Разработка технологического процесса холодной штампов­ки

Разработка технологического процесса холодной штампов­ки включает в себя:

• анализ технологичности детали (иссле­дование формы, соотношения размеров, объема выпуска, штампуемости материала);

• разработку формы и размеров заготовки;

• выбор методов подготовки материала под штам­повку;

• режимы термической обработки;

• определение опе­раций и переходов штамповки;

• конструирование штампов и выбор типа оборудования.

• Исходными данными для проектирования техпроцесса в системе T-FLEX являются:

• чертеж штампуемой детали;

• толщина и марка материала, выбирается из предлагаемой системой базы данных материалов (более 200 наименований с возможностью пополнения);

• сведения для заполнения основной надписи чертежа.

Одной из основных задач вырубки является условие, что деталь следует расположить в полосе так, чтобы отходы металла были наименьшими.

Наиболее выгодное расположение вырубаемых контуров на полосе или ленте материала (с технологической и экономической точек зрения) называется раскроем(рис. 2).

Рисунок 2 Раскрой полосы

Но вначале необходимо определить размеры заготовки.

Технологические расчеты при многооперационной вытяжке прямоугольных коробок

Разработка технологического процесса многооперационной вытяжки коробчатых деталей состоит из следующих этапов:

1) определение формы и размеров плоской заготовки;

2) предварительный подсчет требуемого количества операций вытяжки и выбор коэффициентов вытяжки;

3) выбор способа технологического расчета, соответствующего геометрическим параметрам коробки;

4) расчет формы и размеров вытяжных переходов, начиная с предпоследнего;

5) выявление других операций ;

6) определение расчетных усилий по операциям.

Определение формы и размеров плоской заготовки производится по определенным методам и формулам. После этого вычерчивается контур заготовки и верхняя проекция вытягиваемой коробки, необходимые для дальнейших построений.

Предварительный подсчет требуемого количества операций вытяжки произво­дится по общей величине деформации, необходимой для превращения плоской заго­товки в прямоугольную коробку. Здесь пригоден метод подсчета, аналогичный ме­тоду, применяемому при расчетах многооперационной вытяжки цилиндрических деталей по коэффициентам вытяжки. Эти коэффициенты представляют собой отношения длины периметров вытянутой детали и заготовки:

, (1)

(2)

Таким образом, предельная величина коэффициентов вытяжки предcтавляет собой отношение длины периметра наименьшей детали, которую можно вытянуть за одну операцию, к длине контура заготовки, или к длине периметра детали преды­дущей операции. При вытяжке прямоугольных коробок вопрос усложняется тем, что геометрическая форма контура заготовки и коробчатой детали равные, вследствие чего является неравномерное распределение деформаций по контуру, то есть результирующая усредненная деформация та же: длина контура заготовки умень­шается и становится равной длине периметра коробки.

Для предварительного определения количества операций вытяжки вполне допу­стимы некоторое упрощения подсчетов длины контура. Так, при подсчете длины контура коробчатых деталей в большинстве случаев можно не учитывать радиусы угловых закруглений (за исключением коробок с очень большими радиусами закруглений), а длину овального контура можно приравнять длине окружности, диа­метр которой равен полусумме осей овала.

Для основных случаев многооперационной вытяжки коробчатых деталей общая деформация выражается следующими коэффициентами:

1) при вытяжке квадратной коробки (В х В) из круглой заготовки диаметром D

; ( 3 )

2) при вытяжке прямоугольной коробки (А х В) из круглой заготовки

; ( 4 )

3) при вытяжке прямоугольной коробки (АхВ) из овальной заготовки (LxK)

; (5)

При учете неравномерности деформации они сопоставимы с проверенными многолетней практикой коэффициентами вытяжки цилиндрических деталей.

Только последняя операция вытяжки квадратной коробки из цилиндрической заготовки, а также прямоугольной коробки из полуфабриката овальной формы производится при большем значении усредненного коэффициента вытяжки m_cр = 0,90 ― 0.95.

Количество операций, необходимых при многооперационной вытяжке коробчатых деталей, может быть определено по таблице 2.2 в зависимости от общего коэффициента вытяжки m_об и относительной толщины заготовки (S/D) 100 или S/(L+K)200.

