Холодная штамповка

Характерными чертами процессов холодной штамповки, обеспечивающими её широкое распространение, являются: - - - - - - - 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, пресформы); - стали и сплавы с заданными физико-механическими свойствами (радиоматериалы); - неметаллические материалы (слюда, бумага, картон). Выбор материала зависит от условий эксплуатации РЭС, от назначения РЭС. Несмотря на большое разнообразие физико-механических свойств, качество материалов зависит от химического строения, чистоты, от атомно-молекулярного строения. 1. Анализ физико-механических, химических, конструкторско-технологических свойств материала детали.

Наиболее распространенными материалами, применяемыми в холодноштамповочном производстве, являются прокат металлов: стали, меди и её сплавов, алюминия и алюминиевых сплавов, никеля и его сплавов, цинка и др., а также неметаллические материалы.

Материал детали должен удовлетворять не только её 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 материала для штамповки характеризуется, прежде всего, его механическими характеристиками. Также наиболее распространенными материалами в холодной штамповке являются различные сорта листовой и полосовой углеродистой и легированной стали. По качеству материала листовая и полосовая сталь разделяются на сорта, изготовляемые из сталей различных марок: 1) листовая углеродистая сталь – из марок стали обыкновенного качества по ГОСТу 380 – 60 (группа А и Б); 2) листовая углеродистая качественная сталь – из марок качественной стали по ГОСТу 1050 – 60 ; В данном курсовом проекте мы будем работать со сталью приведенной в пункте 2). 1.1. Механические характеристики: Сталь 10 ГОСТ 1050 – 60 имеет следующие механические характеристики: - сопротивление срезу ср =29 кГ/мм 2 или 286 МПа ; - предел прочности (не менее) в =335 МПа или 34 кГ/мм 2 ; - предел текучести т 165 МПа ; - относительное удлинение (не менее) =31%; - относительное сужение (не менее) =55%; 1.2. Химический состав , %

Свариваемость – сваривается без ограничений, кроме деталей после химико-термической обработки.

Способы сварки: ручная дуговая сварка (РДС), автоматическая дуговая сварка (АДС) под флюсом и газовой защитой, контактная сварка (КТС). Обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при твердости по Бринеллю (НВ) 99 – 107 и в =450 МПа , К v тв. спл =2,1, К v б. ст =1,6 (коэффициенты обрабатываемости для условий точения резцами соответственно твердосплавными и из быстрорежущей стали). Флокеночувствительность – не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости – не склонна. 1.4. Физические свойства: - модуль нормальной упругости, Е=175 ГПа ; - модуль упругости при сдвиге кручением, G=68 ГПа ; - плотность, n =7705 кг/см 3 ; - коэффициент теплопроводности, =42 Вт/(м о С) ; - удельное электросопротивление, =521 НОМ м ; - коэффициент линейного расширения, =14,7 10 -6 1/ 0 С ; - удельная теплоемкость, С=515 Дж/(кг о С) . С увеличением относительного удлинения штампуемость металла улучшается, а с увеличением твердости – ухудшается. На штампуемость влияет и отношение предела текучести т к пределу прочности в . Чем оно меньше, тем лучше штампуемость. Для нашего случая т в =0,493 . Сопротивление среза ср связано с пределом прочности т соотношением ср 0,8 т и определяет усилия, требуемые для реализации штамповочных операций: чем оно больше, тем более мощным должен быть пресс, более прочными детали штампа. Для нашего случая ср 0,8 т =788,8 кГ/мм 2 . 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.

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 тоже время они обладают значительно меньшими, чем у металлов, плотностью, твердостью и относительно низкими механическими показателями. 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. 2. Анализ технологичности конструкции штампуемой детали.

Технологические процессы холодной штамповки могут быть наиболее рациональным лишь при условии создания технологической конструкции или формы детали, допускающей наиболее простое и экономическое изготовление.

Поэтому технологичность холодноштамповочных деталей является наиболее важной предпосылкой прогрессивности технологических методов и экономичности производства.

