Технология листовой штамповки

Технология листовой штамповки

Федеральное агентство по образованию

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П. КОРОЛЕВА

Факультет летательных аппаратов

Кафедра производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении

 

Курсовая работа

По теме: Технология листовой штамповки

Самара 2010



Реферат

Целью данного курсового проекта является разработка технологического процесса для изготовления детали, заданной руководителем. Выполнение курсового проекта позволяет систематизировать, закрепить и расширить теоретические знания, а также приобрести опыт самостоятельного решения вопросов, связанных с проектированием рабочего инструмента для холодной листовой штамповки.

Основной задачей данного проектирования является разработка оптимальной технологии изготовления заданной детали.

Этапы реализации этой задачи:

анализ технологичности конструкции детали;

разработка технологической схемы штамповки;

разработка схемы раскроя материала;

определение величины потребного усилия по операциям;

выбор оборудования;

расчет исполнительных размеров пуансонов и матриц;

сборочный чертеж.



Введение

В общем комплексе технологии машиностроения все возрастающее значение приобретает обработка металлов давлением, в том числе листовая штамповка. Это один из способов обработки, при котором металл пластически деформируется в холодном состоянии при помощи штампов. Листовая штамповка применяется для изготовления самых разнообразных деталей практически во всех отраслях промышленности связанных с металлообработкой.

Листовая штамповка представляет собой самостоятельный вид технологии, обладающей рядом особенностей:

высокой производительностью;

возможностью получения самых разнообразных по форме и размерам полуфабрикатов и готовых деталей;

возможностью автоматизации и механизации штамповки путем создания комплексов оборудования, обеспечивающих выполнение всех операций производственного процесса в автоматическом режиме (в том числе роторных и роторно-конвейерных линий);

возможностью получения взаимозаменяемых деталей с высокой точностью размеров, без дальнейшей обработки резанием.

Современное холодноштамповочное производство развивается по пути совершенствования традиционных и создания новых технологий и оборудования. При этом наметились тенденции создания холодноштамповочного оборудования для крупносерийного и массового производства автоматических линий и холодноштамповочных пресс-автоматов и оборудования для мелкосерийного, серийного и единичного часто переналаживаемого производства холодноштамповочного оборудования с числовым программным управлением, универсальных прессов, гибких производственных модулей с ЧПУ.



1. Технологическая часть

 

1.1 Анализ технологичности конструкции детали

Под технологичностью следует понимать такое сочетание конструктивных элементов, которое обеспечивает наиболее простое и экономичное изготовление деталей при соблюдении техники и эксплуатационных требований к ним.

Основными показателями технологичности листовых холодноштамповочных деталей являются:

наименьший расход материала;

наименьшее количество и низкая трудоемкость операции;

отсутствие последующей механической обработки;

наименьшее количество требуемого оборудования и производственных площадей;

наименьшее количество оснастки при сокращении затрат и сроков подготовки производства.

Общим результативным показателем технологичности является наименьшая стоимость штампуемых деталей.

Возможность формообразования при разделительных операциях определяется способностями материала заготовки изменять форму под действием деформирующего усилия и возможностью изготовления рабочих частей штампа способных осуществить заданное формоизменение.

Материал, из которого будет выполнена деталь – сталь 0,8 кП.

Характеристика стали 08кп (8кп):

Применение: для прокладок, шайб, вилок, труб, а также деталей, подвергаемых химико-термической обработке - втулок, проушин, тяг. Основные характеристики представлены в табл.1, табл. 2, табл. 3, табл.4.