После определенна количества операций производят расчет операционных размеров, начиная с предпоследнего перехода, являющегося наиболее важным.

Таблица 1.

Количество операций вытяжки	Коэффициенты вытяжки mоб при относительной толщине(S/D) 100 или S/(L+K)200
	2.0 ― 1.5	1,5 ― 1,0	1,0― 0,5	0,5― 0,2
2 3 4 5	0,40 ― 0,45 0,32 ― 0,39 0,25 ― 0 ,30 0,20 ― 0,24	0,43 ― 0,48 0,34 ― 0,42 0,27 — 0,32 0,22 — 0,26	0.45 — 0,50 0,36 ― 0,44 0,28 ― 0,34 0,24 ― 0,27	0,47 ― 0,53 0,38 ― 0,46 0,30 ― 0,36 0,25 — 0,29

При перетяжке цилиндра на квадрат или овала на прямоугольник степень деформации неравномерна по периметру изделия. Наименьшая деформация — в углах коробки, а наибольшая — в середине ее сторон. Поэтому приходится производить расчет n — 1-го перехода (последней вытяжки) по средней степени деформации по контуру, характеризуемой средним коэффициентом вытяжки,

(6)

откуда

(7)

Это равнозначно нахождению стрелы дуги

(2. 8)

Расчетное значение коэффициента последней вытяжки составляет для квадратных коробок m_ср = 0.90 ― 0,93, для прямоугольных коробок m_ср = 0.91 ― 0,95. Рассчитаем коэффициент вытяжки для данной детали.

Приведенный расчет предназначен для пооперационной вытяжки на прессах двойного действия или на кривошипных прессах с буферной подушкой.

Определяем относительную величину (S/В) 100 = (0.7/27)100=2.6,

значит, для расчетов используем первый способ.

Определяем диаметр условной заготовки

, (8)

=86,28мм.

Рассчитываем количество операций вытяжки без фланца

(9)

Определяем длину заготовки

105,28 мм.

Определяем ширину заготовки

Находим радиусы заготовки

Рассчитываем коэффициент пропорциональности переходов

По таблице определяем коэффициент m для многооперационной вытяжки

Для стали 08 кп m_n-1=0,5 ― 0,55 [2]

Значит, основную высоту детали мы получим за одну операцию, а на второй вытяжке сформируем уступ. Технологический процесс приобретет следующий вид.

Для выполнения каждой из операций необходима технологическая оснастка (штамп), с помощью которого заготовка в процессе ее обработки приобретает требуемые форму и размеры.

Конструктивно – эксплуатационные типы штампов

По конструктивному признаку штампы разделяются на две группы: штампы без направления; штампы с направляющими устройствами.

Подразделение по способу направления относится к технологически различ­ным типам штампов: вырубным, вытяжным, гибочным, а также комбинированным. Количество отдельных пуансонов может быть различно в зависимости от конструк­ции и технологии изготовления детали.

Штампы без направляющих имеют малые габаритные размеры и более просты в изготовлении, но небезопасны в эксплуатации, обладают невысокой стойкостью и неудобны при установке. Они применяются только мелкосерийном и опытном производстве.

Штампы с направляющими более сложны в изготовлении, надежны в эксплуатации и обладают повышенной стойкостью. Их приме­няют в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Наибольшее распространение получили конструкции штампов с направляющими колонками, которые обычно имеют неподвижные или подвижные съем­ники.

По эксплуатационному признаку штампы различают по способу подачи и установки заготовок, способу удаления де­талей и по способу удаления отходов.

По способу подачи и установки заготовок различают штампы с ручной подачей и штампы с автоматической подачей, являющейся принадлежностью штампа или пресса.

Штампы с ручной подачей отличаются один от другого лишь конструкцией применяемого упора или фиксатора, а штампы с автоматической подачей различаются по типу подачи ленты или штучных заготовок.

По способу удаления деталей различают следующие типы штампов:

• на провал через отверстие матрицы;

• с обратной запрессовкой в ленту и удалением вместе с ней;

• с обратным выталкиванием на поверхность штампа и ручным удалением;

• с обратным выталкиванием и автоматическим удалением (сбрасыванием).

