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)
| C | Si | Mn | Ni | S | P | Cr | Cu | As |
| 0.05-0.11 | 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 нагартованного | HB=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·м |
| 20 | 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)
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.
| Габариты листа мхм | Вариант раскроя | Количество (шт.) | ||
| Полос из листа | Заготовок из полосы | Заготовок из листа | ||
| 1,0х2,0 | а | 2000:84,8=23 | 1000:31,6=31 | 23х31=713 | б | 1000:38,4=26 | 2000:78=25 | 26х25=650 |
| 1,2х2,0 | а | 2000:84,8=23 | 1200:31,6=37 | 23х37=851 |
| б | 1200:38,4=31 | 2000:78=25 | 31х25=775 | |
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.