Таблица 1 - Химический состав в процентах стали 08кп (8кп)

C

Si

Mn

Ni

S

P

Cr

Cu

As

0.05-0.11

 до 0.03

0.25-0.5

 до 0.25

 до 0.04

 до 0.035

 до 0.1

 до 0.25

 до 0.08

Таблица 2 - Температура критических точек стали 08кп (8кп)

Ac1=732, Ac3(Acm)=874, Ar3(Arcm)=854, Ar1=680

 

Твердость стали 08кп (8кп) калиброванного нагартованного

HB=179

Твердость стали 08кп (8кп) горячекатанного отожженного

HB=131







Таблица 3 - Физические свойства стали 08кп (8кп)

T

E 10-5

a106

l

r

C

R 109

Град

МПа

1/Град

Вт/(м·град)

кг/м3

Дж/(кг·град)

Ом·м

20

2.03



63

7871



147

100

2.07

12.5

60

7846

482

178

200

1.82

13.4

56

7814

498

252

300

1.53

14.0

51

7781

514

341

400

1.41

14.5

47

7745

533

448

500



14.9

41

7708

555

575

600



15.1

37

7668

584

725

700



15.3

34

7628

626

898

800



14.7

30

7598

695

1073

900



12.7

27

7602

703

1124

1000



13.8





695



Таблица 4 - Технологические свойства стали 08кп (8кп).

Свариваемость:

без ограничений.

Флокеночувствительность:

не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости:

не склонна.



Сопротивление резу – 25 кгс/мм² (при вырубке);

Предел прочности - 30 кгс/мм²

Относительное удлинение – 35% (не менее)

Для изготовления детали будет применяться гибка. Произведем корректировку размеров детали, с учетом свойств материала детали 0,8 кП:

- Наименьший размер пробиваемых отверстий: мм. Размер отверстия – 3 мм. Условие выполняется;

- Наименьшее расстояние от края отверстия до прямолинейного наружного контура:   Условие выполняется.

- Наименьшее расстояние от края отверстия до загнутой полки:   Условие не выполняется. Следовательно, увеличим горизонтальный размер детали до 48 мм и передвинем отверстия на 4 мм. Тогда 

- Наименьшее расстояние между отверстиями   Условие выполняется.

- Наименьшая высота отгибаемой полки   Условие выполняется.

Размеры детали с учетом корректировки указаны на рис. 1.



Рис. 1 - Эскиз детали



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 и т.д. Основным экономическим признаком, от которого зависит решение вопроса экономической целесообразности того или иного варианта, является серийность производства.

Анализируя конструкцию и материал детали, могут приниматься следующие варианты 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 4х отверстий, диаметром 4мм;

-гибка заготовки в штампе;

-доводка детали вручную.

-раскрой листа на полосы;

-вырубка детали;

-сверление в кондукторе 4х отверстий, диаметром 4мм;

-гибка заготовки в штампе;

-доводка детали вручную.

Принимаем I вариант изготовления детали, т.к. он содержит меньшее количество операций и является более экономичным.



1.3 Расчет технологических параметров

 

1.3.1 Определение размеров заготовки

Размеры развертки детали: , где  - длина прямолинейных участков детали, , 

Итак, размеры заготовки штамповки детали: 76,4х30 мм.

1.3.2 Расчет ширины полосы материала для изготовления заготовки

Она в основном зависит от марки и толщины материала, величины перемычек между выбираемыми заготовками, расположения заготовок в полосе, конструкции штампа, точности работы оборудования для раскроя листов, применяемых средств механизации подачи полосы в штамп.

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:



 - величина перемычки между заготовками,

 - односторонний (минусовый) допуск на ширину полосы,

 - гарантийный зазор между полосой и направляющими штампа,

В зависимости от расположения заготовки на полосе, ширина полосы может быть следующая:

,

.



1.3.3 Расчет шага расположения заготовок

По ГОСТу выбираем листы, габаритом 1000х2000 мм. При изготовлении деталей гибкой, необходимо, по возможности, соблюдать правило, чтобы линия сгиба не совпадала с направлением проката листа (рис. 2). Шаг расположения заготовок на полосе составляет:

,.