Обратное выталкивание осуществляется от пружин выбрасывателя или выталкивателя, от буфера или от пресса. Эти различия по способу удаления деталей одновременно являются и конструктивными, так как в значительной степени определяют конструкцию штампов.

Порядок и этапы проектирования штампов

При проектировании штампов необходимо иметь следующие исходные данные: 1) чертежи штампуемой детали с техническими условиями на нее;

2) программу выпуска штампуемой детали; 3) технологический план обработки детали; 4) операционные карты; 5) техническую характеристику оборудования (прессов, машин).

Имея эти данные, приступают к выбору типа штампа и его узлов. Обычно этот этап проектирования является самым труд­ным и ответственным, так как на правильный выбор конструкции штампа оказывает существенное влияние большое число раз­личных факторов. К основным из этих факторов относятся кон­фигурация и размеры штампуемой детали, требуемая точность штамповки, форма исходного материала (лист, полоса, лента, отход), наличное оборудование штамповочного цеха, техниче­ские возможности инструментального цеха и др. При этом одним из решающих факторов является экономический — количество производимых деталей, стоимость изготовления штампа.

В большинстве случаев штамповку какой-либо детали можно осуществить тремя способами: 1) раздельный способ штамповки на нескольких штампах, каждый из которых производит только одну операцию; 2) на последовательно действующих штампах; 3) на совмещенных штампах.

Наиболее правильный выбор способа штамповки и типа штампа можно сделать только на основе анализа и учета всех выше­приведенных факторов и в первую очередь факторов экономи­ческих.

После установления типа штампа необходимо решить вопрос о направляющих устройствах (направляющие плиты, колонки или сопряженные направляющие), о типе упоров, о прижиме, съемнике и других деталях штампа, влияющих на качество штам­повки. При решении этих вопросов следует руководствоваться теми указаниями и замечаниями о применяемости тех или иных штампов и их деталей, которые были рассмотрены в главах о конструкциях штампов.

Выбранная конструкция штампа должна обеспечить высоко­качественную штамповку, максимальную производительность, достаточную стойкость в эксплуатации, сравнительно невысокую стоимость изготовления, а также удовлетворять условиям тех­ники безопасности.

Следующий этап проектирования сводится к производству необходимых технологических расчетов, а именно: составление раскроя материала с подсчетом его коэффициента использования;

Определение потребных усилий и затрачиваемой работы для штам­повки; определение центра давления штампа; определение вели­чины зазора между матрицей и пуансоном и установление напра­вления зазора; конструктивный подбор элементов (деталей); составляющих проектируемый штамп; определение исполнитель­ных — рабочих размеров пуансонов и матриц и назначение допу­сков на них; проверка основных деталей штампа на прочность, проверка пружин (резиновых или полиуретановых буферов).

Дальнейший этап проектирования заключается в вычерчива­нии общего вида штампа: дается план (вид сверху) нижней части штампа; делается разрез штампа (продольный или поперечный) в рабочем положении; при необходимости дается также план верхней части штампа (вид снизу).

По общему виду штампа, по его габаритным размерам и ранее рассчитанным усилиям и затрачиваемой работе подбирается необходимый пресс.

После вычерчивания штампа, если необходимо изменить некоторые его детали, производится вторичная проверка этих деталей на прочность и надежность их действия (пружины). Затем составляется спецификация деталей штампа и производится его деталировка с простановкой на чертежах деталей размеров, обработки, посадок и допусков на изготовление.

Последним этапом проектирования штампа является составле­ние пояснительной записки и заполнение паспорта штампа.

Оформление чертежей штампа производится по соответству­ющим стандартам на соответствующих форматах и должно соот­ветствовать единой системе конструкторской документации (ЕСКД). Тестированные детали штампа и крепежные детали под­бираются по соответствующим ГОСТам, негостированные — по ведомственным нормалям, по РТМ или по конструктивным соображениям.

Автоматизация проек­тирования штампов

Автоматизация проек­тирования штампов имеет большое значение как в отношении ускорения самого процесса проектирования, так и в отношении повышения стойкости штампов, так как проек­тирование базируется на применении нормализованных штампов и их деталей, которые составлены на систематизированной основе, подкрепленной соответствующими прочностными расчетами.

