Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский Государственный Технический Университет

Курсовая работа

На тему:

Расчет основных конструктивно-технологических параметров при листовой штамповке

Факультет: ЗФ ИДО

Группа: ОТЗ-613у

Студент: Баглов Д.В.

Преподаватель:

Степанов В.М.

Новосибирск 2009

Содержание

I Расчетно-графический раздел

1.1 Конструктивно-технологический анализ детали

1.2 Выбор варианта изготовления детали

1.3 Выбор типов и схем штамповой оснастки

1.4 Раскрой материала и разделительная операция

1.4.1 Расчет развертки детали

1.4.2 Способы раскроя и выбор рационального способа раскроя

1.4.3 Технологические расчеты при разделительной операции

1.4.4 Конструктивно-технологические расчеты

1.5 Конструктивно-технологические расчеты формоизменяющей операции

II Теоретический раздел

Список литературы

I Расчетно-графический раздел

1.1 Конструктивно-технологический анализ детали

Данная деталь представляет собой изделие типа кронштейн, является не симметричной, Z-образной с полками в нижней и верхней части, расходящимися в противоположные стороны от стенки детали. Имеется два отверстия в стенке и одно в нижней полке детали. Изготавливается из листового материала Д16АТ толщиной 1,5 мм. Данная деталь выполняется методом холодной штамповки, для ее изготовления требуется провести следующие операции: пробивка, вырубка и гибка. Исходя из размеров заготовки, и для повышения технологичности изготовления детали, необходимо применить последовательно-вырубной штамп. Он позволит совместить одновременно две операции: пробивку трёх отверстий и контура одновременно. Конструкция детали позволяет применить довольно простую оснастку для ее формообразования.

Рисунок 1

1.2 Выбор варианта изготовления детали

Изготовление детали происходит в два этапа:

I. Разделительная операция

II. Формоизменяемая операция

Разделительная операция - это способ получения исходной заготовки с заданной точностью.

Формоизменяемая операция - это способ, применяемый для получения готовой детали, с соблюдением всех заданных чертежных размеров.

Исходную заготовку можно получить следующими способами:

- вырезать;

- фрезеровать;

- вырубить в штампе.

Преимущества вырезки заготовки:

- выгодное применение при единичном и мелкосерийном производстве.

Недостатки вырезки заготовки:

- много времени тратится на доводочные операции;

- невысокая точность размеров.

Преимущества фрезеровки:

- возможность одновременной обработки N = числа заготовок (пакетом);

- не требует доводочных операций.

Недостатки фрезеровки:

- большое количество материала уходит в отход;

- много времени тратится на прохождение фрезой контура заготовки.

Преимущества вырубки в штампе:

- минимальное количество отходов материала;

- высокая точность размеров;

- не требует доводочных операций;

- совмещение нескольких операций (пробивка отверстий и контура одновременно).

Недостатки вырубки в штампе:

- в процессе износа необходимость дорабатывать оснастку;

- вследствие износа появляются сколы на заготовках;

- точность установки штампа (для предотвращения поломки пуансона об матрицу в ходе вырубки).

Готовую деталь можно получить следующими способами:

- гибка в оправке (ОПГ);

- в штампе;

- на формблоке.

Преимущества гибки в оправке:

- выгодно применять при единичном и мелкосерийном производстве.

Недостатки гибки в оправке:

- требуются доводочные операции (обрезка, зачистка);

- поводки материала, наклепы (вследствие ударов молотком).

Преимущества гибки в штампе:

- высокое качество исполнения.

Недостатки гибки в штампе:

- сложность изготовления оснастки;

- неудобство выполнения доводочных операций после термообработки (правка коробления, необходимость применения дополнительной единицы оснастки - калибровочного штампа).

Преимущество гибки на формблоке:

- высокое качество исполнения;

- удобство проведения доводочных операций после термообработки (правка коробления);

- простое изготовление оснастки.

Недостатки гибки на формблоке:

- износ оснастки стечением времени («усыхание» боленита, следовательно, необходимо изготовление вновь).

