Разработка автоматической линии штамповки деталей из рулонного материала

автоматизация технический прогресс деталь

Автоматизация — одно из важнейших направлений технического прогресса. Без неё невозможны высокие темпы роста производительности труда. Прогресс в машиностроении и объективный ход развития производства показывает, что автоматизация производственных процессов является важной технической, экономической и социальной проблемой.

Техническая необходимость автоматизации обусловлена наличием всё увеличивающегося противоречия между ограниченными возможностями оператора и всё возрастающими скоростями и силовыми параметрами оборудования.

Экономическая необходимость автоматизации состоит в изыскании путей роста производительности труда, борьбе за повышение эффективности производства и снижение себестоимости продукции.

Социальная необходимость заключается в том, что при автоматизации производства изменяется в лучшую сторону характер труда человека, т. е. это этап, который характеризуется освобождением человека от непосредственного управления технологическими процессами и передачей этих функций устройствам, а также повышает культурно — технический уровень трудящихся.

Одним из многих средств автоматизации является устройство для подачи полосового и ленточного материала в рабочую зону пресса с ножевым захватным органом.

Патентный поиск

Под технологичностью деталей подразумевается такое сочетание конструктивных элементов деталей, которое позволяет изготовлять их в заданных количествах наиболее экономично и при соблюдении эксплуатационных требований к ним. Технологическая конструкция изделия предусматривает:

1) наиболее благоприятную форму изделия, для того чтобы упростить процесс штамповки, обеспечить малую трудоемкость изготовления и минимальный расход металла, снизить стоимость и повысить стоимость штампов;

правильный выбор металла по толщине и физико-механическим свойствам;

рациональный способ простановки размеров на чертеже детали, способствующий наиболее целесообразному выбору технологических баз обработки;

соответствие допусков на размеры детали, обеспечивающих технологически необходимую и экономически достижимую точность штамповки.

Наиболее целесообразным вариантом технологического процесса изготовления данной детали является:

а) резка рулона на полосы;

б) вырубка, пробивка;

в) формовка;

г) гибка.

Пробивка 2-х отверстий 8,1 мм, возможно в обычных штампах свободными пуансонами. Наименьший диаметр пробиваемых отверстий составляет: [2, табл.135] для круглых отверстий:

где S — толщина материала;

технологично;

Наименьшее расстояние от края отверстия до наружного контура детали должно быть не менее:

технологично;

Критерий технологичности выполняется, согласно чертежу детали.

При произвольном уменьшении указанных расстояний возможны разрывы материала между отверстиями, а также выпучивание или выворачивание краев деталей, кроме того, возможно уменьшение стойкости штампа.

Процесс гибки в штампах заключается в том, что заготовка под давлением пресса изгибается, принимая форму пуансона и матрицы.

Минимально допустимые радиусы гибки следует применять лишь при конструктивной необходимости. В большинстве случаев возможно применить увеличенные радиусы гибки r [2], а для толстых заготовок еще большие.

технологично;

Наименьшая высота отгибаемой полки должна быть:

 — технологично;

Согласно чертежу детали условия выполняются. Во многих случаях гнутые детали, имеющие отверстия, удобно пробивать одновременно с вырубкой заготовки. Однако если отверстия находятся вблизи от линии гибки, то после гибки, их форма искажается. Чтобы избежать этого, необходимо отверстия располагать вне зоны деформации или пробивать их после гибки.

— технологично;

где S — толщина материала;

— расстояние от края отверстия до радиуса гибки;

В соответствии с чертежом нашей детали данное условие выполняется.

Формовку производим на глубину З = 10 мм. Наибольшая глубина формовки определяется как [1, стр337]:

где — длина средней линии сечения рельефа после штамповки;

— длина соответствующего участка заготовки доштамповки;

— относительное удлинение материала (33%).

Получаем:

Т.о. формовку возможно провести без трещинообразования.

Глубина формовки удовлетворяет условию технологичности.

Согласно проведенному анализу, деталь № 3163−8 404 434/435 «Кронштейн крепления фартука заднего левая/правая» является технологичной, что снижает ее себестоимость и обеспечивает наиболее экономичное ее изготовление.

Определение размеров и формы заготовки

Определение размеров плоских заготовок, подлежащих гибке, основано на равенстве длины заготовки длине нейтрального слоя изогнутой детали. [1]

Для расчета длины заготовки следует:

разбить контур штампуемой детали на элементы, представляющие собой прямые отрезки и отрезки, являющиеся частью окружности;

определить длину нейтрального слоя в каждом изогнутом участке;

суммировать длины прямых участков и длины нейтрального слоя всех изогнутых участков.

Деталь «Кронштейн крепления фартука задний левый/правый» имеет сложную конфигурацию. Поэтому для определения исходных размеров заготовки, деталь следует разбить на несколько сечений: Б — Б, В — В, Г — Г, Д — Д (рис. 1).

Ввиду геометрической сложности конфигурации детали в продольном сечении, размеры исходной заготовки определяем аналитическим методом (путем построения развертки детали). В поперечном сечении размеры исходной заготовки определяем, основываясь на равенстве размеров по нейтральному слою исходной заготовки и детали .

Рис. 1 Эскиз развернутой детали Определение размеров заготовки в сечении Б — Б.