Процесс проектирования является трудно формализуемым и многовариантным, а результаты проектирования могут оцениваться с точки зрения различных, зачастую взаимоисключающих критериев.

Следует заметить также, что проектирование оснастки является частью общего процесса технологической подготовки производства и, как следствие, связано с иными производственными процессами (изготовление, испытание, внедрение, наладка, модернизация оснастки, оптимизация конструкции по ре­зультатам эксплуатации и т. д.).

Как элемент производственного процесса и объект автоматизации, проектирование такой сложной оснастки как штампы подразумевает использование ряда обеспечивающих ресурсов, к которым относят, в частности информационное; нормативное; логическое; алгоритмическое; программное.

Именно интегрированные САПР отличаются наиболее высоким качеством проектирования и являются перспек­тивными для дальнейшей разработки и использования, несмотря на их значи­тельную ресурсосмкость и не преодолённые до сих пор трудности реализации.

В настоящее время на рынке представлены программные продукты, обеспечивающие определенную степень автоматизации.

Так в отечественной системе КОМПАС-Штамп реализована автоматиза­ция выбора стандартных и стандартизованных деталей оснастки из базы пара­метризованных прототипов деталей (информационно-нормативное обеспече­ние). Автоматизация процесса принятия конструкторских решений отсутствует и ограниченным образом фиксируется в виде дерева проектирования. Отсут­ствует автоматизированное создание развертки изделия и оптимизация карты раскроя детали. Предусмотрена возможность выполнения простейших расчётов (определение центра давления штампа).

В системе проектирования «СПРУТ-Штамп» принято представление штампов в виде древовидного графа со связями И/ИЛИ. Таким образом, для определённого вида обработки проектируется универсальный прототип штам­па. который в дальнейшем конкретизируется конструктором. Нетрудно видеть, что, несмотря на более прогрессивную структуру представления информации, идеологически система «СПРУТ-Штамп» является аналогом предыдущей САПР, дополненной инструментами сохранения дерева проектирования.

Лидерами зарубежного рынка решений для проектирования штампов яв­ляются Сimatron и Simens NХ. Реализованные в них подсистемы проектирова­ния штампов в большей степени соответствуют класси­ческой схеме проектирования.

Ещё более наглядно полуавтоматизированная методика проектирования штампов реализована в приложении Loogopress. Приложение состоит из трёх модулей, воспринимающих результаты проектирования как начальные данные.

Модуль пространственной компоновки позволяет разместить рабочие элементы в пакете штампа типовой конструкции.

Продукция зарубежных компаний в настоящее время очень дорогая, поэтому для решения поставленных задач используем систему T-FLEX/Штампы(разработанная отечественной компанией ТОП-СИСТЕМЫ), где решаются конструкторские и технологические вопросы, влияющие на проектирование штампов. T-FLEX/Штампы ― это система автоматизированного проектирования штамповой оснастки, обладающая многовариантными средствами разработки штампов для холодной листовой штамповки любой сложности. Система включает расчетную и графичесую часть, а для автоматической генерации и оформления конструкторской документации использует мощные параметрические возможности системы T-FLEX CAD 2D.

Отличительной особенностью программы T-FLEX/Штампы от традиционных систем автоматизированного проектирования штампов является ее ориентированность на специалиста предметной области, как в ходе эксплуатации, так и в ходе разработки. Другой особенностью системы является ориентация на совмещенное проектирование основного объекта и технологической оснастки для его изготовления. Деятельность конструктора по проектированию штампов строится исходя из принципа "СМОТРИ и ВЫБИРАЙ". При этом от конструктора требуется: понимание сути процессов проектирования штампов, умение управлять системой в диалоге и навык работы с системой параметрического автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD. Для конструктора процесс проектирования штампов в системе T-FLEX/Штампы сводится к заполнению или редактированию содержимого полей экранных форм, выбору элементов из таблицы и работе с параметрическими чертежами.

Типовые детали штампов

Все детали штампов могут быть разбиты на две основные группы: детали технологического назначения, непосредственно участвующие в выполнении производимой операции и находящиеся во взаимодействии с материалом или изделием; детали конструктивного характера, имеющие монтажно ― сборочное назначение в конструкции штампа. Основными узлами штампов являются комплекты верхних и нижних оснований с направляющими устройствами― блоками.