Рисунок 2 – Расположение полос при раскрое листа

1.3.4 Определение количества заготовок

Определяем количество заготовок, которое можно получить по вариантам а) и б) (Табл.5)

Таблица 5 – 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

1,0х2,0

а

2000:84,8=23

1000:31,6=31

23х31=713



б

1000:38,4=26

2000:78=25

26х25=650

1,2х2,0

а

2000:84,8=23

1200:31,6=37

23х37=851



б

1200:38,4=31

2000:78=25

31х25=775

 

Расчет коэффициента использования материала 

Производим расчет коэффициента использования материала листов:



.

Для определения площади заготовки f, разбиваем ее на фигуры простой геометрической формы. Общая площадь заготовки: .



.

Таким образом, для разработки технологического процесса изготовления детали выбираем лист габаритом 1000х2000 и его раскрой по варианту а).

Использование оставшегося материала листа:

. , значит, можно использовать оставшуюся полосу листа , изменив расположение заготовок на листе (рис. 3). Количество заготовок из полосы : 1000:84,8=11.

. , значит, оставшуюся полосу листа  использовать невозможно.

Следовательно, 



Рисунок 3 – Расположение заготовок на листе



Расчет усилия резки листа на полосы

Произведем подбор гильотинных ножниц исходя из усилий резания и ширины отрезаемой полосы. Усилие резания определяем по формуле:

,

где  - толщина материала, =25 кгс/мм²,  - угол створа ножниц, =1,3 – коэффициент, учитывающий затупление ножей, разброс толщины и механических свойств материала и др.

 (24,8кН)

Ножницы для резки материала толщиной 2,5 мм ,пределом прочности 50 кг/мм²и шириной реза 1600ммпо каталогу выбираем модель Н473 (ГОСТ 6282-52). Правильность их выбора проверяем по развиваемому усилию резания:

 (31,03кН)

Таким образом, для техпроцесса можно рекомендовать гильотинные ножницы модели Н473.

Определение усилия вырубки развертки детали и подбор пресса

Усилие резания материала при вырубке заготовок по наружному контуру определяем по формуле:

,

,

,



=10296кгс (103кН).

Усилие снятия полосы с пуансона:

, где  - для штампа последовательного действия (вырубка-пробивка).

.

Усилие проталкивания заготовки через матрицу:

, где  - при вырубке на провал, n – количество заготовок, находящихся одновременно в цилиндрической шейке матрицы. Учитывая необходимость периодического ремонта – перешлифовки режущей кромки матрицы, принимаем n=3:

.

Усилие резания при пробивке 4х отверстий:

(18,8кН),

Усилие снятия заготовки с пуансона:

, где  - для многопуансонного пробивного штампа.

,

Усилие проталкивания отходов при пробивке отверстий:

, где  - при вырубке с обратным выталкиванием, n=3.

.

Общее усилие пресса, необходимое для выполнения этой операции, составит:

,

где =1,3 – коэффициент, учитывающий потери, затупление режущих кромок, разброс толщины и механических свойств материала и др.



Произведем выбор пресса по каталогу оборудования , в зависимости от , величины рабочего хода ползуна, закрытой высоты габаритов штампа в плане. 

При этом условно принимаем следующее:

-рабочий ход ползуна должен быть не менее 10-20 мм,

-закрытая высота штампа мм,

-габариты штампа в плане 450х700мм.

Наиболее подходящим для нашего случая выбираем пресс К 116 Б (усилие пресса Р=360кН , ход ползуна h=64мм, габариты стола пресса 480х720мм = 300мм).

Определение усилий гибки детали, выбор марки пресса

Определим усилие гибки заготовки. Применяется четырехугловая гибка с прижимом:

,

где В=30мм – длина линии гиба, =0,2 – коэффициент для двухугловой гибки.

 (9кН).

Выбираем пресс для выполнения операции четырехуголовой гибки с прижимом, при этом условно принимаем:

-ход ползуна не менее 2х высот детали, т.е. 40мм,

-закрытая высота штампа ,

-габариты штампа в плане 350х750мм.

