2 Разработать технологический процесс изготовления изделия

2.1. Технология – листовая штамповка и электрохимическое гравирование металлов

Листовая штамповка

Наиболее оптимальным процессом изготовления столовых приборов из цветного металла (мельхиора) является штамповка – один из видов обработки металлов давлением, производимый при помощи штампов на прессах. Все холодноштамповочные операции могут быть разделены на следующие основные группы: разделительные, формообразующие, комбинированные и штампосварочные.

Штамповка — процесс пластической деформации материалас изменением формы и размеров тела. Существуют два основных вида штамповки - листовая и объёмная. Листовая штамповка подразумевает в исходном виде тело, одно из измерений которого пренебрежимо мало по сравнению с двумя другими (лист-до 6 мм). В противном случае штамповка называется объёмной. Для процесса штамповки используютсяпрессы- устройства, позволяющие деформировать материалы с помощью механического воздействия.

Листовая штамповка. Сущность способа заключается в процессе, где в качестве заготовки используют полученные прокаткойлист, полосу или ленту, свёрнутую в рулон.

Для деталей, получаемых листовой штамповкой, характерно то, что толщина их стенок незначительно отличается от толщины исходной заготовки. К преимуществам листовой штамповки относятся: возможность получения деталей минимальной массы при заданной их прочности и жёсткости; достаточно высокие точность размеров и качество поверхности, сравнительная простота механизации и автоматизации процессов штамповки, обеспечивающая высокую производительность.

Электрохимическое гравирование металлов

Основой методики является метод электрохимического травления металлов. Коротко он заключается в следующем. Деталь, на которой делается надпись, рисунок (предварительно нанесенный специальным лаком), погружается в раствор электролита, она является анодом. Катодом, который также погружен в раствор электролита, служит полоска нержавеющей стали. При включении тока происходит электрохимическое травление, то есть растворение незащищенных лаком поверхностей детали.

На рисунке схематично показан принцип процесса.

Цифрами показаны:

1. Металлическая деталь.

2. Протравленный участок.

3. Слой лака сохраняет металл не протравленным.

2.2 Выбор и обоснование выбора основных и вспомогательных материалов

Основной материал:

Мельхиор – сплав меди главным образом с никелем (5—30%). М. — однофазный сплав, представляющий собой твёрдый раствор; хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, после отжига имеет предел прочности около 400 Мн/м² (40 кгс/мм²). Наиболее ценное свойство М. — высокая стойкость против коррозии в воздушной атмосфере, пресной и морской воде. Увеличенное содержание никеля, а также добавки железа и марганца обеспечивают повышенную коррозионную и кавитационную стойкость, особенно в морской воде и в атмосфере водяного пара. Благодаря никелю М., в отличие от латуней и бронз, имеет не желтоватый, а серебристый цвет, который в сочетании с высокой коррозионной стойкостью предопределил применение сплава МН19 (19% Ni) для изготовления посуды и др. изделий массового потребления, в том числе чеканных.

МН19

Температура плавления: 1190   °C

Температура горячей обработки: 900 - 1030   °C

Температура отжига: 600 - 780   °C

Химический состав в % материала МН19

Ni+Co

Fe

C

Si

Mn

S

P

Cu

As

Pb

Mg

Zn

Sb

Bi

Примесей

18 - 20

до   0.5

до   0.05

до   0.15

до   0.3

до   0.01

до   0.01

78.5 - 82

до   0.01

до   0.005

до   0.05

до   0.3

до   0.005

до   0.002

всего 1.5

Электроды (катоды, -).

Самый подходящий материал - мягкая нержавеющая сталь. Чаще всего электроды представляют собой полоски листовой стали, расположенные с двух сторон по стенкам ванны травления. Если деталь имеет вытравливаемый рисунок с одной стороны, необходимо разместить электрод напротив вытравляемой поверхности, в противном случае возможно травление с различной (неравномерной) глубиной, что является заметным дефектом. Электрод должен превышать вытравливаемую площадь.

2.4 Описать технологию изготовления ложки методом штамповки: разработать схему вырубного штампа; задать схему раскроя; приближенно определить коэффициент использования металла; определить технологические режимы вырубки; усилие вырубки, зазор между матрицей и пуансоном, на один из размеров рассчитать исполнительные размеры матрицы и пуансона

При вырубке контуры вырубаемых заготовок должны быть удалены друг от друга на величину технологической перемычки.

