Анализ вариантов технологических схем изготовления детали. Определение усилия вырубки развертки детали и подбор пресса. Расчет ширины полосы материала для изготовления заготовки. Определение усилий гибки. Расчет коэффициента использования материала.
Аннотация к работе
В техническом отношении холодная штамповка позволяет: 1) получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки или невозможно или затруднительно; Деталь не имеет сложной конфигурации с узкими и длинными вырезами контура или очень узкими прорезами (b=28 мм>2S=4.0 мм). Деталь не является длинной и узкой, поэтому вариант изготовления заготовки вырубкой обоснован. Отверстия в детали можно реализовать пробивкой, так как они имеют большие размеры, чем минимально возможные (d=2,6 мм>0,8=1,6 мм). Основными техническими признаками, влияющими на выбор варианта технологического процесса, являются: механические свойства и толщина материала, степень сложности конфигурации детали и ее габариты, требуемая точность детали, место расположения отверстий и точность расстояния между их осями.
Введение
Высокие темпы развития машиностроения и значительное расширение механизации и автоматизации производственных процессов требуют дальнейшего совершенствования технологии обработки металлов.
Холодная листовая штамповка является одним из наиболее прогрессивных технологических методов производства.
В настоящее время в машиностроении методом холодной штамповки изготавливают 50?70% деталей, в приборостроении до 75%, а в производстве товаров народного потребления до 98%.
Листовая штамповка имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов, как в техническом, так и в экономическом отношении.
В техническом отношении холодная штамповка позволяет: 1) получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки или невозможно или затруднительно;
2) создавать прочные и жесткие, но и легкие по массе конструкции деталей при небольшом расходе материала;
3) получать взаимозаменяемые детали с достаточно высокой точностью размеров, преимущественно без последующей механической обработки.
1 Конструктивно-технологический анализ детали
Деталь не имеет сложной конфигурации с узкими и длинными вырезами контура или очень узкими прорезами (b=28 мм>2S=4.0 мм). Внутренний контур состоит из круглых отверстий. Вырубка детали производится по всему контуру - сопряжения сторон наружного контура выполняется с закруглениями. Деталь не является длинной и узкой, поэтому вариант изготовления заготовки вырубкой обоснован.
Отверстия в детали можно реализовать пробивкой, так как они имеют большие размеры, чем минимально возможные (d=2,6 мм>0,8=1,6 мм).
Соблюдая ограничение по наименьшему расстоянию от края круглого отверстия до прямолинейного наружного контура (не менее S= 2.0).
Расстояние от краев круглых отверстий до прямолинейного наружного контура составляет: с1 = с2 =с3= c4 =
1.1 Описание марки материала
Химический состав сплава, из которого изготавливаются, листы Д16АТ эквивалентен Д16АТ по ГОСТ 4784-97. Д16 - термоупрочняемый сплав, который можно облагородить до или после изготовления детали.
Таблица 1- Химический состав в % Д16АТ ( ГОСТ 4784-97).
Основные механические свойства сплава Д16АТ
Модуль упругости первого рода, E 6900 кг/мм2
Модуль упругости первого рода при температуре 100°C, E100° 6350 кг/мм2
Временное сопротивление разрыву, ?в 400 МПА
Напряжение при относительном растяжении 0,2% 28 кг/мм2
Напряжение при относительном растяжении 0,2% при температуре 100°С 26 кг/мм2
Напряжения смятия при относительной деформации 0,2% 35 кг/мм2
Коэффициент температурного расширения 23,8·10-6 1/град
Плотность 2,78 г/см3
Условный предел усталости при 108 циклов 10 кг/мм2
1.2 Анализ вариантов технологических схем изготовления детали
Основными техническими признаками, влияющими на выбор варианта технологического процесса, являются: механические свойства и толщина материала, степень сложности конфигурации детали и ее габариты, требуемая точность детали, место расположения отверстий и точность расстояния между их осями. Основным экономическим признаком, от которого зависит решение вопроса экономической целесообразности того или иного варианта, является серийность производства.
Вариант технологических схем ее изготовления: -раскрой листа на полосы;
-вырубка в штампе полосы заготовки с одновременной пробивкой в ней отверстий в штампе совмещенного действия;
-гибка заготовки в штампе;
-доводка детали вручную.
-раскрой листа на полосы;
-вырубка детали;
-пробивка 4-х отверстий, O 2,6мм и O 20 мм.
-гибка заготовки в штампе;
-доводка детали вручную.