Рис. 2 Расчетная схема гнутой детали (сечение Б — Б) Разбиваем деталь на прямолинейные и криволинейные участки (рис.2):

; (2)

где — размер исходной заготовки;

— сумма длин прямолинейных участков;

— сумма длин криволинейных участков;

Длины прямолинейных участков определяется по чертежу с учетом радиусов закругления и толщины детали:

Длина криволинейного участка определяется в зависимости от относительного радиуса закругления, либо абсолютной величины R по формуле [2, стр.60]:

где L — длина нейтрального слоя изогнутого участка; б — внутренний угол гибки; б = 90°; х — коэффициент, определяющий положения нейтрального слоя [2, табл.16]:

Длина криволинейного участка:

Определим размер заготовки в сечении Б — Б:

.

Определяем размер исходной заготовки в продольном сечении:

Принимаем .

Размер в поперечном сечении определяем аналитически ,

Принимаем .

С учетом найденных размеров сечений заготовки и размерами на чертеже детали строим исходную заготовку.

Рис. 3. Эскиз плоской заготовки

Выбор материала детали

Деталь «Кронштейн крепления фартука заднего левая/правая» в процессе эксплуатации не испытывает значительных нагрузок, т. е. для ее изготовления не требуется высокий уровень механических свойств.

Сталь, применяемая для изготовления деталей методом листовой штамповки, должна соответствовать как назначению и условию их работы, так и технологическим требованиям, вытекающим из характера и степени производимой деформации.

Технологический процесс изготовления деталей предусматривает применение как разделительных, так и формообразующих операций. Для изготовления нашей детали необходимо осуществить следующие операции: вырубка, пробивка, гибка, формовка.

Согласно таблице 2.1 данную деталь можно изготовить при следующих механических и технологических свойствах материала:

<330 МПа;

> 33 ч- 45%;

НВ < 38 ч- 52.

Исходя из требуемых характеристик штампуемости, выбираем марку материала 08кп — углеродистая качественная конструкционная особо мягкая сталь ГОСТ 9045– — 93.

Химический состав стали 08кп (ГОСТ 9045 — 93).

Таблица 1

Механические свойства [1]:

— предел прочности = 363 МПа;

— предел текучести = 200 МПа;

— сопротивление срезу = 280 МПа;

— относительное удлинение = 33%;

— относительное сужение = 60%.

Выбор рационального способа раскроя металла на заготовки

Под раскроем материала понимается принятое расположение штампуемых деталей (заготовок) на листе, полосе или ленте ([2] стр.20).

Экономия материала и уменьшение отходов в листовой штамповке имеют важное значение, особенно в крупносерийном и массовом производстве, так как при больших масштабах производства даже незначительная экономия металла дает в итоге большую экономию. Потери металла, получаемые при штамповке деталей из листа, полосы и ленты, могут быть сведены к двум группам: а) потери при раскрое и б) потери технологические.

Раскрой должен обеспечить:

минимальный расход металла на деталь;

повышение производительности труда;

качество штампуемых деталей и стойкость штампов.

Потери при раскрое зависят от геометрической формы детали, некратности рулона, не использования отходов для изготовление других, меньших по размеру деталей.

Общая задача раскроя материала состоит из следующих этапов:

1) определение величины перемычек;

2) определение ширины полосы;

3) раскрой полосы;

Определение величины перемычек

Основное назначение перемычек — компенсировать погрешности подачи материала и фиксации его в штампе с тем, чтобы обеспечить полную вырезку детали по всему контуру. Кроме того, перемычки должны обладать достаточной прочностью и жесткостью, необходимой для подачи материала.

Для стали 08кп с толщиной S = 1,5 мм и размерами заготовки (максимальными) 210?248,5 по таблице 1 [1, стр.7] определяем величину перемычек, значения которых для обоих размеров будет равно, т.к. они лежат в одном типа — размерном интервале:

· боковая перемычка a = 3,1 мм;

· величина междетальной перемычки будет составлять b = 2,6 мм.

Определение ширины полосы

Зная величину перемычек, а также расположение штампуемых деталей (заготовок), можно определить ширину полосы.

Рассмотрим несколько вариантов схем раскроя полосового материала для нашей детали:

А) Прямая встречная схема раскроя полосы (рис.4)

;

где — ширина полосы;

А — размер вырубаемой заготовки;

а — величина боковой перемычки;

Рис. 4. Встречная (А=210 мм) схема раскроя (принятая)

где — шаг вырубки, ,

— междетальная перемычка, .

.

Б) Прямая встречная схема раскроя полосы ОАО «УАЗ» (рис.5)

;

где — ширина полосы;

А — размер вырубаемой заготовки;

а = 5,0 — величина боковой перемычки;

Рис. 5. Встречная (А=210 мм) схема раскроя (ОАО «УАЗ»)

где — шаг вырубки, ,

— междетальная перемычка, .

Раскрой полосового материала

Различные способы раскроя полосового материала определяют экономичность и величину технологических отходов материала.

Показателем экономичности различных способов и типов раскроя полосы является коэффициент раскроя, который определяется по формуле ([2] стр.23).

