Технология машиностроения. Расчет вырубного пуансона

На практике существует 2 способа раскроя материала:

                               - продольный

                               - поперечный

1. При поперечном раскрое материала расчеты производятся в следующем порядке:            

L=11,2*5+1,6*6=65,6 мм

B=15+2*1,6+0,4=18,6 мм.  Примем B=19 мм.

Выбираем стандартный лист  проката цветного металла (Ст45) размером 700x3000 мм. [1,c. 5].

Найдем коэффициент использования материала:

Sл=700*3000=2100000 мм2; Sдет =156,6 мм2

η= Sдет∙n/Sл∙100%=(156,6*11232/2100000)*100%=83%

2. При продольном раскрое материала расчеты производятся в следующем порядке: 

L= 15*5+1,6*6=84 мм

B= 11,2+2*1,6+0,4= 14,8мм. Примем B=14 мм

        Найдем коэффициент использования материала:

Sл=700*3000=2100000 мм2; Sдет =156,6 мм2

η= Sдет∙n/Sл∙100%=(156,6*8856/2100000)*100%=66%

Выбираем поперечный раскрой, т.к коэффициент использования материала при этом виде раскроя выше. Величина η зависит от геометрической формы детали, а также от ширины перемычек. Наихудшей формой с точки зрения экономии материала является круг.

4. Разработка маршрутной и операционной технологии

Разработка маршрутной технологии сводится к установлению последовательности технологических операций, в результате выполнения которых из заготовки получается готовая деталь.

1). Выбор листового материала, проверка его толщины, размеров, предварительная смазка.

2). Разметка материала на необходимое число полос.

3). Резка материала на полосы.

4). Пробивка отверстия.

5). Вырубка детали.

6). Проверка готовой детали на соответствие чертежу.

При разработке операционной технологии для каждой операции необходимо определить:

1). Технологические режимы обработки;

2). Перечень технологической оснастки (штампов, приспособлений, инструмента, приборов контроля и т.п.);

3). Состав основного и вспомогательного оборудования;

4). Перечень вспомогательных материалов (масел, ветоши, красок и т.п.);

5). Нормы времени на выполнение операции.

5. Определение технологических размеров штамповки и выбор пресса

5.1. Определение технологических режимов штамповки

Основными технологическими режимами являются усилия, развиваемые при выполнении операций вырубки – пробивки, и усилия, необходимые для снятия полосы или детали с пуансонов, а также проталкивание деталей или отходов через провальные отверстия матрицы.

Расчетное усилие вырубки Рв (пробивки Рп) определяется по формуле:

Рв(Рп)=L∙S∙σср,

где  L – периметр вырезаемого (пробиваемого) контура (длина линии разреза), мм;

S – толщина материала, мм (S=0,2 мм);

σср – сопротивление срезу, МПа (для Ст45 480МПа).

Рассчитаем усилие пробивки, которое необходимо приложить для нашей детали, для этого найдем периметр детали:

        L= 2*7,5*sin50°+7,5*4,53=45 мм,

        Рв=45*0.2*480 =4320Н

Рассчитаем усилие вырубки, которое необходимо для пробивки отверстия в нашей детали:

         L=2*3.14*5,1/2= 16,01 мм

         Рп= L∙S∙σср =16,01*0.2*480 = 1537 Н

Усилие, необходимое для снятия полосы или детали с пуансона, определяется по формуле:

Рсн=(Рв+Рп)∙Ксн,

где   Ксн – коэффициент, зависящий от сложности вырезаемого контура.

Так как наша деталь имеет не очень сложный контур, то выбираем Ксн=0,03.

         Рсн=(4320+1537) ∙0,0=176 Н

Усилие проталкивания детали или отхода через провальные отверстия матрицы определяется по формуле:

Рпр=(Рв+Рп)∙Кпр∙n,

где   Кпр – коэффициент проталкивания (выбираем Кпр=0,05),

n – количество деталей, находящихся в пояске (шейке) матрицы:

n=h/S,

где   h – высота пояска матрицы, выбираемая из таблицы 4 [1],(h=6)

n=6/2=3,

         Рпр=( 4320 +1537)*2∙3= 35142 Н

Суммарное усилие, требуемое для выполнения разделительной операции, равно сумме четырех усилий:

Рс=Рв+Рп+Рсн+Рпр,

тогда суммарное усилие будет равно:

Рс=4320+1537+35142+176 =41175 Н

Затупление режущих кромок пуансонов, неоднородность материала полосы, изменение величины зазора между пуансоном и матрицей вызывают значительное увеличения вырубки – пробивки, поэтому при выборе пресса требуемое усилие Рпресса возьмем больше расчетного на 25%, т.е.:

Рпресса=1,25∙Рс,

Рпресса=1,25∙41175=51468 Н

5.2. Выбор пресса

Для операций холодной штамповки применяют в основном кривошипные, гидравлические (для изготовления деталей больших размеров) и прессы-автоматы (при большой программе выпуска деталей).

По технологическому признаку прессы делятся на:

      прессы простого действия,

      прессы двойного действия,

      прессы тройного действия.