В результате проработки выбирается следующая оснастка:

I. Для разделительной операции, используем последовательно вырубной штамп (ПВШ), позволяющий совместить сразу две операции (пробивка отверстий и контура).

Для обеспечения точной подачи полосы в проектируемом штампе применяется шаговый нож. Применение шагового ножа обусловлено следующими условиями:

- повышается производительность труда;

- размеры штампа позволяют разместить шаговый нож;

- исключается наложение одной вырубаемой заготовки на другую.

В проектируемом штампе применяются направляющие колонки. Они необходимы для:

- точного вхождения пуансона в матрицу;

- повышают износостойкость штампа.

II. Для формоизменяемой операции используем гибочный штамп.

Определение типа производства.

Характеристикой серийности в штамповом производстве является коэффициент серийности, выражаемый количеством операций, закрепленных за прессом и ориентировочный годовой выпуск штампуемых деталей.

Принята программа выпуска 25000 штук.

По данным справочника [2], определим количество операций на одну единицу оборудования (пресс). Так как для изготовления описываемой детали применяется ПВШ, то скорость выпуска годового изделия зависит только от количества задействованного оборудования. В итоге на одной единице оборудования выполняется одна операция (вырубка или штамповка), что соответствует массовому производству.

1.3 Выбор типов и схем штамповой оснастки

Штампы для холодной листовой штамповки могут быть классифицированы по трем признакам:

- по технологическому признаку разделяются на типовые группы по роду выполняемых операций: простые (однооперационные) и комбинированные (многооперационные), выполняющие одновременно несколько операций;

- по конструктивному (по способу направления);

- по эксплуатационному (по способу подачи заготовок и удаления деталей и отходов).

По таблице 166 [2] для получения исходной заготовки выбирается штамп для пробивки и вырубки.

Рисунок 2 Схема штампа

1 - плита нижняя; 2 - матрица; 3 - заготовка (полоса); 4 - съемник; 5 - пуансон контура; 6 - пуансонодержатель; 7 - прокладка; 8 - плита верхняя; 9 - пуансон отверстия.

1.4 Раскрой материала и разделительная операция

1.4.1 Расчет развертки детали

Длина заготовки рассчитывается по нейтральному слою. Длина детали разбивается на участки, которые расчитываются отдельно. Длины на участках закругления выбираются по таблице 4, главы 3 [1].

Рисунок 3

Lразв. = t1 + t2 + t3 + t4 + t5

t1 = L1 - S - R1 = 31,5 - 1,5 - 1,5 = 28,5 мм

t2 = t4 = 3,35 мм - по табл.

t3 = H - S - R1 - R2 - S = 55,5 - 1,5 - 1,5 - 1,5 - 1,5 = 49,5 мм

t5 = L1 - S - R2 = 17 - 1,5 - 1,5 = 14

В итоге получаем:

Lразв. = 28,5 + 3,35 + 49,5 + 3,35 + 14 = 98,7 мм

Следовательно габариты заготовки будут равны:

Длина = 98,7 мм ?100 мм

Ширина = 45 мм

1.4.2 Способы раскроя и выбор рационального способа раскроя

Различные способы раскроя полосового материала по экономичности и величине технологических отходов могут быть разделены на три вида:

- раскрой с отходами, когда вырезка происходит по всему контуру детали, а перемычка имеет замкнутую форму;

- малоотходный раскрой, когда вырезается или отрезается только часть контура детали, а в отход идет или перемычка между двумя вырезками, или только боковая перемычка;

- безотходный раскрой, когда вырезанная деталь получается путем прямолинейной или криволинейной отрезки, без образования перемычек.

Для выбора рационального раскроя необходимо выполнить некоторые расчеты.