(5)

где — площадь поверхности детали, ;

— количество полос;

— ширина полосы, мм;

— шаг подачи (раскроя), мм.

Площадь вырубаемой заготовки определяем из чертежа детали, разбивая деталь на отдельные элементы, а затем складывая их площади =24 786,32 мм².

Рассмотрим схемы раскроя для нашей детали:

А) Встречная схема раскроя полосы (рис.4):

Б) Встречная схема раскроя полосы ОАО «УАЗ» (рис. 4):

Анализ схем раскроя показывает, что наиболее рациональной является встречная схема раскроя полосы с, т.к.

Для дальнейших расчетов принимаем данную схему раскроя полосы (схему А).

Раскрой листового материала

Резку листа на полосы нужно производить с таким расчётом, чтобы от него оставалось как можно меньше отходов. При этом следует учитывать, что расположить полосу на листе можно как продольном, так и поперечном направлениях.

Для определения рационального способа раскроя листа на полосы рассмотрим два типоразмера листов: первый лист —, второй лист — .

Рассмотрим первый лист — :

А) Продольная схема раскроя листа 1200?2000 мм (рис. 6).

Рис. 6. Продольная схема раскроя листа.

Рассчитываем коэффициент раскроя листа по формуле [2]:

(6)

где — число деталей в листе,

— ширина листа,

— длина листа.

(7)

где — число полос в листе,

— число деталей в полосе.

Количество полос в листе:

принимаем .

Величину некратности листа:

.

Количество деталей в полосе:

принимаем, поскольку в одном шаге вырубается 2 детали.

Количество деталей в листе:

.

Коэффициент раскроя листа:

.

Б) Поперечная схема раскроя листа (рис. 7).

Рис. 7. Поперечная схема раскроя листа.

Количество полос в листе:

принимаем .

Величину некратности листа:

.

Количество деталей в полосе:

принимаем, поскольку в одном шаге вырубается 2 детали.

Количество деталей в листе:

.

Коэффициент раскроя листа:

.

Рассмотрим второй лист -:

А) Продольная схема раскроя листа (рис. 8).

Рис. 8. Продольная схема раскроя листа.

Количество полос в листе:

принимаем .

Величину некратности листа:

.

Количество деталей в полосе:

принимаем, поскольку в одном шаге вырубается 2 детали.

Количество деталей в листе:

.

Коэффициент раскроя листа:

.

Б) Поперечная схема раскроя листа (рис. 9).

Количество полос в листе:

принимаем .

Величину некратности листа:

.

Рис. 9. Поперечная схема раскроя листа.

Количество деталей в полосе:

принимаем, поскольку в одном шаге вырубается 2 детали.

Количество деталей в листе:

.

Коэффициент раскроя листа:

.

На основании анализа рассчитанных коэффициентов раскроя листового материала делаем вывод о целесообразности выбора для проектируемого изделия поперечного раскроя листа (схема рис. 7),, т.к. коэффициент раскроя листа — максимальный и .

Выбор рационального варианта технологического процесса изготовления детали и его разработка

Методом холодной штамповки детали могут быть изготовлены различными способами. Однако длительность подготовки производства и высокая стоимость штампов требуют тщательного обоснования выбранного варианта технологического процесса.

Рассматриваемые варианты технологических процессов должны быть тщательно проанализированы по технологическим, экономическим, организационным показателям.

Вариант 1:

1) Резка листа на полосы .

2) Вырубка заготовок (прямая встречная схема раскроя).

3) Пробивка отверстий: 1 отв. 12, 2 отв. 8,1 мм.

4) Формовка на высоту h=10 мм. Брать детали из тары и формовать по очереди в штампе, зафиксировав на наружный контур и 2 отв. 8,1 мм.

Проверим возможность формовки без трещинообразования, исходя из условия [1]:

где — длина средней линии сечения рельефа после штамповки;

— длина соответствующего участка заготовки доштамповки;

— относительное удлинение материала (33%).

Получаем:

Т.о. формовка возможно провести без трещинообразования.

4) Гибка на радиус r=2 мм. Деталь устанавливается в ручей штампа, зафиксировав на 2 отв. 8,1 мм и контур вырубки.

Рассчитаем угол пружинения при гибки [1]:

(8)

Где — угол пружинения;

— предел текучести, для стали 08кп

— модуль упругости для стали 08кп ;

— радиус гибки

— толщина материала, ;

— угол участка (для всех участков принимаем).

Значит гибку будем производить с учетом пружинения .

Во втором варианте для повышения экономичности и рациональности тех. процесса рассмотрим совмещённые операции.

Вариант 2:

1) Резка листа на полосы .

2) Вырубка заготовок (прямая встречная схема раскроя) и пробивка отверстий 12, 2 отв. 8,1 мм.

3) Формовка (в двух ручьевом штампе). Взять две детали из тары и установить в правый и левый ручей штампа, зафиксировав на наружный контур и 2 отв. 8,1 мм.

4) Гибка (в двух ручьевом штампе). Деталь устанавливается в правый и левый ручей штампа, зафиксировав 2 отв. 8,1 мм и контур вырубки.

Проанализировав предложенные варианты по технологическим, экономическим и организационным факторам, принимаем вариант 2.

Определение усилия резки листа на полосы

Для резки листа на полосы принимаем гильотинные ножницы (рис. 10).