Первые имеют один движущийся ползун и применяются для вырезки, пробивки, гибки, формовки, неглубокой вытяжки и других операций. Прессы двойного действия имеют два независимо движущихся ползуна: наружный для прижима заготовки, а внутренний – для штамповки. Прессы тройного действия применяют на автомобильных заводах для штамповки кузовных деталей.

Для данной детали будем применять прессы простого действия.

Учитывая вышеизложенное, по таблице 1 приложения 1 [1] подберем пресс по рассчитанному ранее усилию.

Определим закрытую высоту штампа Н, которая должна находиться в пределах:

Нп - Нплт - ∆п - ∆с ≤ Н ≤ Нп - Нплт

Здесь  Нп – закрытая высота пресса;

Нплт – толщина подштамповой плиты;

∆п – регулировка положения ползуна;

∆с – регулировка положения стола.

∆с = 0 так как стол неподвижен.

Закрытая высота штампа находится в пределах:

200-45-40≤ Н ≤ 200-45

115≤ Н ≤ 155

Таким образом, закрытая высота штампа должна находиться в пределах 115…155 мм.

6.   Проектирование технологической оснастки – штампов

6.1. Выбор схемы действия штампа

  Штампы, применяемые для вырубки и пробивки, отличаются большим разнообразием как в отношении выполняемых ими операций, так и по конструктивному оформлению, определяемому характером производства. В массовом производстве применяют сложные штампы, обладающие высокой стойкостью и средствами автоматического контроля параметров. В серийном используют более простые конструкции и, соответственно, более дешевые в изготовлении. В мелкосерийном производстве находят применение наиболее простые и дешевые штампы.

  По способу действия различают штампы простые, последовательные и совмещенные.

  По количеству операций штампы могут быть одно- или многооперационными.

  По способу подачи материала – с неподвижным или подвижным упором, с ловителями, с боковыми шаговыми ножами, с ручной или автоматической подачей полосы или ленты и т.д.

Для данной детали целесообразно выбрать штамп последовательного действия, так как этот штамп обеспечивает высокую производительность за счет автоматического удаления деталей через провальное окно. Готовая деталь получается за два хода ползуна пресса. За первый ход пробивается отверстие в заготовке, а затем, после подачи полосы влево на один шаг, вырубается деталь.

Технологическая схема последовательной штамповки приведена на  рис.1.

Схема последовательной штамповки

1 – пуансон для пробивки отверстия, 2 – съемник, 3 – лента (полоса), 4 – пуансон для вырубки детали, 5 – матрица, 6 – деталь, 7 – отход.

Здесь готовая деталь получается за два хода ползуна пресса. За первый ход пробивается отверстие в заготовке, а затем, после подачи полосы влево на один шаг, вырубается деталь.

6.2. Расчет конструкции штампа

6.2.1. Расчет исполнительных размеров рабочих деталей штампов

При вырубке наружного контура детали  размером D-∆, где D-номинальный размер детали, ∆-отклонение данного размера, исполнительные размеры определяются по формулам:

   для матрицы – Dм=(D-∆)+δм ;

    для пуансона – Dп=(D-∆-z)-δп.

Здесь: Dм и Dп – сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона;

              δм и δп – отклонения размеров (табл. 6[1]);

              z – номинальный (наименьший) зазор (табл. 6[1]).

При толщине материала 0.8 мм отклонения размеров матрицы будут следующими:

           δм= 0,04 мм

                 δп=  0,02 мм

                 z= 0,14 мм

           ∆=0

Определим исполнительные размеры для матрицы:

     для длины  Dм= 15+0,04;

     для ширины Dм=11,2+0,04.

  Определим исполнительные размеры для пуансона:

      для длины Dп= (15-0,14)-0,02=14,86-0,02;

      для ширины Dп=(11,2-0,14)-0,02=11,06-0,02.

  При пробивки отверстий размером d+∆, где d-номинальный размер отверстия, исполнительные размеры вычисляются по формулам:

    для матрицы – dм=(d+∆+z)+δм;

    для пуансона – dп=(d+∆)-δп.

  Здесь dм и dп – сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона.

Остальные обозначения – прежние (табл. 6[1]).

Определим исполнительные размеры для матрицы:

   dм=(5,1+0,14)+0,04=5,24+0,04;

Определим исполнительные размеры для пуансона:

         dп=5,1-0,02.

Определим высоту матрицы Нм:

         Нм=0,4∙bp, где bp – ширина матричного отверстия (прилож. 2, 3 и табл. 7[1]).

         Нм=0,4∙40=16 мм.

6.2.2. Определение центра давления штампа

  Ось хвостовика необходимо располагать в центре давления штампа для предотвращения перекосов, несимметричности зазора, износа направляющих элементов штампа и быстрого выхода из строя рабочих деталей.

Расчет основан на равенстве моментов равнодействующей нескольких сил сумме моментов этих сил относительно одной и той же оси.

Направление осей выбираем по сторонам подаваемой полосы. Точку “О” привязываем к левому нижнему углу матрицы. Значения Xi и Yi – центры тяжестей элементарных фигур, а величины Pi- величины расчетных усилий операции вырубки, пробивки.