированной оснастки.

3.1 Проектирование вырубного штампа

3.1.1 Расчет центра давления

Для предотвращения в работе штампа перекосов, несимметричности зазора и износа направляющих элементов необходимо определить центр давления штампа. Центра давления штампа является точкой, через которую должна проходить ось хвостовика штампа, а, следовательно, и ось ползуна пресса, на котором устанавливается штамп.



Рисунок 7. Центр давления при вырубке в 3 шага

Так как деталь симметрична относительно Ox, то . Координата определяется по формуле

, (3.1.1)

где - координата центра тяжести вырубаемого контура, мм, а - периметр вырубаемого контура, мм.

Тогда

мм.

Толщина матрицы определяется из следующей зависимости, мм:



, (3.1.2)

где - толщина штампуемого материала, мм; - размеры рабочей зоны матрицы, мм; - коэффициент. При , (согласно справочнику [4]).

мм.

Дополнительно выполняется проверка достаточности толщины, мм:

, (3.1.3)

где - требуемое усилие штамповки, кН.

мм.

После этого принимается большее из значений , полученных по формулам (3.1.2) и (3.1.3), из ряда чисел: 8, 10, 12, 16, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80. Таким образом, мм.

Исходя из свойств материала и толщины листа и из условия, что матрица и пуансон должны выдержать заданные усилия, выбирается материал для матрицы У8А. Далее выполняется проверка на прочность специальным расчетом, основанным на определении напряжений, возникающих в опасном сечении. Проверка выполняется по формуле

, (3.1.4)

где - допускаемое напряжение на разрыв (для стали У8А в закаленном состоянии МПа); - технологическое усилие, Н; - площадь опасного сечения, мм².



Рисунок 8. Эскиз опасного сечения

мм², Н.

.

Таким образом, условие прочности матрицы на разрыв при вырубке в 3 шага выполняется.

3.1.2 Расчет исполнительных размеров рабочих деталей штампа

Рабочие элементы штампов для вырубки и пробивки, матрицу и пуансон, можно изготавливать совместно и раздельно. При проектировании данного штампа, выбирается совместное изготовление. При этом одна из рабочих деталей дорабатывается по другой: при вырубке - пуансон по матрице, при пробивке - матрица по пуансону. Исполнительные размеры штампуемой детали вычисляются по формулам:

. (3.1.5)

. (3.1.6)

. (3.1.7)

- исполнительный размер рабочих деталей;

- номинальный размер

- допуск на соответствующий рабочий размер детали штампа;

- зазор.

и выбираем по 14 квалитету, - по 11 квалитету из таблиц справочника [4].

Рисунок 9

Рисунок 10

3.1.3 Конструирование рабочих деталей штампа

Матрица и пуансон определяют работоспособность, надежность и долговечность штампа. Их расчет и конструирование - важнейший этап разработки документации штампа.

Матрица.

Форма матрицы определяется формой и размерами штампуемой детали. Размеры прямоугольной матрицы определяются исходя из размеров ее рабочей зоны. Согласно размерам зоны выбираются габаритные размеры самой матрицы: мм, мм.

Форма рабочих и провальных отверстий в матрице для пробивки и вырубки определяется по таблице 22 справочника [4]. Провальное отверстие эквидистантно повторяет рабочий контур с учетом нависания этого контура над провальным отверстием: не более чем на 1,5 мм - при наличии фасок и закруглений.

Пунсоны.

Пуансон для контура крепится в пуансон держателе с помощью бурта со следующими размерами:

высота бурта: мм;

толщина бурта: мм.

Для пробивки овальных отверстий выбираются пуансон следующего вида

Рисунок 11. Пуансон

Головки пуансонов упираются в закаленную подкладную плиту (прокладку) толщиной 3 мм. Материал плиты - Сталь 45 (закалка, HRC 38…42).



3.1.4 Конструирование направляющих и фиксирующих элементов штампа

Направляющие планки

Для точной подачи полосы в штамп используются шаговые ножи. Они выполняются в виде двух призматических плоских пластин. Расстояние между шаговыми ножами определяется в зависимости от требуемой на выходе ширины полосы. В зависимости от толщины материала ( мм) и требуемого периметра отрезки по ГОСТ24528-80 выбираются трпебуемые геометрические параметры ножей. Кроме того ножи подходят для фиксации полосы на каждом шаге.

Рисунок 12. Шаговый нож

Съемник.

Неподвижный съемник, предназначенный только для съема отхода полосы с пуансона, выполняется с отверстием, повторяющим контур соответствующего пуансона с зазором, определяемым в зависимости от толщины материала и сопротивления среза по таблице 28 справочника [4]: мм.

Высота съёмника определяется по формуле, мм:

, (3.1.8)



где - высота матрицы, мм.

Тогда .