Рис. 10. Схема резки листа на гильотинных ножницах Определяем усилие резки ([3]):

(9)

где — толщина материала;

— угол створа ножниц [];

— сопротивление срезу [].

Для стали марки 08кп, толщиной, ([2] стр. 57 табл.10).

.

Полное усилие резки принимаем:

(учитывается наличие изгиба при резке, неравномерность толщины материала и затупление режущих кромок ножей).

принимаем .

Определение усилия при совмещенной вырубке — пробивке исходной заготовки

Суммарное усилие вырубки и пробивки :

(10)

где — суммарное усилие при вырубке заготовки;

— суммарное усилие при пробивке отверстий.

Суммарное усилие вырубки с учётом затупления режущих кромок находим по формуле [4]:

(11)

где — технологическое усилие;

— усилие снятия отхода с пуансона;

— усилие проталкивания детали сквозь матрицу;

— коэффициент, учитывающий затупление режущих кромок (), принимаем

Технологическое усилие в штампах с параллельными (нескошенными ножами) режущими кромками [4]:

(12)

где — периметр контура вырубки, поскольку производится вырубка двух деталей одновременно;

— толщина материала;

— сопротивление срезу.

.

Усилие снятия отхода с пуансона находим по формуле:

(13)

где — технологическое усилие;

— табличный коэффициент, зависящий от толщины и марки металла (0,03 — 0,05), принимаем ([1] стр. 61 табл.11), .

.

Усилие проталкивания детали сквозь матрицу находим по формуле:

(14)

где — технологическое усилие;

— табличный коэффициент, зависящий от толщины и марки металла (0,02 — 0,06), принимаем ([1] стр. 61 табл.11).

.

Определяем суммарное усилие вырубки:

.

Произведем расчет усилия при пробивке отверстий [1]:

(15)

в нашем случае предусмотрена пробивка 2-х отверстий 8,1 мм и одного 12 мм.

(16)

где — периметр пробиваемого отверстия, — диаметр пробиваемого отверстия.

Усилие при пробивке отверстий:

Усилие снятия:

(17)

где — технологическое усилие вырубки;

— табличный коэффициент, зависящий от толщины и марки металла (0,03 — 0,05), принимаем ([1] стр. 61 табл.11), .

.

Усилие проталкивания:

(18)

где — табличный коэффициент, зависящий от толщины и марки металла (0,02 — 0,06), принимаем ([1] стр. 61 табл.11).

.

Определяем суммарное усилие пробивки технологическое:

принимаем .

Общее усилие совмещенной вырубки и пробивки:

поскольку производится одновременная вырубка 2-х заготовок, то принимаем .

Определение усилия формовки

Усилие формовки рассчитывается по формуле [1]:

(19)

где — давление формовки (300 — 400 Н/мм²), принимаем ,

— площадь формовки, определяем по чертежу заготовки.

Принимаем

Поскольку производится одновременная формовка 2-х деталей, то принимаем

Определение усилия гибки

Поскольку гибку проводим на три угла, то усилие гибки будем рассчитывать по следующей формуле [2]:

(20)

где суммарная длина одновременно гнутых ребер;

табличный коэффициент, определяется ;

предел прочности для стали 08кп

Усилие гибки:

.

Т.к. гибку будем проводить с прижимом, то суммарное усилие гибки будет составлять:

где усилие прижима.

.

Суммарное усилие гибки:

Поскольку производится одновременная гибка 2-х деталей, то принимаем Принимаем

Определение работы деформации

1. Работа деформации при совмещенной вырубке — пробивке:

(21)

где — усредненное усилие штамповки для стали 08кп

— величина рабочего хода .

2. Работа деформации при формовке:

3.

(22)

где — усредненное усилие формовки для стали 08кп

— величина рабочего хода при формовки .

Работа деформации при гибке:

(23)

где — усредненное усилие гибки для стали 08кп

— величина рабочего хода при гибки,

где — высота наибольшей отгибаемой полки .

Выбор технологического оборудования

Основными техническими показателями для выбора прессового оборудования являются: усилие штамповки, работа деформации, число ходов ползуна в минуту, закрытая высота и габариты стола пресса.

Пресс выбирают по расчётному усилию, необходимому для выполнения технологической операции. Номинальное усилие пресса обычно не соответствует точно расчётному. Поэтому выбирают пресс несколько большего усилия, чем требуется по расчёту. Это обеспечивает повышенную жёсткость станины и высокую стойкость технологической оснастки.

Кривошипный пресс при использовании его для вытяжных работ должен быть взят большего номинального усилия по сравнению с расчётным. После выбора пресса по усилию необходима его проверка по работе, затрачиваемой на деформацию.

В целях повышения производительности труда и качества деталей, снижения объёма ручных работ, а также улучшения условий труда широко применяют средства механизации и автоматизации.

Для резки листа на полосы () применяем гильотинные ножницы ([6] стр. 172 табл.42). Техническая характеристика ножниц для резки листового материала приведена в табл. 2.