1.4.2.1 Коэффициент раскроя

Рисунок 4 Расположение заготовки в полосе

где:

-площадь поверхности детали, мм²

- количество рядов раскроя

В - ширина полосы, мм

h - шаг вырубки (шаг между деталями в полосе), мм

Площадь поверхности детали определена с помощью ЭВМ:

= 2998 мм²

Количество рядов раскроя можно узнать после подсчета ширины полосы

где:

В_заг - ширина заготовки, мм

а - перемычка по краям полосы (определяется по таблице 1, главы 1 [1] в зависимости от толщины материала и габаритов заготовки), мм

- допуск на ширину полосы, определяется по таблице 5, главы 1 [1]

В_заг = 45 мм

а = 2,1·К;

где К - коэффициент материала, для алюминиевых сплавов

К = 1,3

а = 2,1·1,3 = 2,73 ? 3 мм

= 0,5 мм

Определим шаг вырубки

h = L1заг + L2заг+ 2b

где:

L1заг - длина заготовки, мм

L2заг - длина выступающей части заготовки, мм

b - перемычка между заготовками на полосе (определяется по таблице 1, главы 1 [1] в зависимости от толщины материала и габаритов заготовки), мм

L1заг = 100 мм

L2заг = 41 мм

b = 1,6·К;

где К - коэффициент материала, для алюминиевых сплавов

К = 1,3

а = 1,6·1,3 = 2,08 ? 2,1 мм

h = 100 + 2,1·2+41 = 145,2 мм

Для выбора наиболее экономичного варианта раскроя необходимо сравнить два варианта расположения полос, при горизонтальном и вертикальном расположении исходного листа (1500х1200) изготовленного из Д16АТ.

Вариант 1: горизонтальное расположение листа.

Количество полос:

Количество заготовок из полосы:

Количество деталей

N= m·k = 23·20 = 460

Вариант 2: вертикальное расположение листа.

Количество полос:

Количество заготовок из полосы:

Количество деталей

N= m·k = 29·16 = 464

Вариант 2 является более экономичным, так как можно изготовить большее количество деталей.

Коэффициент раскроя для варианта 2:

1.4.2.2 Коэффициент использования материала

где:

- площадь детали без отверстий, мм²

n_п- количество фактических деталей полученных из полосы

L - длина полосы, мм

В - ширина полосы, мм

Количество фактических деталей () получим, разделив длину полосы на шаг вырубки:

Следовательно:

1.4.3 Технологические расчеты при разделительной операции

Расчетное усилие вырубки

где: Р_конт - усилие требуемое для вырубки контура, т

где:

1,25 - коэффициент учитывающий притупление кромок, изменение зазора, неоднородность штампуемого материала;

L - периметр пробиваемого контура, мм;

s - толщина материала, мм;

ф_ср - сопротивление срезу, .

L = 332,8 мм

ф_ср = 14

Р_отв - усилие требуемое для вырубки отверстия, т

где:

L1 - периметр отверстий Ш 10, мм

L2 - периметр отверстия Ш 15, мм

Р_{отв =} (2·31,4+47,1)·1,5·14 = 2308кгс

Р = 8736 + 2308 = 11044кгс

1.4.4 Конструктивно-технологические расчеты

Расчет исполнительных размеров матрицы и пуансона

а) Исполнительные размеры матрицы припуски на износ и допуски на их изготовление принимаются по таблице 12, главы 2 [1].

Рисунок 5 Исполнительные размеры матрицы для размеров детали, увеличивающихся при износе матрицы:

где:

L_м - номинальный размер матрицы, мм

L_н - номинальный размер штампуемой детали, мм

П - припуск на износ матрицы, выбирается по таблице 13 [1]

д - допуск на изготовление, выбирается по таблице 13 [1]

Размеры детали, уменьшающиеся или остающиеся неизменными при износе матрицы, отсутствуют.

б) Исполнительные размеры пуансона припуски на износ и допуски на их изготовление принимаются по таблице 12, главы 2 [1].

Рисунок 6 Исполнительные размеры пуансона для размеров детали, уменьшающихся при износе пуансона:

где:

z - зазор между матрицей и пуансоном, выбирается по таблице 14, глава 2 [1]

д - допуск на изготовление, выбирается по таблице 13, глава 2 [1]

z = 0,04.