При этом высота цилиндрического пояска в отверстии съемника принимается из условия

, (3.1.9)

где - высота рабочей части пуансона, мм; - высота направляющих планок, мм; - толщина материала, мм; - припуск на перешлифовку рабочего торца пуансона, мм. .

3.1.5 Выбор и конструирование блоков и направляющих узлов

Направляющие колонки.

Для точной вырубки и вследствие довольно больших габаритов штампа используются направляющие колонки. По ним верхняя плита направляется относительно нижней.

Высота направляющих колонок определяется по формуле, мм:

, (3.1.10)

где - закрытая высота штампа, мм.

, (3.1.11)

где - толщина съемника, мм;

- толщина пуансонодержателя, мм;

- толщина стальной прокладки мм;

- толщина нижней плиты, мм;

- толщина верхней плиты, мм;

- толщина матрицы, мм;

Припуск на доработку колонок задается 10-15 мм.

.

.

По полученному значению высоты колонки по ГОСТ 14676-83 выбирается направляющая колонка. Так, при мм, выбирается колонка 1030-6242.001 с длиной мм и диаметром мм.

Две колонки не дадут возможность верхнему пакету прокручиваться относительно хвостовика, что обеспечит точную вырубку отверстий и контура.

Габаритные размеры нижней плиты должны обеспечивать возможность крепления нижней части штампа: плита должна выступать за пределы пакета на размер, достаточный для установки крепежных болтов или прихватов. Нижняя плита должна выдерживать усилие пресса, ее толщина должна быть достаточной для крепления матрицы, съемника, направляющих планок. Так как конструкцией штампа предусмотрены грузовые винты с D =32 мм, и чтобы не погнуть эти винты, толщина плиты принимается 32 мм.

Толщина нижней плиты 32 мм, а длина части колонки, которая должна быть запрессована в плиту - 40 мм. Чтобы обеспечить запрессовку колонки на высоту, заданную ГОСТом, необходимо дополнить толщину плиты кольцом поз. 1, высотой 8 мм, которое приваривается к нижней плите замкнутым швом с катетом 5 и растачивается после сварки одновременно с плитой. Наружный диаметр кольца 40 мм.

Втулки.

Для выбранной колонки по ГОСТ 13121-83 подбирается втулка 1038-2951 с наружным диаметром мм и длиной мм.

Хвостовик.

Так как высота и диаметр посадочной части большинства хвостовиков на заводе унифицированы (высота присоединительной части 60 мм, диаметр - 38 мм), то выбирается хвостовик 1034-0621, выполненный по ГОСТ 16715-71, с высотой запрессованной части 25 мм. Таким образом, общая длина хвостовика составляет мм.

Толщина верхней плиты выбирается исходя из высоты запрессованной части хвостовика. Таким образом, ее толщина составляет 25 мм.

Небольшие пуансоны, подвергающиеся высокому напряжению сжатия, со временем легко вырабатываются, вследствие чего ослабляются. Для таких штампов между верхней плитой и пуансонодержателем устанавливают подкладную плиту, толщина которой принимается 3 мм, т.к. толщина вырубаемого материала не слишком большая.

В зависимости от наибольшего габаритного размера матрицы, технологического усилия, воспринимаемого ей, по таблицам 18, 19, 20 справочника [4] выбираются винты М10 и штифты 10 и их координаты для крепления матрицы. Длины винтов и штифтов определяются в зависимости от высоты скрепляемого пакета. Как минимум, винт должен быть ввинчен на глубину двух диаметров. Число штифтов определяют из условия, что каждый самостоятельный элемент штампа, который должен быть неподвижным относительно матрицы и сама матрица (или каждая ее отдельная часть) должна фиксироваться двумя штифтами.



Рисунок 13. Координаты винтов и штифтов для крепления матрицы, и наименьшие расстояния между ее элементами

3.1.6 Расчет массы ПВШ

Согласно охране труда вес больше 16 кг необходимо поднимать только при помощи грузоподъемных механизмов. При известных материалах деталей штампа легко вычисляется его масса, кг.

, (3.1.12)

где - объем деталей штампа, см³;

- плотность материала, г/см³.



.

.

Так как вес штампа превышает 16 кг, то для его подъема и транспортировки в нижнюю плиту устанавливаются грузовые винты 7095-0021 по ГОСТ 8922-69. Для устойчивого поднятия количество винтов 4.

3.2 Проектирование гибочного штампа

Пластическая деформация при гибке протекает различно с каждой стороны изгибаемой заготовки: слои металла со стороны пуансона в продольном направлении сжимаются, со стороны матрицы - растягиваются. Одновременно слои металла со стороны пуансона в поперечном направлении растягиваются, а со стороны матрицы - сжимаются.

Процесс пластической деформации всегда сопровождается упругой деформацией, величина которой зависит от условий гибки и отношения размеров изгибаемой заготовки и обязательно учитывается при проектировании штампов.

Проектирование ГБШ начинается с изображения рабочего положения детали в штампе.