Произведем качественную оценку технологичности конструкции детали: - конфигурация детали и ее развертка обеспечивают наивыгоднейшее использование материала, дают возможность применить малоотходный раскрой; - ассортимент марок материала и его толщины максимально унифицирован; - допуски на размеры холодноштамповочной детали соответствуют экономической точности операции холодной штамповки; - контур детали простой; - размер отверстия, пробиваемого пуансоном соответствует норме для мягких сталей, т.е. не меньше 1,0 толщины материала; - при гибке детали радиус изгиба не захватывает широкую часть; - механические свойства листового материала соответствуют не только требованиям прочности и жесткости изделия, но также процессу формоизменения и характеру пластических деформаций; - деталь имеет низкую трудоемкость операций; - требуется наименьшее количество оборудования и производственных площадей; - требуется наименьшее количество оснастки. Общим результативным показателем технологичности является наименьшая себестоимость штампуемой детали. 3. 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: = 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 . Найдем площадь нашей детали, для этого выполним развертку: S 1 =293,9566 мм 2 ; S 2 =29,6 мм 2 ; S дет =S 1 +S 2 =323, 6 мм 2 . Найдем площадь полосы, на которой будут располагаться детали: S п = 85714 мм 2 . Определим коэффициент использования материала: =3 23 , 6 181 / 85714 100%= 69 % Величина 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 +2 b + п , где В – ширина полосы, мм (округляется до ближайшего целого числа в большую сторону); L – размер вырубаемой детали (поперек полосы), мм; b – ширина боковой перемычки, мм; п – предельные отклонения ширины полосы, мм.

Определим ширину полосы: L =22+15=37 мм ; b =2,5 мм (табл. 1 [1]); п =0,5 мм (табл. 2 [1]); В=37+2 2,5+0,5=42,5 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 приборои машиностроении пользуются усредненными размерами перемычек, которые выбираются из таблиц, полученных опытным путем. В ряде случаев при выборе величины перемычки табличные значения следует корректировать.

Выберем лист проката так, чтобы отходы были минимальные: 1 5 00 x 2000 при толщине листа 2 мм 4. Разработка маршрутной и операционной технологий.

Разработка маршрутной технологии сводится к установлению последовательности технологических операций, в результате выполнения которых из заготовки получается готовая деталь. 1). Выбор листового материала. 2). Разграфка материала на необходимое число полос. 3). Резка материала на полосы. 4). Пробивка отверстия. 5). Вырубка детали. 6). Проверка готовой детали на соответствие чертежу. 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 и т.п.); 5). Нормы времени на выполнение операции. 5. Определение технологических режимов штамповки и выбор пресса. 5.1. 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 Р в (пробивки Р п ) определяется по формуле: Р в (Р п )= L S ср , где L – периметр вырезаемого (пробиваемого) контура (длина линии разреза), мм; S – толщина материала, мм; ср – сопротивление срезу, МПа.

Рассчитаем усилие пробивки, которое необходимо приложить для нашей детали, для этого найдем периметр детали: L =2 6,9+24+ 3,5=82,8 мм, Р в =82,8 2 286=47362 Н Рассчитаем усилие вырубки, которое необходимо для вырубки отверстия в нашей детали: Р п = d S ср =10,05 2 286 5742 Н 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. Так как наша деталь имеет не очень сложный контур, то выбираем К сн =0,03. Р сн =53104 0,03=1594 Н Усилие проталкивания детали или отхода через провальные отверстия матрицы определяется по формуле: Р пр =(Р в +Р п ) К пр n , где К пр – коэффициент проталкивания (выбираем К пр =0,06), n – количество деталей, находящихся в пояске (шейке) матрицы: n = h / S , где h – высота пояска матрицы, выбираемая из таблицы 4 [1], n= 8/2=4, Р пр =(47362+5742) 0,06 4=12745 Н Суммарное усилие, требуемое для выполнения разделительной операции, равно сумме четырех усилий: Р с =Р в +Р п +Р сн +Р пр , тогда суммарное усилие будет равно: Р с =47362+5742+1594+12745=67443 Н 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 Р пресса возьмем больше расчетного на 30%, т.е.: Р пресса =1,3 Р с , Р пресса =1,3 67443=87676 Н 5.2. 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 [1] подберем пресс по рассчитанному ранее усилию.

Закрытая высота штампа находится в пределах: 128 Н 168 6. Проектирование технологической оснастки – штампов. 6.1. 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 одноили 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.

Технологическая схема последовательной штамповки приведена на рис.1. 1 – пуансон для пробивки отверстия, 2 – съемник, 3 – лента (полоса), 4 – пуансон для вырубки детали, 5 – матрица, 6 – деталь, 7 – отход.