в) Расчеты для круглых матрицы и пуансона

Рисунок 7 Исполнительные размеры круглых матрицы и пуансона

- для размеров круглой матрицы, увеличивающихся при износе матрицы:

,

где:

L_н - номинальный размер штампуемой детали, мм

д - допуск на изготовление, выбирается по таблице 13 [1]

L1_н = 10 мм; д = 0,035

L2_н = 15 мм; д = 0,035

- для размеров круглого пуансона, уменьшающихся при износе пуансона:

,

где:

д - допуск на изготовление, выбирается по таблице 13 [1]

д = 0,017

г) Для пуансона выбирается материал Х12М. Закалка у пуансона меньше чем у матрицы по технике безопасности.

1.5 Технологические расчеты при формоизменяющих операциях

Для данной детали применим гибку с правкой, тогда усилие гибки:

Р = q·F,

Где:

Q - удельное усилие правки и калибровки, выбирается по таблице 23 [1],

F - площадь проекции поверхности детали, соприкасающейся с пуансоном, на плоскость перпендикулярную к направлению действия усилия, мм².

q = 50 Н/мм²;

F ? 2350 мм²;

Р = 50·2350 = 117500 Н

Так как применена гибка с правкой углы пружинения не учитываются.

II Теоретический раздел

Штамповка эластичными средами - под таким названием объединяют все методы штамповки, где в качестве универсальных пуансонов или матриц применяются резина, полиуретан, жидкость, газ или комбинация этих сред.

На рисунке 1 показаны наиболее употребительные схемы штамповки пластическими средами и жидкостью.

При штамповке по схеме a плоскую заготовку 2 помещают на пуансон (формблок) 1, находящийся на нижней плите 5; универсальной матрицей служит контейнер 4, внутренняя полость которого заполнена резиной или полиуретаном. При движении вниз плунжера пресса и закрепленного на нем контейнера внутренняя полость контейнера замыкается нижней плитой 5, и в его полости начинает увеличиваться давление резины; под воздействием давления заготовка прижимается к пуансону и начинает деформироваться. В конечной стадии процесса штамповки давление достигает максимального значения, заготовка полностью обжимается по пуансону и принимает его форму. Для штамповки по этой схеме применяют специализированные гидропрессы.

Аналогичным образом происходит деформирование по двум другим схемам. Но по схеме, представленной на примере в, работают установки автономного действия, которые можно назвать бесплунжерными прессами; давление здесь создается нагнетанием в контейнер жидкости от насосной станции высокого давления.

Как видно из схемы, операция штамповки очень проста, специальной оснасткой является только формблок; контейнер и нижняя плита являются универсальными. Низкая стоимость и простота изготовления оснастки, а также короткие сроки технологической подготовки производства обусловили широкое применение штамповки резиной в производстве летательных аппаратов.

При штамповке резиной заготовка испытывает распределенное давление только со стороны резиновой подушки, края заготовки деформируются свободно. Поэтому если в зоне деформирования возникают напряжения сжатия, то заготовка легко теряет устойчивость, появляются складки, которые не всегда можно устранить обжатием на пуансоне. В этом случае складки устраняют последующей ручной доработкой.

При помощи штамповки резиной изготавливают детали главным образом из алюминиевых сплавов: нервюры, шпангоуты и их детали, диафрагмы, стенки, перегородки, полупатрубки и др. отличительной чертой таких деталей являются: большие размеры, малая жесткость, сравнительно небольшая деформация заготовки при изготовлении детали. Конструктивно эти детали представляют собой плоские стенки с бортами по краям, с отбортованными отверстиями, с элементами жесткости.

Оборудование для штамповки при повышенных и высоких давлениях, дало возможность перевести с менее производительных методов на штамповку ЭС ряд сложных деталей и из сталей.

Штамповкой эластичными средами осуществляется: гибка, образование бортов по вогнутому контуру и контуру отверстий (отбортовка), по выпуклому контуру (вытяжка), образование на стенках рифтов жесткости и глухих выштамповок (формовка).

Этими способами изготавливают несколько тысяч наименований деталей самолета, трудоемкость выполнения этих операций достигает 15% от общей трудоемкости ЗШР.

