Анализ исходных данных
Выбор типа производства
Выберем тип производства по [1, с. 7]. Основной характеристикой серийности в штамповочном производстве является количество операций, закреплённых за прессом и программа выпуска. Так как за прессом закреплена одна операция, а программа выпуска составляет 15000 деталей, принимаем массовое производство. В крупносерийном и массовом производстве холодная листовая штамповка характеризуется применением сложных совмещено комбинированных штампов, многопозиционной последовательной штамповки в ленте, механизацией и автоматизацией процессов штамповки, созданием быстроходных автоматических прессов и специальных автоматов, применением методов, заменяющих чистовую обработку резанием.
Анализ технических требований
Эскиз детали изображён на рисунке 1.1.
Рисунок 1. Эскиз детали.
Сопрягаемыми поверхностями детали являются два отверстия 1, шестигранное отверстие 2 и плоскость детали 4. Контур детали 3 и плоскость 5 являются несопрягаемыми поверхностями. Присутствуют все необходимые размеры и допуска.
Допуска размеров, определяющих форму наружного контура 3, соответствуют 10-12 квалитетам точности. Допуска размеров отверстий детали соответствуют 9 и 12 квалитетам точности. Выполнение таких технических требований обеспечивается штамповкой в штампе совмещённого действия. Все технические требования могут быть выполнены методами холодной листовой штамповки.
Анализ свойств материала детали
Сталь 17Х18Н9 обладает следующими свойствами согласно [2]: химический состав стали 17Х18Н9:
- углерод – 0.13…0.21%
- кремний – 0…0.8%
- марганец – 0…2%
- хром – 17…19%
- никель – 8…10%
- сера – 0…0.02%
- фосфор – 0…0.035%
Физические свойства:
- относительное удлинение – 35%
- предел текучести – 185 МПа
- предел прочности – 590 МПа.
- сопротивление срезу – 500 МПа.
Отношение предела текучести к пределу прочности составляет σт/σв=0.31 при оптимальном 0.3. Так как форма детали не предполагает применение формоизменяющих операций, то соотношение σт/σв=0.31 приемлемо. Особенностью корозионно-стойких сталей [3] является высокое сопротивление деформированию и интенсивное упрочнение в процессе холодное штамповки.
Анализ технологичности конструкции
Деталь технологична по следующим показателям [1]:
- конфигурация детали обеспечивает выгодное использование листового материала, позволяет применять малоотходный раскрой;
- отсутствуют узкие длинные вырезы и прорези контура, конфигурация детали несложная;
- сопряжения сторон наружного контура выполнены с закруглением;
- отверстия в детали больше наименьшего размера пробиваемых отверстий (0.1×s), где s – толщина материала, составляет 2 мм;
- наименьшее расстояние от края отверстия до прямолинейного наружного контура превышает толщину листа, расстояние от шестигранного отверстия до криволинейного контура превышает 1.5×s;
- расстояние между отверстиями при одновременной пробивке превышает 3s.
Деталь нетехнологична, так как присутствуют острые углы при переходе между отдельными элементами её контурами.
ВЫБОР ВАРИАНТА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРЫТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
С учётом задания на курсовой проект и формы детали выберем технологическую схему штампа по [4]. Выбранная схема изображена на рисунке 2.1.
Рисунок 2. Технологическая схема штампа совмещённого действия
1 – пуансон пробивной; 2 – матрица вырубная; 3 – пуансон пробивной – матрица вырубная; 4 – выталкиватель; 5 – съёмник; 6 – заготовка; 7 – деталь; 8 – отход.
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА РАСКРОЯ
(подробно в Стеблюк. Марченко, стр. 12-19)
Так как сопряжение различных участков наружного контура происходит с закруглением, примем раскрой с отходами. Рассмотрим раскрой листов размера 1000×2000 миллиметров и 1256×2500 миллиметров. Для обоих типоразмеров листов применяем прямой (рисунок 3.1) раскрой, при котором лист разрезается на полосы наибольшей длинны.
Выбираем перемычки по данным в [5]. Для материала толщиной s=2 миллиметра и наибольшего размера штампуемых заготовок А=60 миллиметров принимаем межконтурную перемычку а=2,52 мм, перемычку в=2,16 мм.