Блок состоит из комплекта верхних и нижних оснований штампов, связанных направляющими устройствами (колонки, втулки) и хвостовика. Блоки подразделяются на индивидуальные, предназначенные для эксплуатации со сменным пакетом, и универсальные или групповые, предназначенные для установки различных сменных пакетных штампов.

Пакеты—верхние и нижние комплекты штампов с пуансонодержателями, заготовками матриц и съемниками обычно без специальных направляющих устройств или с направлением пуансона по плите съемника.

Пакеты применяются для установки на стандартных блоках с направляющими колонками, а также в качестве сменных пакетных штампов на групповых универсальных блоках.

Штампы изготовляют главным образом из стандартных и нормализованных деталей. Существуют ГОСТы и нормали на плиты штампов, хвостовики, пуансоны, матрицы, дер­жавки пуансонов и матриц и на многие другие детали штам­пов.

Форму и размеры верхних и нижних плит выбирают в зависимости от размеров штампуемых деталей, видов переходов штамповки, размеров штампового прост­ранства и других данных. Плиты обычно отливают из чугуна.

При установке штампа на пресс нижняя плита закрепляется на его столе при помощи прижимных планок и болтов. Верхняя плита закреп­ляется в ползуне пресса при помощи хвостовика штампа, который своей головкой вдвигается в Т - образный паз переход­ного хвостовика, закреп­ляемого в ползуне бол­тами. В разрабатываемых в КБ ООО Фирмы «Восток – Монолит» штампах обычно применяют сферическую головку хвостовика для того, чтобы избежать пере­коса давления, вызванного зазорами и перекосами пе­ремещающихся деталей и передаваемого от пол­зуна движения пресса.

Расчёт усилия при вырубке

Усилие Р, необходимое для вырубки и пробивки, зависит от площади среза, которая равна произведению периметра вырубаемой детали на толщину полосы материала, и от сопротивления металла срезыванию.

Усилие, необходимое для вырубки и пробивки, рассчитывается по формуле:

, (10)

где - длина периметра участка детали, мм;

–толщина детали, мм;

- сопротивление металла срезу, кг/мм²:

, (11)

где - предел прочности на растяжение кг\мм².

Тогда, подставляя выражение (1.12) в (1.11) получаем

кГс.

Усилие необходимое для снятия полосы с пуансона

Усилие необходимое для снятия полосы с пуансона определяется по

формуле:

, (13)

где - расчётное усилие штамповки, кгс;

- коэффициент, определяемый в зависимости от типа штампа и толщины материала.

кГс.

Рассчитаем плановую трудоёмкость изготовления штампа.

Норма плановой трудоемкости изготовления штампов

Плановая трудоёмкость изготовления штампа это расчётное значение трудоёмкости, установленное на основе необходимых затрат рабочего времени (нормативов) на изготовление одного штампа. Нормативы и коэффициенты трудоёмкости изготовления штампа берутся в соответствии с ОСТ 25 980 - 82 «Нормативы плановой трудоёмкости изготовления штампов для холодной листовой штамповки». Определим плановую трудоемкость штампа для вытяжки.

Трудоёмкость изготовление штампа состоит из четырех пунктов:

1. Трудоёмкости изготовления блока;

2. Трудоёмкости изготовления пакета;

3. Трудоёмкости изготовления формообразующего контура;

4. Трудоёмкости сборки и испытания.

Трудоёмкость изготовления штампа определяется по формуле:

Т = Т₁+Т₂+Т₃+Т₄ (14)

где: Т - трудоёмкость изготовления штампа, нормо-ч;

Т₁ - трудоёмкость изготовления блока, нормо-ч;

Т₂ - трудоёмкость изготовления пакета, нормо-ч;

Т₃ - трудоёмкость изготовления формообразующего контура, нормо-ч;

Т₄ - трудоёмкость сборки и испытания, нормо-ч;

Трудоёмкость изготовления блока следует определять по формуле:

Т₁ = Н₁К_бл (15)

где Т₁ - трудоёмкость изготовления блока, нормо-ч;

Н₁ - норматив трудоёмкости изготовления блока, нормо-ч;

К_бл - коэффициент конструкторских особенностей блока.