а₁ – межконтурная перемычка (м/у контурами деталей)

а – боковая (м/у контуром детали и краем заготовки)

Деталь – ложка с габаритами 165×23мм. Для вырубки данного вида детали выбираем прямой раскрой полосы заготовки:

Материал МН19, толщина металла S= 2 мм, B₁=181 мм, B₂=27 мм, толщина перемычек а=2 мм, а₁= -2 мм.

Ширину полосы определяем по формуле:

b_п = B + 2·а = 181 + 4 = 185 мм

Принимаем длину полосы L = 1000 мм

Площадь полосы S = В · L = 185 · 1000 = 185000 мм²

Шаг штамповки t = B + а₁ = 27 -2 = 25 мм

Количество деталей, получаемых из полосы:

L/t = 1000 / 25 = 40 шт (40 ложки)

Неиспользуемый остаток полосы:

L ост = L – t · 40 = 1000 –1000 = 10 мм

Количество полос, необходимых для выполнения год. программы (1500 шт/год): 1500 / 40 = 38 шт

Площадь листа: S л = 38 · S = 7,030м²

Расчет коэффициента использования металла.

Для листовой штамповки выбор исходной заготовки осуществляется путем экономического анализа возможных вариантов раскроя материала и определения оптимального.

Общий коэффициент использования металла при штамповке из полосы или ленты определяется следующим образом:

η = 100 · (f · n / L · b)

f – площадь детали, мм². При определении площади разделения - параметры изделия определяем укрупнено.

f = 2400мм²

n – количество фактических деталей, получаемых из полосы с учетом использованных концевых отходов

L – длина полосы или ленты, мм

b – ширина полосы или ленты, мм

η = 100 · ( 2400 · 40 / 1000 · 185) = 52,0 %

Выбор схемы вырубки-пробивки.

Вырубка в данном случае осуществляется без прижима.

Расчет усилия вырубки-пробивки.

Усилие вырубки-пробивки штампами с плоскими режущими кромками определяется по формуле:

Р=К · L · S · σ_ср , [ H ]

К – коэффициент притупления режущих кромок (1,1 ÷ 1,3)

σ_сд – сопротивление сдвигу, МПа

σ_сд = 300-400 МПа

L – длинна контура вырубаемой детали

L₁ = 450 мм;

S – толщина детали = 2 мм

Р = 1,3 · 410 · 2 · 350 = 373100 Н = 373,1 кН

Выбор конструктивных элементов матрицы и пуансона.

Деталь с размерами:

B₁=181h14(),

B₂=27h14()

Толщину матрицы H_м определяют следующим образом:

_{Нм = S + Kм √(ap + bp) + 7}

S – толщина штампуемого материала, мм

a_p + b_p – размеры рабочей зоны матрицы, мм

K_м – коэффициент = 0,5

_{Нм = 2 + 0,5 √(181 + 27) + 7 = 11,96 мм}

Принимаем Н_м = 12 мм

а) двухсторонний зазор между матрицей и пуансоном:

z = 8% S;

z = 2 × 0.08 = 0,16 мм

б) глубина матрицы 12 мм

в) толщина рабочего пояска матрицы 3 мм

Расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы, назначение допусков на них.

Толщина материала 2 мм.

При вырубке наружного контура:

B_м = (b_H – δ_И)^+δ

b_П = (b_H – δ_И – z )_-δ

δ_И – допуск размера изделия;

δ_М – допуск размера матрицы;

δ_П – допуск размера пуансона;

+δ – допуск размера матрицы;

-δ – допуск размера пуансона;

z – зазор.

B_м1 = (b_H –0,8 · δ_И)^+δ = 181 - 0,8 · 1,15 = 180,08^+0,122_+0,055

B_м2 = (b_H –0,8 · δ_И)^+δ = 27 - 0,8 · 0,52 = 26,584^+0,033

b_П1 = (b_H – 0,8 · δ_И – z )_-δ = 181 - 0,8 · 1,15 – 0,16 = 179,92_-0,057

b_П2 = (b_H – 0,8 · δ_И – z )_-δ =27 - 0,8 · 0,52 – 0,16 = 26,424_-0,021

Схема расположения допусков на исполнительные рабочие размеры пуансона и матрицы.

Рис. 1. Схема полей допусков размеров матрицы и пуансона при вырубке.

Рис. 2. Схема допусков размеров матрицы и пуансона при пробивке.

Квалитеты при изготовлении пуансона и матрицы определяют в зависимости от квалитета штампуемых изделий. Изделия по 9 квалитету, матрица – по 8, пуансон – 7.