По каталогу выбираем пресс ЭР50 (усилие пресса Р= 500кН , ход ползуна h= 70мм , габариты стола пресса 370х575мм = 265мм).

Расчет параметров пружинения материала

Радиус закругления пуансона, учитывающий отпружинивание заготовки после ее гибки, определим по формуле:



,

 - внутренний радиус детали, 

 - модуль упругости материала,

2,96мм;

Угол пружинения материала после снятия внешней нагрузки:







Таким образом, в технических условиях на проектирование гибочного штампа необходимо задать радиус закругления пуансона 2,96мм , а угол сопряжения рабочих кромок пуансона 89,6º.



2. Конструктивная часть

 

2.1 Обоснование конструктивной схемы штампа

Штампы для гибки подразделяются на штампы простого, последовательного и совмещенного действия. В штампах простого действия за один ход подвижной части блока выполняется только одна операция или переход гибки. Штампы этой группы подразделяются на специальные и универсальные. Специальные штампы применяют для изготовления деталей простейшей формы однооперационной гибкой в одном штампе или для получения деталей сложной формы многопереходной поэлементной гибкой в штампах простого действия. Универсальные штампы применяют для получения однотипных деталей простой формы, но разных размеров, однопереходной гибкой или для выполнения деталей сложной формы многопереходной гибкой в одном и том же универсальном штампе.

Четырехугловую гибку деталей можно выполнять в штампе, обеспечивающем изгиб четырех углов одновременно (рис. 4, а). Однако при этом, ввиду повышенного растяжения металла из-за его защемления между пуансоном и матрицей, деталь получается со значительным искривлением полок (рис. 4, б). Для исключения таких искривлений гибку следует выполнять за два перехода в одном или двух штампах (рис. 4, в и г). Однако экономичнее использовать один штамп.



Рисунок 4 – Схемы штампов для четырехугловой гибки детали



2.2 Описание конструкции штампа, принцип действия

Двухугловой гибочный штамп показан на рис. 5. С его помощью будет выполняться четырехугловая гибка детали. Заготовку укладывают на прижим 1, действующий от выталкивателя 2. При опускании пуансона 3 заготовка сначала зажимается между пуансоном и выталкивателем, а затем изгибается с помощью матрицы 4 и принимает форму скобы. Затем деталь переворачивают загнутыми углами вниз и выполняется второй переход.

После гибки деталь из матрицы удаляется выталкивателем, действующим от нижнего буферного устройства.



Рисунок 5 – Двухугловой гибочный штамп

Определение исполнительных размеров элемента штампа.

К конструктивно-технологическим параметрам штамповой оснастки относятся:

1. Односторонний зазор z – между матрицей и пуансоном при двухугловой гибке. Он определяется в зависимости от толщины материала  по формуле 



,

где  – коэффициент, зависящий от длины отгибаемых полок и толщины материала.



Радиус закругления рабочей кромки матрицы 

Глубина матрицы k=20мм

Радиус закругления пуансона рассчитан в п. 3.7, 2,96мм;

Исполнительный размен матрицы ,

-номинальный размер детали после гибки (1 переход),

=0,4 – коэффициент, определяющий долю допуска,

=0 - предельное отклонение размера детали.



Техника безопасности при изготовлении детали

Техника безопасности и охрана труда работающих приобретают особое значение при холодной листовой штамповке. Избежать производственных травм в этой области можно различными путями.

При работе на открытых штампах, а также при штамповке из отдельных (штучных) заготовок их обязательно следует укладывать, а отштампованные детали удалять посредством какого-либо ручного инструмента (пинцетами, щипцами, линейками и т. д.). При штамповке из полосы рекомендуется применять штампы безопасной конструкции, например, закрытые штампы с направляющей плитой и с автоматически действующими упорами, ловителями, боковыми ножами и т. д. Особое внимание при конструировании прессов и штампов уделяется системе ограждения штампового пространства, так как в этой зоне максимальное число травм. Штамповое пространство ограждается решетками. Для защиты персонала используют блокирующие устройства, основной деталью которой являются фотоэлектрические датчики, расположенные в штамповом пространстве. Они дают команду на мгновенную остановку пресса при попадании в зону руки. Кроме того, в прессах используют двурукое включение. Здесь необходимо использовать педаль выше пола на 100 мм.

