Технология листовой штамповки в производстве

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
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 SiMnNiS P CrCuAs0.05-0.11  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 нагартованногоHB=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·м20 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)
Размеры детали с учетом корректировки указаны на рис. 1.

Рис. 1 - Эскиз детали
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;
-вырубка детали;
-пробивка 6и отверстий, диаметром 6мм;
-доводка детали вручную.
3 Расчет технологических параметров
Размеры заготовки штамповки детали: 96,0х40,0 мм.
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:
В1 = 96,0 +2(2,5+1,2) = 103,4 мм
В2 = 40,0 +2(2,5+1,2) = 47,4 мм
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:
t1 = 40 + 1,6 = 41,6 мм, t2 = 96,0 + 1,6 = 97,6 мм
Рисунок 2 – Расположение полос при раскрое листа
4. Определение величины потребного усилия штамповки по операциям и полного технологического усилия
При вырубке и пробивке, потребное для этих операций усилие зависит от габаритных размеров вырубаемой детали и пробиваемых отверстий, толщины и механических свойств штампуемого материала, зазора между пуансоном и матрицей формы и состояния режущих кромок пуансона и матрицы, способа удаления деталей и отхода применяемой смазки.
Для операции «вырубка детали по контуру с пробивкой отверстий применяем инструмент с плоскими кромками.
Усилие вырубки и пробивки определяем по формуле
/1/
где - усилие вырубки, кН;
- периметр вырубаемого контура, включая отверстие, мм;
- толщина материала, мм;
- сопротивление срезу, МПа.
(Приложение 1 /2/)
При вырубке деталь остается в матрице, а отход плотно охватывает пуансон. В связи с этим при рабочем ходе пуансона необходимо преодолеть не только сопротивление выруке-пробивки, но и сопротивление сил трения, возникающих при перемещении детали относительно матриц, а также сопротивление сил трения на контактной поверхности пуансону и отхода металла. В этом случае усилие пресса
/1/
Усилие для снятия с пуансона полосы и проталкивания детали через матрицу принимаются в процентах от усилия вырубки
где=0,03 (по таблице 11 /2/)- коэффициент усилия снятия.
где =0,02 (по таблице 11/2/)- коэффициент проталкивания детали (отхода) после штамповки.
Фактическое усилие берется больше расчетного усилия и принимается с поправочным коэффициентом 1,3 /1/, учитывающим наличие побочных явлений - неравномерность толщины материала, затупления режущих кромок и т.д.
Следовательно:
5. Выбор оборудования
Пресс для осуществления заданного технологического процесса листовой штамповки должен отвечать следующим требованиям:
иметь в своей структуре столько исполнительных механизмов, сколько требуется для обеспечения необходимых манипуляций над заготовкой;
развивать усилие, необходимое для деформирования заготовки;
иметь соответствующие скоростные параметры;
иметь необходимые размеры штампового пространства;
величина хода рабочих органов должна быть достаточной;
обеспечивать требуемую точность штамповки;
иметь необходимые размеры элементов крепления;
отвечать серийности производства.
При выборе типа процесса решающими обстоятельствами является характер операции и производства. Наиболее универсальными являются кривошипные прессы, на которых можно производить практически любые операции холодной штамповки - вырубку, пробивку, гибку, необходимую вытяжку, надсечку. Для операции «Вырубка детали по контуру с пробивкой отверстий» выбираем пресс однокривошипный простого действия открытый КИ2128
Таблица 1. Характеристики пресса
масса 4400
размер 1009-1990-2535
мощность 6,3
макс. скорость шпинделя 600
мин. скорость шпинделя 350
Частота ходов ползуна непрерывных, 1/мин 72
Расстояние между столом и ползуном, мм 320
Ход ползуна, мм 130
Номинальное усилие, кН 63
6 Определение центра давления штампаДля правильной уравновешенной работы штампа необходимо вырезаемый контур расположить на матрице таким образом, чтобы центр давления совпадал с осью хвостовика (рис.3). В противном случае в штампе возникают перекосы, несимметричность зазора, износ направляющих, быстрое притупление режущих кромок, а затем и к поломке штампа. Нахождение центра давления штампа имеет смысл главным образом для сложных вырубных, многопуансонных пробивных и последовательных комбинированных штампов. Существует два способа нахождения центра давления штампа: 1) графический; 2) аналитический.
Аналитический способ нахождения центра давления штампа основан на равенстве момента равнодействующей нескольких сил сумме моментов этих сил относительно одной и той же точки. Составляем уравнения равенства моментов относительно обеих осей.