Определим ширину полосы по формуле 2.1:
Вп=(А+2(а+δ)+δ’+zн)-δ-δ’ (2.1)
где А – размер детали, А=60 мм;
а – межконтурная перемычка, а=2,52 мм;
δ – допуск на отрезку на гильотинных ножницах, δ=0,7 мм;
δ’ – допуск на расстояние между направляющими планками, определяем по [4] δ’=0.25 мм;
zн – зазор между пластиной и направляющей, определяем по [4] zн=1мм
Подставив в формулу найденные величины, получим:
Вп=(60+2(2,52+0,7)+0,25+1)-0,7-0,25=67,7-0,95 мм
Определяем число полос из листа по формуле 2.2:
(2.2)
где В – ширина листа;
Определяем число деталей из одной полосы по формуле 2.3:
(2.3)
где L – длина листа.
Определяем количество деталей с листа по формуле 2.4:
(2.4)
Определение показателей эффективности раскроя:
- коэффициент использования металла по формуле 2.5:
(2.5)
где f – площадь детали, f=1128.24 мм2;
- коэффициент раскроя по формуле 2.6:
(2.6)
где nряд – количество рядов деталей в полосе, nряд=1;
t – шаг штамповки, t=34.52 мм;
- норма расхода материала на 1000 деталей по формуле 2.7:
(2.7)
где s – толщина материала, s=2 мм;
ρ – плотность материала, ρ=7,85×10-3 кг/мм3;
Определим параметры раскроя для листа 1000×2000 мм:
- число полос из листа:
- число деталей из одной полосы:
- количество деталей с листа:
- коэффициент использования металла:
- коэффициент раскроя:
- норма расхода материала на 1000 деталей:
Определим параметры раскроя для листа 1256×2500 мм:
- число полос из листа:
- число деталей из одной полосы:
- количество деталей с листа:
- коэффициент использования металла:
- коэффициент раскроя:
- норма расхода материала на 1000 деталей:
Окончательно принимаем лист 1256×2500 мм, так как его раскрой более эффективен.
Здесь нужны эскизы раскроя детали на листе
РАСЧЁТ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ШТАМПОВКИ
Суммарное операционное усилие при работе с пружинным съёмником определяются по формуле 4.1:
(4.1)
где P – деформирующее усилие, определяется по формуле 4.2
P=kLsσср (4.2)
где L – длина периметра контура детали, L=258.76 мм;
s – толщина материала детали, s=2 мм;
σср=500 МПа – напряжение среза для данного материала;
k = 1.25 – коэффициент, учитывающий износ матрицы и пуансона.
Подставив известные величины в формулу 4,2 получим:
P=1.25∙258.76∙2∙500=323650.539Н
Pпр – усилие проталкивания, определяется по формуле 4,3:
Pпр=kпр∙P∙n (4.3)
где kпр – коэффициент, устанавливающий соотношение между Pпр и P, при вырубке с обратным выталкиванием kпр=0,1;
n – количество деталей, находящихся в шейке матрицы, с учетом схемы штампа принимаем n=1;
подставив найденные величины в формулу 4,3, получим:
Pпр=0,07∙323650,539∙1=22655.54Н
Pсн – усилие, необходимое для снятия полосы с пуансонона, определяется по формуле 4,4:
Pсн=kсн∙P (4.4)
где kсн – для однопуансонного пробивного штампа и толщины металла 2 мм kсн составляет 0,08. Подставив в формулу 4,4 найденные величины:
Pсн=0,08∙323650,539=25892.04Н
Усилие, которое должен обеспечить прижим рассчитывается по формуле 4,5:
Pпрж=L∙s∙qпрж (4,5)
где qпрж – удельное давление прижима, для s=2 мм qпрж = 20МПа. Подставив в формулу 4,5 значение коэффициента, получим:
Pпрж=258,76∙2∙20=10350,4Н
Подставим найденные значения величин в формулу 4,1:
Pоп=323650,539+22655.54+25892.04+10350,4=382548.519Н
Для определения запаса энергии, которой должен располагать пресс, осуществляющий вырубку-пробивку, определяется работа деформации по формуле 4,6:
A=λ∙Pоп∙h (4.6)
где λ – коэффициент, для толщины металла 2 мм и напряжения среза 500 МПа, составляющий λ=0,35. Подставив его в 4.6, получим:
A=0,35∙382548.519∙0,002=267.78Дж
РАСЧЁТ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШТАМПА
Расчёт исполнительных размеров рабочих размеров штампа
По виду и толщине штампуемого материала определяем зазор z между матрицей и пуансоном и допуск на зазор ∆z по [5 с. 67 табл. 14]. Выбираем зазор z=0.18 мм и допуск на зазор ∆z=+0.05 мм.