-контроль. заготовка деталь пресс гибка
2. Расчет технологических параметров
Определим размеры развертки детали: L = lпр lkp где lпр -длина прямолинейных участков, мм;
Lkp -длина нейтрального слоя изогнутого участка, мм. x = 0,46 -коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя ([1],таблица16).
Таким образом, ширина заготовки определится по формуле:
где n-количество участков;
?-угол изогнутого участка, град;
? - коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя [1];
2.1 Расчет ширины полосы материала для изготовления заготовки
Принимаем для разрабатываемого процесса, что лист разрезается на полосы на гильотинных ножницах. Заготовки из полос вырубаются в штампе без бокового прижима полосы и с подачей материала в любую зону вручную.
Формула для расчета ширины полосы в этом случае имеет вид:
b = 2,5 мм - величина перемычки между заготовками.
?ш =1,2 мм - односторонний (минусовый) допуск на ширину полосы ([1],таблица 144) .
Z=1мм - гарантийный зазор между полосой и направляющими штампа.
В зависимости от расположения заготовки на полосе, ширина полосы может быть следующая: В1 = 138 2? (2,5 1,2) 1,5 = 150мм.
В2 = 62 2?(2,5 0,8) 1,0 = 70 мм.
2.2 Расчет шага расположения заготовок
По ГОСТУ выбираем листы, габаритом 1000 ?2000 мм и 1500?2000. При изготовлении деталей гибкой, необходимо, по возможности, соблюдать правило, чтобы линия сгиба не совпадала с направлением проката листа (рисунок 2).
Шаг расположения заготовок на полосе составляет: t = E a, где Е-размер вырезаемой детали ( вдоль полосы), мм;
а - перемычка между вырезами мм [ 1]. t1= 62 2,5 = 64,5 мм, t2 = 138 2,5 = 140,5 мм а) б)
Рисунок 2 - Расположение полос при раскрое листа; а- вертикально, б-горизонтально.
Определяем количество заготовок, которое можно получить по вариантам а) и б).
Таблица 1 - Количество заготовок, получаемых из листов при различных вариантах раскроя.
Габариты листа мхм Вариант раскроя Количество (шт.)
Полос из листа Заготовок из полосы Заготовок из листа
1,0 ? 2,0 а 2000:150=13 1000:64,5=15 13х15=195 б 1000:70=14 2000:140,5=14 14х14=196
1,5 ? 2,0 а 2000:150=13 1500:64,5=23 13х23=299 б 1500:70=21 2000:140,5=14 21х14=294
2.3 Расчет коэффициента использования материала
Производим расчет коэффициента использования материала листов: .
f- площадь вырубаемой заготовки ( без учета отверстий), мм2 m- количество заготовок из листа;
Ал -ширина листа, мм;
Вл -длина листа, мм. f - площадь вырубаемой заготовки ( без учета отверстий), мм2. f = 138?62-(123-45)?(62-28)=5904 мм2
Для разработки технологического процесса изготовления детали выбираем лист габаритом 1500х2000 и его раскрой по варианту а), для разработки технологического процесса изготовлений деталей.
3. Расчет усилия резки листа на полосы
Произведем подбор гильотинных ножниц исходя из усилий резания и ширины отрезаемой полосы. Усилие резания определяем по формуле: , где S0 = 2,0 мм - толщина материала;
=25 кгс/мм?,- сопротивление материала срезу;
- угол заострения ножей;
=1,3 - коэффициент, учитывающий затопление ножей, разброс толщины и механических свойств материала .
Ножницы для резки материала толщиной 2,5 мм , пределом прочности 50 кг/мм? и шириной реза 1600 мм по каталогу выбираем модель Н473А (ГОСТ 6282-52). Правильность их выбора проверяем по развиваемому усилию резания: Таким образом, для техпроцесса можно рекомендовать гильотинные ножницы модели Н473 А ( ГОСТ 6282-52).
3.1 Определение усилия вырубки развертки детали и подбор пресса
Усилие резания материала при вырубке заготовок по наружному контуру определяем по формуле: , где L- длина контура, мм.
где - длина прямолинейных участков контура, мм;
- длина криволинейных участков контура, мм.
L =368 25=393 мм.
КН
Усилие снятия полосы с пуансона: Рсн1=Ксн ? Р , где Ксн = 0,12 - для штампа последовательного действия (вырубка -пробивка [1], таблица 6].