Расчет давления q при групповой штамповке необходим для выбора деталей для изготовления этим способом при заданном давлении; размеры деталей подбирают по размерам контейнера. Штамповка эластичными средами является одним из основных методов изготовления деталей самолетов, особенно клепаной конструкции из алюминиевых сплавов.

Гибка

Отличительная особенность операции в том, что внешний изгибающий момент создается не сосредоточенной силой, а распределенным давлением. Необходимое давление q резиновой подушки в контейнере определяют из условия равенства изгибающих моментов внутренних и внешних сил.

Изгибающий момент:

Расчет давления q:

Рисунок 2 Изготовление профиля П-образной формы

Как видно, давление q с увеличением угла ц возрастает, достигая максимального значения в конце операции. Давление зависит главным образом от свойств материала, толщины заготовки и радиуса гиба.

Отбортовка

Рисунок 3 Схема отбортовки отверстия в носовой части нервюры

В данном случае очагом деформации является площадь кольца внешним диаметром Dб (диаметр борта) и внутренним диаметром кромки отверстия Dкр. На торцевой части той же нервюры производится отбортовка по вогнутому незамкнутому контуру.

Давление q, необходимое для деформации борта по вогнутому контуру, можно определить, представляя его в виде суммы q = q1+q2, где, q1 - давление, необходимое для гибки борта по ребру матрицы; q2 - давление, необходимое для пластического растяжения борта в тангенциальном направлении. Величину q1 определяют как q для гибка плоского борта, а q2 приближенно подсчитывают из условия равновесия малого участка борта, ограниченного углом dв.

Вытяжка

Штамповку борта по выпуклому контуру часто применяют при изготовлении деталей нервюр и шпангоутов.

Рисунок 4 Штамповка резиной на формблоке средней части нервюры с бортом выпуклого контура

Представленная на рисунке 4 операция по напряженно-деформированному состоянию относится к вытяжке (без прижима и по незамкнутому контуру).

При штамповке борта по выпуклому контуру, когда в тангенциальном направлении действуют деформации сжатия, толщина заготовки несколько увеличивается, а если напряжения уи больше критического значения, то заготовка теряет устойчивость и технологические возможности операции ограничиваются образованием складок.

Необходимое для отбортовки давление q можно определить при условии отсутствия потери устойчивости заготовки. Примем, что q = q1+q2, где q1 - давление, необходимое для гибки борта по ребру пуансона; q2 - давление, необходимое для пластического сжатия борта в тангенциальном направлении. Значения q2 можно приближенно определить из условия равновесия малого участка борта, ограниченного углом dв. Проецируя силы, действующие на малый участок, на ось, проходящую через центр этого участка, получим:

В этих вычислениях не учитывается упрочнение материала, а толщина заготовки принимается неизменной. Поэтому значение q, определяемое суммой q1+q2, следует принимать как приближенное. Очень затруднительно определение минимально допустимых значений коэффициента вытяжки.

Формовка и обтяжка

При формовке и обтяжке на заготовке нет свободных кромок. Под давлением эластичной среды происходит выпучивание заготовки; полость образуется здесь только за счет утонения стенки

Рисунок 5 Штамповка эластичной средой элементов жесткости

Необходимое давление q может быть определено приближенно по уравнению Лапласа:

у?/R? + уи/Rи = q/s

где R? и Rи - радиус кривизны очага деформации в радиальном и окружном направлениях.

Большее значение давления q необходимо в момент формообразования радиусов ry сопряжения стенок с дном полости. На этой стадии давление может быть примерно определено по формуле

q = увS0/ry

Штамповка эластичными средами и жидкостью отличается большим разнообразием. Развитие этого метода идет в направлении повышения давлений q, обеспечивающих не только формообразование более толстых и прочных заготовок, но и повышение пластичности металла вследствие наложения дополнительных гидростатических давлений.

Литература

1. Рудман Л.И. Справочник конструктора штампов. М.: 1988

2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Ленинград. Машиностроение. 1979

3. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве самолетов. Москва. Машиностроение 1981

4. Зубцов М.Е. Листовая штамповка. Ленинград. Машиностроение. 1980