Уравнение моментов относительно оси Х:
; (6.1)
Уравнение моментов относительно оси Y:
, (6.2)
где Х – искомое расстояние от оси 0Y до центра давления;
Y - искомое расстояние от оси 0Х до центра давления;
х1, х2 - расстояния от оси 0Y до центра тяжести фигуры;
у1, у2 - расстояния от оси 0Х до центра тяжести фигуры;
Р1, Р2 – усилия вырубки каждой фигуры. При расчете вместо усилий вырубки следует подставлять длину соответствующего контура.
мм, мм.
7 Расчет исполнительных размеров пуансонов и матрицПри определении исполнительных размеров пуансонов и матриц для разделительных операций следует исходить из размеров штампуемой детали, ее точность и характера износа штампа.
Размеры контура штампуемой детали и отверстий в ней определяется размерами оформляющей части штампа, т. е. матрицей при вырубке и пуансона при пробивке. Для получения штампуемого изделия с заданной степенью точности необходимо предусмотреть правильный выбор зазоров и допусков на рабочие размеры инструмента.
Исполнительные размеры пуансонов и матриц вырубного штампа определяем исходя из расположения поля допуска относительно номинального размера детали и совместного их изготовления.
Вырубка:
; (7.1)
где - исполнительные размеры матрицы и пуансона;
- припуск на износ пуансона (таблица 13 /2/);
,- предельное отклонение исполнительного размера матрицы и пуансона ( таблица 13 /2/);
z – нормальный зазор между матрицей и пуансоном.
По таблице 13/2/ для 14 квалитета находим значения Пи. По таблице 14/2/ при уср=290 МПа, s=0,6 находим значения зазоров z. По таблице 15/2/ находим поля допусков для матрицы и пуансонов , рисунок 5,6.
8. Проектирование технологических и вспомогательных деталей штампов
Проектирование матриц
Форма матрицы определяется формой и размерами штампуемой детали. Размеры круглой матрицы ориентировочно определяют исходя из размеров ее рабочей зоны. Размеры рабочей зоны:
aр х bр = 24 х 30
Размеры матрицы принимаем диаметр матрицы D=64мм.
Высоту штампа Нм находим по формуле:
где Рф – фактическая сила вырубки, кН
мм,
округляем значение до ближайшего из стандартного ряда Нм = 10мм.
Форму рабочих и провальных отверстий в матрице для пробивки и вырубке принимаем по табл.22/3/
Конструирование съемника
Неподвижный съемник предназначен для съема отхода и ленты с пуансона, выполняется с отверстиями, повторяющими контур соответствующего пуансона с зазором, определяемым по табл.28/3/. Наибольший двухсторонний зазор zc между съемником и пуансоном zc =0,9мм. Если зазор будет больше, лента будет застревать в зазоре. Толщина съемника составляет 10мм, зазор между съемником и матрицей 2мм – соответствует высоте направляющих планок.
9. Расчет пуансона на прочность
Проверочному расчету на прочность подлежат в основном наиболее нагруженные пробивные пуансоны небольших размеров.
Рассчитываем на прочность пуансон для пробивки отверстия 3 мм .
Материал пуансона – Сталь У8А Твёрдость 58…61HRC
Наименьшее сечение пуансона- 3 мм.
Расчет пуансона на сжатие в наименьшем сечении
/3/
где- усилие пробивки, Н;
- площадь наименьшего поперечного сечения пуансона, ;
- допускаемое напряжение на сжатие, МПа, для стали - 2500МПа.
/3/
где- толщина материала, мм;
- длина контура пробиваемого отверстия, мм;
- сопротивление срезу =290МПа
Н
Т. к. на практике может иметь место неточность изготовления штампа и некоторое смещение оси пуансона штампа относительно оси матрицы, в результате чего появится изгибающий момент, то следует дополнительно проверить пуансон на напряжение от изгиба в близи посадочной его части.
Приняв величину смещения пуансона равной половине зазора между матрицей и пуансоном штампа , напряжение изгиба определяем по формуле
/3/
где;
- момент сопротивления пуансона, .
Тогда суммарные напряжения
Сравнивая полученное действительное напряжение , возникающее в пуансоне с допустимым , можно сделать вывод, что при,
данный пуансон отвечает условию прочности на сжатие.
Определим какую наибольшую длину пуансона можно принять при конструировании штампа. Для штампа с направляющей плитой свободная длина пуансона определяется исходя из третьей расчетной формулы по Эйлеру
где Е- модуль упругости, ;
эквивалентный момент инерции, , определяемый поперечным сечением пуансона;
n- коэффициент запаса. n=3.
Свободная длина пуансона должна быть меньше критической, т. е. .
Заключение
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.