Таблица 2. Техническая характеристика ножниц НД3312Г

где: — номинальное усилие, ;

— усилие прижима, ;

— наибольшая толщина разрезаемого материала, ;

— наибольшая ширина разрезаемых листов, ;

— наибольшая ширина полосы, отрезаемой по заднему упору, ;

— вылет прямолинейный, ;

— ход ножа, ;

— угол реза, ;

— частота движения, ;

— расстояние между стойками (в свету), ;

— уровень стола, ;

— габаритный размер пресса слева направо, ;

— габаритный размер пресса спереди назад, ;

— высота над уровнем пола, ;

— мощность электродвигателя главного привода, кВт.

Для совмещенной вырубки — пробивки () заготовок из полосы выбираем открытый двухстоечный ненаклоняемый однокривошипный пресс простого действия ([6] стр. 22 табл.22).

Технологические параметры приведены в табл. 3.

Таблица 3. Технологические параметры открытого пресса простого действия КД2128

где: — номинальное усилие, ;

— наименьший ход внутреннего и наружного ползунов, ;

— наибольший ход внутреннего и наружного ползунов, ;

— частота движения ползуна, ;

— номинальная закрытая высота, ;

— толщина подштамповой плиты, ;

— регулирование длины шатуна, ;

— вылет прямолинейный, ;

— расстояние между стойками (в свету), ;

— уровень стола, ;

— габаритный размер пресса слева направо, ;

— габаритный размер пресса спереди назад, ;

— высота над уровнем пола, ;

— мощность электродвигателя главного привода, кВт.

Для формовки элементов заготовок на высоту () выбираем открытый двухстоечный ненаклоняемый однокривошипный пресс простого действия ([6] стр. 22 табл.22). Технологические параметры приведены в табл. 4.

Таблица 4. Технологические параметры открытого пресса простого действия КД2120

Для гибки элементов заготовок по 3-м ребрам () выбираем открытый двухстоечный ненаклоняемый двухкривошипный пресс ([6] стр. 22 табл.22). Технологические параметры приведены в табл. 5.

Таблица 5. Технологические параметры открытого пресса простого действия К3132А

где — наибольший ход верхнего выталкивателя.

Расчет исполнительных размеров пуансонов и матриц. Расчет деталей штампа на прочность. Выбор типа штампа

По технологическому признаку все штампы для листовой штамповки могут быть сведены в группы: простого, последовательного, совмещенного действия.

Штампы простого действия производят одну штамповочную операцию за один ход ползуна пресса. Они отличаются простой конструкцией и низкой стоимостью, поэтому находят применение в мелкосерийном и серийном производстве.

Штампы последовательного действия обеспечивают выполнение нескольких различных операций последовательно (до 15) за несколько ходов ползуна и шагов подачи. Штампы последовательного действия применяют в крупносерийном и массовом производстве при изготовлении деталей из лент.

Штампы совмещенного действия выполняют одновременно несколько технологических операций. Работа в штампах совмещенного действия выполняется за один ход ползуна пресса в пределах одного шага подачи. Эти штампы обеспечивают высокую производительность, точность и плоскостность штампованных деталей, поэтому нашли широкое применение в крупносерийном и массовом производстве. Производительность штампов совмещенного действия соизмерима с производительностью штампов последовательного действия, но точность размеров штампуемых изделий гораздо выше.

По конструктивному признаку штампы делят на две группы:

штампы без направляющих устройств;

штампы с направляющими устройствами.

Первая группа применяется в единичном и мелкосерийном производстве, вторая — в серийном, крупносерийном и массовом производстве.

Анализируя все выше перечисленное, для операции гибки детали будем использовать штамп простого действия с направляющими устройствами.

Определение закрытой высоты штампа

Высота штампа в нижнем (рабочем) положении называется закрытой высотой штампа. Она должна быть увязана с закрытой высотой пресса.

Закрытой высотой пресса называется расстояние от плиты до ползуна пресса в его нижнем положении при максимальном ходе и укороченной длине шатуна. Закрытая высота пресса указывает на предельную высоту штампа, который может быть установлен на данном прессе. Закрытая высота штампа должна находиться между наибольшей и наименьшей закрытой высотой пресса [1]:

Н₂ = Н-М; (24)

где Н₂ — наименьшая закрытая высота пресса;

Н — наибольшая закрытая высота пресса;

М — величина регулировки длины шатуна.

В большинстве случаев:

(25)

(26)

где высота подштамповой плиты, мм;

величина регулировки положения ползуна, АШ= 200 мм;

величина регулировки положения стола, в нашем случае, т.к. пресс с неподвижным столом.

Принимаем Н_шт = 570 мм.

Выбор блока

Блоки — комплексы верхних и нижних оснований штампов, связанных направляющими устройствами.

Блоки подразделяются на индивидуальные, предназначенные для отдельных штампов; универсальные или групповые, предназначенные для установки различных сменных пакетов штампов.

Блоки, в зависимости от количества и схемы расположения направляющих устройств (колонки, втулки) могут быть без направляющих устройств и с направляющими устройствами. Иногда с целью обеспечения равномерного зазора при точной штамповке применяют круговую схему расположения направляющих устройств.

Количество направляющих узлов, а также схема их расположения функционально зависит от: толщины детали, размеров детали и штампа, способа установки заготовки и удаления готовой детали, массы пресса и его усилия.