Также необходимо следить за уровнем освещенности на рабочем месте, ибо плохая освещенность может привести к различным видам травм.

2.3 Применение стандартных элементов

По ГОСТу выбираем стандартные элементы штампа.

Габаритные элементы матрицы определяем по таблице, исходя из размеров рабочей зоны: 80х40 – рабочая зона, 140х80 – габаритные размеры.

По ГОСТу 13125-83 принимаем обозначение блока 1004-4354 и его размеры: d=32мм; расстояние при нижнем положении верхней плиты , h=50мм, , А=160, . Обозначение плиты 1004-4354/001, обозначение заготовки 1022-4448, колонки 1030-6045, втулка 1032-2643.

По ГОСТу 13112-83 принимаем размеры заготовки: Н=50мм, h=25мм, А=160мм, , l=25мм, , r=45мм, .

По ГОСТу 13118-83 принимаем размеры колонок: D=32мм, L=160мм, l=8мм, R=3мм, , c=4мм..

По ГОСТу 13120-83 принимаем размеры втулки: d=32мм, , D=43мм,, L=100мм, l=40мм, , , .



Заключение

В данном курсовом проекте рассматриваются особенности холодной листовой штамповки, ее преимущества и недостатки, разработан технологический процесс изготовления детали - накладка, спроектирован штамп, в котором осуществляется первый переход операции гибки для изготовления заданной детали. Особенность данного курсового проекта в том, что был изготовлен малоотходный раскрой материала, который позволяет наиболее эффективно использовать материал.

Выполнение курсового проекта позволило систематизировать, закрепить и расширить теоретические знания, а также приобрести опыт самостоятельного решения вопросов, связанных с проектированием технологического процесса и конструированием рабочего инструмента для холодной листовой штамповки.



Список использованных источников

1.      Рудман Л.И. Справочник конструктора штампов [Текст]/ Л.И. Рудман, В.Л. Марченко. – М.: Машиностроение, 1988 г.

2.      Романовский В.П. Справочник по холодной листовой штамповки [Текст]/ В.П. Романовский. - Л.: Машиностроение, 1979 г.

3.      Смеляков Е.П. Технология листовой штамповки в производстве летательных аппаратов [Текст]: метод. указания/ Е.П. Смеляков, Ю.В. Федотов, В.П. Самохвалов. - СГАУ, Самара, 2004. - 65 с.

4.      Смеляков Е.П. Технология листовой штамповки в производстве летательных аппаратов [Текст]: метод. указания/ Е.П. Смеляков, П.Я. Пытьев. - СГАУ, Самара, 2002. - 65 с.

5.      Смеляков Е.П. Основы конструирования штамповочной оснастки для изготовления листовой детали ЛА [Текст]: метод. указания/ Е.П. Смеляков, Ю.В. Федотов. - СГАУ, Самара, 2002. - 105 с.

6.      ГОСТ 13125-83. Штампы для листовой штамповки. Блоки штампов с задним расположением направляющих узлов скольжения [Текст] – Введ. 1984-07-01. – М.: Издательство стандартов, 2001. - 18 с.

7.      ГОСТ 13112-83. Штампы для листовой штамповки. Плиты-заготовки для штампов с задним расположением направляющих узлов. Конструкция и размеры [Текст] – Введ. 1984-07-01. – М.: Издательство стандартов, 2001. – 8 с.

8.      ГОСТ 13118-83. Штампы для листовой штамповки. Втулки направляющие гладкие. Конструкция и размеры [Текст] – Введ. 1984-07-01. – М.: Издательство стандартов, 2001. – 11 с.