При вырубке контура детали основной деталью является матрица,, при пробивке отверстий основной деталью является пуансон.
При износе размеры основной матрицы будут увеличиваться, а размеры основных пуансонов будут уменьшаться.
Исходя из направления износа основных деталей определим характер изменения размеров детали:
- размеры отверстий диаметром 8 и шестигранного отверстия с диаметром описанной окружности 16 будут уменьшаться;
- размеры 60, 20, радиусы 16 и 4 будут увеличиваться в процессе износа;
- межосевое расстояние 40 в процессе износа будет оставаться неизменным.
Определим припуск на износ по предельным отклонениям размеров элемента штампуемой детали по [5 с.64, табл. 13]:
- отверстие диаметром 8: Пи=0,036; δм=0,011; δп=0,008;
- шестигранное отверстие диаметром 16: Пи=0,043; δм=0,012; δп=0,009;
- размер 60: Пи=0,25; δм=0,06; δп=0,06;
- размер 20: Пи=0,12; δм=0,035; δп=0,035;
- радиус 16: Пи=0,07; δм=0,021; δп=0,015;
- радиус 4: Пи=0,1; δм=0,03; δп=0,022;
Учитывая контур получаемой детали, величину зазора и допуск на зазор, принимаем совместный способ изготовления (подгонка).
Определим исполнительные размеры основных деталей.
- диаметр пуансона 8: Dп8=(Dпmin + Пи)-δп=8,2 + 0,036=8,236-0,008 мм
- шестигранный пуансон: Dп16=(Dпmin + Пи)-δп=16 + 0,043=16,043-0,009 мм
- размер матрицы Lм60= (Lмmax – Пи)+δм=60,2 – 0,25= 59,95+0,06 мм
- размер матрицы 20: Lм20= (Lмmax – Пи)+δм=20,1 – 0,12= 19,98+0,035 мм
- радиус контура 16: Rм16= (Rмmax – Пи)+δм=16,1 – 0,07= 16,03+0,015 мм
- радиус контура 4: Rм4= (Rмmax – Пи)+δм=4 – 0,03= 3,97+0,022 мм
Конструирование штампа
Размеры рабочей зоны штампа составляют ар=60 мм, вр=32 мм. По [4, с. 75 табл. 17] соответствуют размеры матрицы Аг=125 мм и Вг=80 мм.
Определяем диаметры винтов и штифтов по [4, с.77 табл.18]. Найденному операционному усилию и принятым размерам матрицы соответствует винт М10 и штифт диаметром 10 мм.
Толщина матрицы определяется по формуле
где Км – коэффициент, учитывающий временное сопротивление разрыву штампуемого материала, σв=590 МПа, тогда Км = 1,3;
Тогда толщина матрицы составит:
Выполним проверку по формуле
Окончательно принимаем толщину матрицы Н=36мм.
Определяем координаты отверстий под элементы крепления по [4, с. 77, табл. 19]:
-диаметр отверстий для винтов dов=dв+1=10+1=11мм;
-диаметр отверстий под головки винтов Dов= dов+2=11+2=13мм;
- расстояние от короткого края матрицы до отверстия под болт е1=15мм;
-расстояние между отверстиями под винт и под штифт е2=20мм;
-расстояние от отверстия под штифт до скруглённого участка рабочего контура е3=0,8dов=0,8*11=8,8мм;
-расстояние от скруглённого участка рабочего контура матрицы до края матрицы е4=1,2Н=1,2*36=43,2мм;
-расстояние от отверстия под штифт до прямолинейного участка рабочего контура матрицы е5=dов=11мм;
-расстояние от края матрицы до прямолинейного участка рабочего контура матрицы е6=2,5Н=2,5*36=90мм;
-расстояние от длинного края матрицы до отверстия под винт е11=1,4dов+(Dов- dов)/2=1,4*11+(13-11)/2=16,4мм;
По найденным габаритным размерам матрицы выбирается блок имеющий достаточную площадь установочной площадки для матрицы по [4, с. 444]. Выбираем блок с диагональным расположением колонок, порядковый номер – 10.