Рсн1 =0,12 ? 196,5 = 23,5 КН
Усилие проталкивания заготовки через матрицу: , где - при вырубке на провал [1, страница 21];
n - количество заготовок, находящихся одновременно в цилиндрической шейке матрицы. Учитывая необходимость периодического ремонта - перешлифовки режущей кромки матрицы, принимаем n=3: Рпр1 =0,1?196,5?3 = 58,9 КН
Усилие резания при пробивке 4-х отверстий: P2 = 2??S0 ??cр = 2?3,14? ( 4 ?2,6 20 14)?2,0?25 =139,4 КН.
Усилие снятия заготовки с пуансона: , где Ксн - для многопуансонного пробивного штампа [1,таблица 6]
Рсн2 =0,12?139,4 = 16,7КН
Усилие проталкивания отходов при пробивке отверстий: Рпр2 = кпр ?Р2?3, где кпр = 0,08 - при вырубке с обратным выталкиванием [1, страница 21] n=3.
Рпр2 = 0,1 ?139,4?3 = 41,8 КН
Общее усилие пресса, необходимое для выполнения этой операции, составит: , где =1,3 - коэффициент, учитывающий потери, затопление режущих кромок, разброс толщины и механических свойств материала и др.
Р? =1,3?(196,5 139,4 23,5 16,7 58,9 41,8)= 619 КН.
Произведем выбор пресса по каталогу оборудования [2] , в зависимости, от Р?, , величины рабочего хода ползуна, закрытой высоты и габаритов штампа в плане.
При этом условно принимаем следующее: -рабочий ход ползуна должен быть не менее 5-10 толщина материала 10….20 мм, -закрытая высота штампа Нзакр =150?S0 =150?2,0=300 мм
-габариты штампа в плане( 250….300)?2,0? (350….400)
2,0/ (600?800) мм.
По каталогу оборудования [2] выбираем пресс КД2330 (усилие пресса Р=1000 КН, ход ползуна h=32…130 мм, габариты стола пресса 630?950 мм, закрытая высота штампа Нзак= 340мм)
4. Определение усилий гибки
По справочнику ?B =200МПА ( [1], таблица 22).
Формула для расчета этого параметра имеет следующий вид: P=2,5?B?S0 ??B ?k2- для двухугловой гибки
P=1,25?B?S0 ??B ?k2- для одноугловой гибки
Р-усилие гибки;
где В - длина линии гиба, к = 0,1- коэффициент, учитывающий изгиб листа при резке, неравномерность механических свойств и толщены материала, притупления режущих кромок ножей [1].
P1=2,5?28?2.0 ?200?0.1=2,8 КН.
P1=1,25?28?2,0 ?200?0,1=1,4 КН.
Р?=Р1 Р2 = 2,8 1,4=4,2 КН.
Для выполнения операции гибки, выбираем пресс в зависимости от параметров, указанных в п. 4, при этом условно принимаем: -Рабочий ход ползуна не менее 2-х высот детали, т.е. 32мм, -Закрытая высота штампа Нзак 3?32 96 мм;
-Габариты штампа в плане -3А?3В= 3?82 х 3?28=24 х84мм.
По каталогу оборудования [2] выбираем пресс RL2122 (усилие пресса Р= 160 КН , ход ползуна h= 32 мм , габариты стола пресса 500 х380 мм = 250мм).
5. Расчет параметров пружинения материала
Радиус закругления пуансона, учитывающий от пружинивание заготовки после ее гибки, определим по формуле: , - внутренний радиус детали, - модуль упругости материала, Угол пружинения материала после снятия внешней нагрузки:
Таким образом, в технических условиях на проектирование гибочного штампа необходимо задать радиус закругления пуансона 2,93 мм , а угол сопряжения рабочих кромок пуансона ?пуансона = 89,2?.
Список литературы
Л.А. Штамповые стали для холодного деформирования. Издательство Металлургия, Москва, 1966 -365 с.
Справочное пособие. Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов. М.: Машиностроение, 1973-258 с.
В.В Уваров., Носова Е.А. Структура и свойства листовых сталей для холодной штамповки: Учеб. пособие / Под общ. ред. Ф.В Гречникова , Самар. гос. аэрокосм. ун-т. Самара, 2004-73 с.
В.П Романовский. Справочник по холодной штамповке. -Л: Машиностроение, 1971. -782с.
В.П. Попов. Основы теории листовой штамповки. - М.: Машиностроение, 1977. - 280 с.
Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4 Листовая штамповка / Под. ред. Матвеева А.Д.; Ред. совет: Семенов Е.И. и др. - М.: Машиностроение, 1985 - 1987. - 544 с.: ил.
Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка / Под общ. ред. Рудмана Л.И. - М.: Машиностроение, 1988. - 496 с.