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)

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

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

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

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.

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.