Выбранный нами штамп имеет среднюю и пониженную (12-15 квалитеты) точность штамповки; может производить штамповку небольших деталей, которые имеют погнутость; наибольшие размеры деталей и средний диапазон толщины у вытяжных деталей составляет до 250 мм при толщине от 0,2 до 3 мм, у разделительных и гибочных – до 5000 мм при толщине до 10 мм; имеет повышенную производительность штамповки; возможна работа на прессах с числом ходов 400 в минуту и выше; широко применяется для изготовления плоских, гнутых и полых деталей небольших размеров; трудоемкость и стоимость изготовления штампов для вырубки деталей простой конфигурации меньше, чем стоимость совмещенных штампов. 6.2. Расчет конструкции штампа. 6.2.1. Расчет исполнительных размеров рабочих деталей штампов. 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[1]); z – номинальный (наименьший) зазор (табл. 6 [1]) . Определим исполнительные размеры для матрицы: для длины D м =(37-0,05) +0,040 ; для ширины D м =(8,4-0,05) +0,040 . Определим исполнительные размеры для пуансона: для длины D п =(37-0,05-0,14) -0,020 ; для ширины D п =(8,4-0,05-0,14) -0,020 . При пробивки 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 [1]) . Определим исполнительные размеры для матрицы: d м =(3,2+0,05+0,14) +0,040 ; Определим исполнительные размеры для пуансона: d п =(3,2+0,05) -0,020 . Определим высоту матрицы Н м : Н м =0,3 b p , где b p – ширина матричного отверстия (прилож. 2, 3 и табл. 7 [1]) . Н м =0,3 4 0= 12 мм . Определение рабочей зоны и габаритов матрицы рассматривается в разд. 6.3. 6.2.2. 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. Таким образом, вычисленный центр давления штампа (4,95 мм;19,1 мм) необходимо расположить на оси хвостовика. 6.2.3. Выбор материалов для изготовления деталей штампа.

Материалы, применяемые для изготовления деталей вырубных и пробивных штампов:

Определим штучное время Т шт , необходимое для выполнения разрабатываемой штамповочной операции; штучнокалькуляционное время Т к , используемое для определения себестоимости детали, а также количество 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 0 , определяемого процессом получения детали (двойной ход ползуна), и вспомогательного t B , затрачиваемого на выполнение ручных различных 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. Т оп определяется следующим образом: Т оп =( t 0 + t B )/ z , где z – количество деталей, получаемых за один двойной ход ползуна пресса (в нашем случае z =1); t 0 =1/ n для автоматической работы штампа ( n – частота хода ползуна) t B определяется путем непосредственного хронометража работы передовых рабочих. При ручной подаче его можно определить, исходя из следующих соображений: t B =t B1 /n д +t B2 +t B3 , где t B 1 – время на приемы (возьмем t B 1 =12 сек.); t B 2 – время на продвижение полосы на один шаг (возьмем t B 2 =1 сек.); t B 3 =0, так как осуществляется вырубка на провал; n д – количество деталей, получаемых из полосы ( n д =181). Значит с учетом вышеизложенного t B =12/181+1=1,1 сек. t 0 =0,01 мин.

Определим оперативное время Т оп =1,7 сек.

Определим дополнительное время, требуемое на обслуживание штампа и отдых Т д = t ОБ + t П , где t ОБ – время на обслуживание штампа; t П – время на отдых. Так как усилие выбранного пресса меньше 1000 кН, то t ОБ =0,03Т оп , t П =0,09Т оп , то Т д =0,03 1,7+0,09 1,7=0,204 сек.

Определим штучное время Т шт , необходимое для штамповки одной детали Т шт =1,7+0,204 1,904 сек, значит за одну минуту штампуется 30 деталей, а за один час 1800 деталей и, следовательно, для штамповки годовой программы (1000000 штук) потребуется 555,6 часов.

Определим время работы штампа между двумя переточками: Т у =Т шт n у + t у + t сн , здесь n у – стойкость штампа ( n у =40 из таблицы 9[1]); t у и t сн – время, затрачиваемое на установку и снятия штампа ( t у =30 мин, t сн =10 мин, взяты из таблицы 10[1]). Определим время работы штампа между двумя переточками: Т у =0,03 40+30+10=41,2 мин, Определим время на выполнение годовой программы: Т N =( N/n у ) Т у (1+ К п ), где К п – потери времени на ремонт и переналадку оборудования; К п =3%, Т N =17218 часов.

Определим количество рабочих мест, требуемых для выполнения годовой программы: n р =Т N /[ T ф (1-К п )], где T ф – годовой фонд рабочего времени. T ф =4074 ч при работе в две смены n р =4 Учитывая, что штампы в процессе работы могут выходить из строя, предусмотрим некоторый запас штампов-дублеров (таблица 11[1]). Следовательнно, общее число штампов будет равно: n ш = n р + n дб , где n дб – количество штампов дублеров. n ш =2 Заключение. В данном курсовом проекте мы рассмотрели вопросы разработки технологии, проектирования и изготовления технологической оснастки для производства холодноштамповочных операций вырубки – пробивки деталей РЭС. Материал детали полностью пригоден для изготовления ее предложенным методом.