Н₁= 9,5 нормо-ч; К_бл= 1,0; Т₁= 19,5 =9,5 нормо-ч.

Трудоёмкость изготовления пакета следует определять по формуле:

Т₂ = Н₂ К_пак (16)

где Т₂ - трудоёмкость изготовления пакета, нормо-ч;

Н₂ - норматив трудоёмкости изготовления пакета, нормо-ч;

К_пак - коэффициент конструкторских особенностей пакета.

Н₂ = 3,5 нормо-ч; К_пак = 1,0;

Т₂ =3,5 1,0 = 3,5 нормо-ч.

Трудоёмкость изготовления формообразующего контура следует определять в зависимости от технологического признака штампа по формуле.

Для вытяжного штампа:

Т₃ = (Н_3рК₁ К₂ К₃ + Н_3г К₂ К₃) К₄ (17)

где Т₃ - трудоёмкость изготовления формообразующего контура, нормо-ч;

Н_3р - норматив трудоёмкости изготовления формообразующего

контура для разделительных операций, нормо-ч;

Н_3г - норматив трудоёмкости изготовления формообразующего контура

для отбортовки, нормо-ч;

К₁ - коэффициент величины зазора между матрицей и пуансоном;

К₂ - коэффициент конструктивных особенностей формообразующего контура;

К₃ - коэффициент точности изготовления формообразующего контура;

К₄ - коэффициент технологического признака штампа.

Под формообразующим контуром следует понимать образованные рабочими размерами отверстия и поверхности формообразующих деталей штампа (матрица, пуансон, пуансон-матрица), непосредственно формирующие контуры и форму штампуемой детали.

Н_3р = 38 нормо-ч; К₁ = 1,3; К₂ = 1,1; К₃ = 1,0;

Т₃ = (38 1,3 1,1 1,0 ) =54,34 нормо-ч.

Трудоёмкость сборки и испытания следует определять по формуле:

Т₄ = (Т₁ + Т₂ + Т₃)  К_сб (18)

где Т₄ - трудоёмкость сборки и испытания, нормо-ч;

Т₁ - трудоёмкость изготовления блока, нормо-ч;

Т₂ - трудоёмкость изготовления пакета, нормо-ч;

Т₃ - трудоёмкость изготовления формообразующего контура, нормо-ч;

К_сб - коэффициент сборки.

К_сб = 0, 35;

Т₄ = (9,5 + 3,5 + 54,34 )0, 35 =23,57 нормо-ч.

Исходя из полученных нормо-часов рассчитываем трудоёмкость изготовления совмещённого штампа:

Т = Т₁+ Т₂+ Т₃+Т₄ =9,5 + 3,5 + 54,34 +23,57 = 90,91 нормо-часов.

Стоимость одного нормо-часа составляет 346 рублей.

Экономия на изготовлении штампа составляет 31 455 рублей.

Также экономятся средства при производстве деталей за счет аннулирования одной операции.

Рабочее название темы:

Разработка технологического процесса и штампов для изготовления Корпуса РС 530

Цель дипломного проекта:

Разработка технологического процесса изготовления Корпуса РС 530 и разработка комплекта конструкторской документации на штампы для повышения производительности и экономической эффективности.

Задачи, поставленные в дипломном проекте:

Основной задачей проекта является стремление получить штамповкой полностью законченную деталь, не требующую дальнейшей обработки резанием, за как можно меньшее количество операций. Она включает в себя следующие подзадачи:

• Определение оптимального раскроя материала при изготовлении деталей методом последовательной штамповки:

• Разработка технологии изготовления детали:

• Анализ конструкций штампов

• Разработка конструкции штампа:

• Экономическая обоснованность внедрения штампа последовательного действия

Предполагаемые расчеты

1. Расчет заготовки.

2. Расчёт усилия при вырубке.

3. Расчет плит штампов.

4. Расчет усилия вытяжки и давления прижима заготовки.

5. Расчет пуансонов и матриц.

6. Расчет прокладки на прочность.