При штамповке деталей толщиной менее 0,6 мм рекомендуется применять блоки с 3-мя либо с 4-мя направляющими узлами. При штамповки на блоке с узкими плитами рекомендуется применять осевое расположение направляющих узлов.

При использовании крупногабаритных штампов (детали средние и крупные) рекомендуется применять блоки с 2-мя, 3-мя, 4-мя направляющими устройствами независимо от толщины материала.

Учитывая все выше сказанное выбираем блок с угловым расположением трех направляющих колонок (рис. 10).

Рис. 11. Схема расположения направляющих устройств

Выбрав габаритные размеры плиты см², принимаем высоту нижней плиты равной мм.

Зная высоту нижней плиты, можно определить размер верхней плиты:

(27)

Примем

Размеры направляющих узлов (направляющих колонок) определяются исходя из принятых габаритных размеров нижней плиты штампа и действующего на него усилия [1]:

(28)

где площадь нижней плиты штампа, см²;

максимальный диаметр направляющего устройства;

При наличии трех направляющих узлов расчетный диаметр должен быть уменьшен. Примем меньший стандартный диаметр [1]:

Конструирование и расчет матрицы для формоизменяющей операции (гибки)

Матрицы крупных формоизменяющих штампов, а также штампов средних размеров, но со сложным контуром, изготавливают секционными.

Толщина секций принята ступенчатой, что позволяет:

а) сократить трудоемкость изготовления и ремонта штампа;

б) экономить инструментальную сталь;

в) снизить трудоемкость при переточке секций.

При конструировании и изготовлении штампов очень важно правильно разбить контур на отдельные участки для определения размеров и формы секций.

Форма секций должна быть простой, что даст возможность избежать их подводки в процессе термической обработки и обеспечит удобство механической обработки и сборки отдельных секций.

Выступающие участки контура рекомендуется выделять в отдельные секции по возможности небольшого размера.

Стыки секций на прямолинейных участках контура должны быть расположены на расстоянии не менее 5 мм от точек, в которых криволинейный контур переходит в прямолинейный.

Секции матриц устанавливают в незакаленную обойму или крепят к плите штампа винтами или цилиндрическими штифтами. Штифты фиксируют положение секций и удерживают их от сдвига во время работы штампа. Такое крепление обычно применяется только для штампуемого металла толщиной не более 1,5 мм. Для металла толщиной 1,6?2,5 мм используют крепление с помощью винтов и упорных шпонок. Для металла толщиной более 2,5 мм секции монтируют в гнезде плиты.

Учитывая все выше изложенное, а также габаритные размеры и контур нашей детали, толщину материала (S = 1,5 мм) разбиваем матрицу на 2 секции, которые будем крепить с помощью винтов и штифтов.

Определим толщину матрицы по формуле [1]:

(29)

обозначения см. на рис. 23:

Рис. 12. К расчету матрицы Радиус закругления матрицы ,

(принимаем) — находим по (с. 200 -202).

принимаем Расположение крепежных и фиксирующих элементов (винтов, штифтов) в матрице определяем конструктивно. Ориентировочно, выбор диаметров штифтов и резьбы винтов определяем по [1]:

— для винтов — М12;

— для штифтов — 12.

Так как в нашем случае матрица состоит из 2 секций, то каждая секция будет фиксироваться двумя штифтами и крепиться минимум тремя винтами. Следовательно, принимаем общее количество штифтов 4 штуки, а винтов 10 штук.

Прочностной расчет матрицы в опасном сечении не производим, так как матрица является секционной.

Определение количества пружин

Пружины предназначены для обеспечения прижима, снятия, выталкивания деталей либо отходов. Могут использоваться как цилиндрические пружины сжатия, так и тарельчатые пружины. Пружины устанавливаются в штамп с предварительным сжатием.

Будем использовать цилиндрические пружины сжатия: сталь 65 Г с HRC 38−43

(30)

где усилие выталкивания.

Количество пружин определяем исходя из суммарного усилия пружин к усилию одной пружины. Потребное количество пружин -5,83 штук, принимаем количество пружин — 6 шт.

Выбор упора

Для обеспечения точной положения деталей в рабочую зону штампа используется такой фиксирующий элемент как упор. Выбираем упорисходя из конструктивных соображений (см. рис 24).

Рис. 13. Упор

Определение центра давления штампа

Для обеспечения уравновешенной работы штампа необходимо, чтобы центр давления штампа совпадал с продольной осью ползуна пресса. Это обеспечивается совмещением найденного центра давления штампа с осью хвостовика. В противном случае в штампе возникают перекосы, не симметричность зазора, износ направляющих, а также возможна поломка штампа.

В нашем случае центр давления штампа совпадает с геометрическим пересечением осей штампа, в виду формоизменения 2-х заготовок одновременно, что приводит к симметричности центра давления

Определение размеров хвостовика

Для формоизменяющей операции (гибки), осуществляем крепление верхней плиты штампа к ползуну с помощью болтов. Для этой цели используем 4 — отверстия под болты, расположенных симметрично по контуру штампа.

Расчет исполнительных размеров матрицы и пуансона

При П-образной гибке:

1. Исполнительный размер матрицы [1]:

(31)

где — номинальный размер детали после гибки;; предельное отклонение размера детали, — предельное отклонение на размер, определяемое из зависимости .