Рисунок 14. Рабочее положение



Расчет размеров и конструирование рабочих деталей штампа.

Так как на чертеже задан наружный размер детали, то исполнительный размер матрицы:

, (3.2.1)

где - номинальный размер детали после гибки, мм; - коэффициент, определяющий долю допуска; ; - предельное отклонение размера детали; - предельное отклонение на размер , определяемое из зависимости

. (3.2.2)

.

.

Пуансон при этом изготавливают с размером

, (3.2.3)

где - односторонний зазор;

, (3.2.4)

где - наибольшая возможная толщина листа, из которой штампуется деталь, мм; - коэффициент, определяемый по таблице 9 справочника [4].



. (3.2.5)

.

.

.

Выбирается схема гибки с полным погружением детали в матрицу. Чтобы не допустить разрыва материала, рабочие ребра матрицы скругляют.

Так как гибка выполняется с полным погружением детали в полость матрицы, то, чтобы ее потом достать из рабочей области матрицы, необходим выталкиватель. Размеры выталкивателя определяются с одной стороны положением линий гиба, с другой - по 3 мм от обрезов детали. Для устойчивой работы выталкиватель устанавливается на 2 ступенчатых винта 7006-1228 ГОСТ9052-69, винты выбираются в зависимости от необходимого хода. При работе головки винтов опираются на маркет пресса. Толщина выталкивателя берется равной 15 мм, так как длина резьбовой части ступенчатых винтов 10 мм.

Толщина матрицы определяется исходя из глубины погружения детали в рабочую зону матрицы и толщины выталкивателя. Достаточной глубиной погружения будет 30 мм - радиус скругления рабочих ребер матрицы 2мм, высота бортов детали 23 мм. Толщина выталкивателя 15 мм. Тогда толщина матрицы составит 38 мм, что заведомо удовлетворяет условию прочности.

Так как габаритные размеры нижней плиты должны обеспечивать возможность крепления нижней части штампа: плита должна выступать за пределы матрицы на размер, достаточный для установки крепежных болтов или прихватов. Выступание нижней плиты принимается 25 мм. Так как усилие гибки небольшое, толщина ее принимается 20 мм.

Число винтов и их координаты для гибочного штампа выбирается аналогично условию для вырубного штампа.

Так как усилие гибки небольшое, толщина пуансонодержателя принимается равной 20 мм, что обеспечит надежное крепление пуансона.

Для предохранения плит от смятия между верхней плитой и пуансонодержателем необходима прокладка выполненная из стали 45 (закалка, HRC 38…42) толщиной 3 мм.

Для ГБШ берется такой же хвостовик, как и для ПВШ, так как присоединительные части всех хвостовиков унифицированы. Выбирается хвостовик 1034-0621, выполненный по ГОСТ 16715-71, с запрессованной частью 25 мм. Отсюда выбирается толщина верхней плиты 25 мм.

Для избежания прокручивания верхнего пакета относительно оси хвостовика устанавливается штифт 6n6х16.Т. ГОСТ3128-70.

В нижней части штампа для предотвращения попадания рук в рабочую зону устанавливаются 2 щитка, выполненных из оргстекла с вырезом 30 мм под пинцет. Каждый щиток крепится на 2 винта винт А.М4-6gх12.48 ГОСТ17475-80.

3.3 Расчет массы ГБШ

.

см³

кг.

Согласно охране труда вес до 16 кг разрешается поднимать без грузоподъемных механизмов.



4. Охрана труда

Для защиты рук на гибочном штампе предусматриваются 2 щитка с окном 30 мм для работы пинцетом.

Для защиты рук при работе на гильотинных ножницах и вырубке из полосы необходимо надевать перчатки, чтобы не порезаться о металл.

Если вес штампа превышает 16 кг, необходимо устанавливать грузовые винты для того, чтобы переносить штамп грузоподъемным механизмом. Если грузовые винты не устанавливаются, то предполагается транспортировка на тележке с гидравлическим подъемным столом-рольгангом.

При наладке пресса рабочий должен отрегулировать ход пресса с расчетом, что пуансон при работе не выходит из съемника, а направляющие колонки не выходят из втулок.



Заключение

В ходе работы был проведен их анализ исходных данных, разработан технологический процесс изготовления детали: рассчитаны усилия, необходимые для выполнения операций и выбора прессового оборудования, был рассмотрен и проанализирован раскрой листа на полосы.

Согласно техническому заданию, чертежу детали, программе выпуска и выбранной конструктивной схеме штампов были рассчитаны и спроектированы последовательно вырубной штамп для разделительной операции и гибочный штамп - для формообразующей.

Особенностью технологической оснастки является то, что она проектируется и изготавливается для конкретной детали, в редких случаях - для типовых деталей.

Таким образом, задачи, решаемые на этапе технологической подготовки производства, были выполнены.

Размещено на Allbest.ru

...