Поскольку значение оказалось в пределах одиннадцатого квалитета, то посадку выталкивателя в полости матрицы выполняют по .

2. Пуансон изготавливаем с размером:

(33)

где — односторонний зазор;

(34)

где наибольшая возможная толщина листа, коэффициент, определяемый из табл. 9.

Предельное отклонение на размер пуансона принимаем:

. (35)

Получаем размер пуансона:

Планировка и организация рабочего места

Высокая производительность труда и прогрессивные методы работы возможны лишь при наличии правильной организации трудового процесса.

Планировка и организация рабочего места зависит от вида и размеров заготовки, степени механизации и автоматизации технологического процесса, типа пресса и его мощности, а также от размеров изготавливаемой детали.

Планировка оборудования должна предусматривать соответствующую площадь около пресса для укладки заготовок, готовых деталей и отходов.

Учитывая все вышеперечисленные особенности, осуществляем планировку рабочего места (рис. 20).

Рис. 14. Схема организации рабочего места (К3132 — гибка): 1 — пресс; 2 — стол для заготовок; 10 — место для складывания отходов; 11 — место для складывания заготовок; 12 — место для складывания готовых деталей.

Необходимо также принять нормы ширины цеховых проходов и проездов ([3] стр. 348 табл.162). Выбираем ширину цехового проезда для тележки самоходной аккумуляторной (табл. 6):

Таблица 6. Нормативы ширины цеховых проходов и проездов

Техническое нормирование. Резка листа на полосы Рассчитываем нормы штучного времени и нормы выработки на резку стального листа на полосы.

Исходные данные:

размер листа -;

площадь листа — ;

количество целых полос -9 шт;

материал — сталь 08кп;

способ подачи листа — вручную;

положение рабочего — стоя.

Таблица 7

Расчёт нормы штучного времени

Норма штучного времени:

где — основное (машинное) время с учетом времени работы механизма включения;

— вспомогательное время;

N — количество полос, получаемых из листа;

К — коэффициент, учитывающий затраты времени на организационно — техническое обслуживание, отдых и личные надобности (К=1,53, см. карта 57, поз 9, 25).

Тогда получаем: (на 100 полос);

(на 1 полосу).

Норма выработки:

где — длительность смены, мин.

Вырубка и пробивка

Рассчитываем нормы штучного времени и нормы выработки на совмещенную вырубку и пробивку детали из полосы.

Исходные данные:

размер листа -;

площадь листа — ;

размер полосы ;

площадь полосы — 0,259 м²;

шаг подачи — 295,2 мм;

материал — сталь 08кп;

количество деталей в полосе — 8;

способ подачи и установки заготовки — вручную;

способ удаления детали — вручную;

положение рабочего — стоя.

Таблица 8

Расчёт нормы штучного времени Норма штучного времени:

где — основное (машинное) время с учетом времени работы механизма включения;

— вспомогательное время на включение пресса, мин;

— вспомогательное время на установку полосы в штамп до упора, мин;

— вспомогательное время на продвижение полосы на шаг, мин;

— вспомогательное время на удаление отхода, мин;

— вспомогательное время на смазку заготовки, мин;

— количество деталей, получаемых из полосы;

К — коэффициент, учитывающий затраты времени на организационно — техническое обслуживание, отдых и личные надобности (К=1,25, см. карта 57, поз 1, 23).

— коэффициент, учитывающий положение рабочего при выполнении работы (табл. 1).

Тогда получаем:

мин

(на 100 деталей);

(на 1 деталь).

Норма выработки:

где — длительность смены, мин.

Формовка

Рассчитываем нормы штучного времени и нормы выработки на формовку элемента детали.

Исходные данные:

толщина материала — 1,5 мм;

материал — сталь 08кп;

способ подачи и установки заготовки — вручную;

способ удаления детали — вручную;

положение рабочего — стоя.

площадь детали — =24 786,32 мм² =0,2 478 м².

Таблица 9

Расчёт нормы штучного времени. Норма штучного времени:

мин (на 100 деталей).

Норма выработки:

где — длительность смены, мин.

Гибка

Рассчитываем нормы штучного времени и нормы выработки на гибку детали.

Исходные данные:

толщина материала — 1,5 мм;

материал — сталь 08кп;

способ подачи и установки заготовки — вручную;

способ удаления детали — вручную;

положение рабочего — стоя.

площадь детали — =24 786,32 мм² =0,2 478 м².

Таблица 10

Расчёт нормы штучного времени. Норма штучного времени:

мин (на 100 деталей).

Норма выработки:

где — длительность смены, мин.

Определение себестоимости детали

Определение технологической себестоимости производится по следующей формуле [2]:

(36)

где — технологическая себестоимость, руб.;

— стоимость материала, руб.;

— заработная плата штамповщика, руб.;

— затраты на установку и переналадку штампов (зарплата наладчиков), руб.;

— затраты на эксплуатацию и амортизацию штампов, руб.;

— затраты на эксплуатацию и амортизацию прессов, руб.

Стоимость материала определяется по формуле [2]:

(37)

где — стоимость материала на одну деталь, руб.;

— масса заготовки, кг;

— цена 1 кг металла, руб.;

— масса отходов на одну деталь, кг;

— стоимость 1 кг отхода, руб.

Масса исходной заготовки:

(38)

где — площадь исходной заготовки, мм²;

— толщина материала, мм;

— плотность материала для стали ;

.

(39)

где — масса полосы, кг,

;

— число деталей из полосы.

.

.

Заработная плата основных производственных рабочих, приходящаяся на деталь, рассчитывается по формуле [2]:

(40)

где — часовая тарифная ставка рабочего, соответствующая разряду работ на данной операции с доплатами и начислениями в фонд социального страхования, руб.;

— норма штучно-калькуляционного времени на операцию, час.

принимаем .

Принимаем часовую тарифную ставку основного рабочего, который соответствует второму разряду, с доплатами и начислениями ([2] стр. 29 табл.8.1).

.

.

Заработная плата наладчика, составляющая затраты на установку штампов и наладку оборудования для одной детали, определяется по формуле [2]:

(41)

где — часовая ставка наладчика с доплатами и начислениями на одной операции, руб. [2];

— длительность установки штампа и наладки оборудования, час [7];

— число деталей в партии, шт.

принимаем .

Принимаем часовую тарифную ставку наладчика, который соответствует пятому разряду, с доплатами и начислениями ([2] стр. 29 табл.8.1).

.

.

Затраты на амортизацию и эксплуатацию штампов рассчитывается по формуле [2]:

(42)

где — затраты, руб./дет.;

— стоимость изготовления штампа, руб.;

— стоимость ремонта и переточек, руб.;

— срок погашения стоимости штампа, года;

— годовая программа деталей, шт.

.

Затраты на поддержание штампа в рабочем состоянии можно определить по формуле [2]:

(43)

где — коэффициент, зависящий от типа штампа и выражающий долю затрат на эксплуатацию штампа от стоимости его изготовления, принимаем; для гибки и формовки принимаем .

— полная стойкость штампа, принимаем тыс. ударов.

.

.

.

.

.

.

Затраты на амортизацию и эксплуатацию оборудования определяем по формуле [2]:

(44)

где — норма штучного времени на операцию технологического процесса, мин;

— стоимость одного часа работы пресса, руб.

В состав этих затрат входят: амортизационные исчисления на полное восстановление и капитальный ремонт оборудования, расходы на мелкий и средний ремонт. Данные по стоимости одного часа работы прессов ([2] стр. 32 табл.8.2):

Технологическая себестоимость детали:

.

Цеховую себестоимость штампуемой детали на практике определяют упрощённым методом, при котором общая величина цеховой себестоимости состоит из следующих статей затрат [2]:

(45)

где — цеховая себестоимость детали, руб.;

— технологическая себестоимость, руб.;

— общецеховые затраты, руб.

Общецеховые затраты определяются из выражения [2]:

(46)

где — заработная плата штамповщика, руб.;

— затраты на установку и переналадку штампов (зарплата наладчиков), руб.;

— затраты на эксплуатацию и амортизацию штампов, руб.;

— затраты на эксплуатацию и амортизацию прессов, руб;

— коэффициент, учитывающий серийность производства и для крупносерийного производства составляет 6.

.

Общезаводская себестоимость:

.

Результаты расчётов цеховой себестоимости штампуемой детали сводим в табл. 15.

Таблица 11. Цеховая себестоимость штампуемой детали

Разработка чертежей штампа и его рабочих частей

Рабочие детали штампов (пуансоны и матрицы) подвергаются ударной нагрузке с сильной концентрацией напряжений на рабочих кромках или на рабочей поверхности. Поэтому к материалу пуансонов и матриц предъявляются требования высокой твердости и устойчивости при наличии достаточной вязкости.

Стали, применяемые для изготовления рабочих частей штампов холодной листовой штамповки, делятся на следующие группы:

1. углеродистые инструментальные стали небольшой прокаливаемости: У8А, У10А, У8, У10;

2. легированные стали повышенной прокаливаемости: ШХ15, 9ХФ, ХВГ, 9ХВГ;

3. высокохромистые стали высокой прокаливаемости: Х12Ф1, Х12Ф, Х12М, Х12, Х6ВФ;

4. легированные стали повышенной вязкости: 4ХС, 6ХС, 4ХВ2С, 5ХВГ.

В таблице 12 приведены выбранные материалы для формовки, гибки и разделительных операций, а также нормы твердости деталей штампов различного назначения.

Таблица. Материалы для рабочих частей штампов

Список литературы

1.Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка / Под ред. Л. И. Рудмана. — М.: Машиностроение, 1988.

2.Справочник по холодной штамповке / В. П, Романовский. — Л.: Машиностроение, 1979.

3.Мурасов А. Ш. Листовая холодная штамповка. Методические указания, Ульяновск 1982.

4.Мурасов А. Ш. Выбор материала для холодной листовой штамповки. Методические указания, Ульяновск 1982.

5.Ковка и штамповка: Справочник: В 4-х томах. Т. 4 Листовая штамповка /Под ред. Е. И. Семенова. — М.: Машиностроение, 1985;1987.-544с: ил.

6.Зубцов М. Е. Листовая штамповка / М. Е. Зубцов — Л.: Машиностроение, 1980.