Реферат: Холодная штамповка

                                      Введение:

   Холодная штамповка-одна из самыхпрогрессивных технологий получения заготовок,  а в ряде случаев иготовых деталей изделий машиностроения, приборостроения, радиоэлектронных и вычислительных средств. По даннымприборостроительных и машиностроительныхпредприятий до 75% заготовок и деталей изготавливается методами холоднойштамповки.    Холодная штамповка является одним из прогрессивных методов полученияузлов и деталей в различных отрасляхпромышленности.  Характерными чертами процессов холодной штамповки, обеспечивающимиеё широкое распространение, являются:-<span Times New Roman"">        -<span Times New Roman"">        -<span Times New Roman"">        -<span Times New Roman"">        -<span Times New Roman"">        -<span Times New Roman"">        -<span Times New Roman"">                     

точностьдетали и шероховатость её поверхности;

-<span Times New Roman"">        

малые потери материала, высокий коэффициент его использования;

-<span Times New Roman"">        

возможность механизации и автоматизации процессов.

   Специфической особенностью процесса холоднойштамповки является

высокаястоимость инструмента-штампов. Этот фактор предъявляет особо

жесткиетребования к качеству разработки технологических процессов.

   Сейчас применяются разные материалы, но всеих принято условно клас-

сифицироватьна группы:

-<span Times New Roman"">        

конструкционные материалы – применяются для создания деталей,

узловРЭС;

-<span Times New Roman"">        

инструментальные стали и сплавы (штампы, пресформы);

-<span Times New Roman"">        

стали и сплавы с заданными физико-механическими свойствами

(радиоматериалы);

   -    неметаллическиематериалы (слюда, бумага, картон).

   Выбор материала зависит от условийэксплуатации РЭС, от назначения РЭС. Несмотря на большое разнообразиефизико-механических свойств,

качествоматериалов зависит от химического строения, чистоты, от 

атомно-молекулярногостроения.         

        1. Анализ физико-механических, химических,

 конструкторско-технологических свойств материала детали.

 Наиболее распространенными материалами,применяемыми в холодноштам-

повочном производстве,являются прокат металлов: стали, меди и её сплавов,

алюминия и алюминиевыхсплавов, никеля и его сплавов, цинка и др., а также неметаллические материалы.Материал детали должен удовлетворять

не только её назначению иусловиям работы, но и технологическим требова-

ниям, вытекающим из характерапроизводимых при изготовлении деформаций.

 Вследствие этого материал должен обладатьопределенными физическими,

химическими и механическимисвойствами, удовлетворяющими техничес-

ким условиям по толщине икачеству поверхности.

 Пригодность материала для штамповкихарактеризуется, прежде всего, его

механическимихарактеристиками.

 Также наиболее распространенными материалами вхолодной штамповке

являются различные сорталистовой и полосовой углеродистой и легирован-

ной стали.

 По качеству материала листовая и полосоваясталь разделяются на сорта,

изготовляемые из сталейразличных марок:

1)<span Times New Roman"">   

листоваяуглеродистая сталь – из марок стали обыкновенного качества по ГОСТу 380 –60  (группа А и Б);

2)<span Times New Roman"">   

листоваяуглеродистая качественная сталь – из марок качественной стали по ГОСТу 1050 –60 ;

 В данном курсовом проекте мы будем работать состалью приведенной в пункте 2).  

  1.1.Механические характеристики:

 Сталь 10 ГОСТ 1050 – 60 имеет следующиемеханические характеристики:

   — сопротивление срезу σср=29 кГ/мм2или 286 МПа;

   — предел прочности (не менее) σв=335 МПа или 34 кГ/мм2;

   — предел текучести σт≈165 МПа;

   — относительное удлинение (не менее)δ=31%;

   — относительное сужение (не менее) ψ=55%;

  1.2.                                     Химическийсостав, %

Углерод

    С

Кремний

   Si

Марганец

   Mn

 Хром

  Cr

  Сера

   S

Фосфор

   P

  Медь

  Cu

Никель

  Ni

Мышьяк

  As

                           не более  

0,07-0,14

0,17-0,37

0,35-0,65

  0,15

  0,04

 0,035

  0,25

  0,25

  0,08

 

1.3. Технологические свойства:

     Температура ковки, оС: начала 1300,конца 700. Охлаждение на воздухе.

     Свариваемость – сваривается без ограничений,кроме деталей после химико-термической обработки. Способы сварки: ручная дуговаясварка (РДС), автоматическая дуговая сварка (АДС) под флюсом и газовой защи-

той, контактная сварка (КТС).

  Обрабатываемость резанием – в горячекатаномсостоянии при твердости по

Бринеллю(НВ) 99 – 107 и σв=450 МПа, Кvтв. спл=2,1, Кvб. ст=1,6 (коэффициенты обрабатываемости для условийточения резцами соответственно твердосплавными и из быстрорежущей стали).

  Флокеночувствительность – не чувствительна.

  Склонность к отпускной хрупкости – несклонна.

  1.4. Физические свойства:

  — модуль нормальной упругости, Е=175 ГПа;

  — модуль упругости при сдвиге кручением, G=68 ГПа;

  — плотность, ρn=7705 кг/см3;

  — коэффициент теплопроводности, λ=42 Вт/(м∙оС);

  — удельное электросопротивление, ρ=521 НОМ∙м;

  — коэффициент линейного расширения,α=14,7∙10-6 1/0С;

  — удельная теплоемкость, С=515 Дж/(кг∙оС).

 С увеличением относительного удлинения δ штампуемость металла улучшается,а с увеличением твердости – ухудшается. На штампуемость влияет и отношениепредела текучести σт  к пределу прочности σв. Чем ономеньше, тем лучше штампуемость. Для нашего случая σт∕σв=0,493.

 Сопротивление среза σсрсвязано с пределом прочности  σт  соотношением

σср∙0,8σт  и определяет усилия, требуемые для реализацииштамповочных операций: чем оно больше, тем более мощным должен быть пресс,более прочными детали штампа. Для нашего случая σср∙0,8σт=788,8 кГ/мм2.

  Металлы, склонные к старению, плохопротивостоят напряжениям, возникающим при формообразующих деформациях. С другойстороны, старение, как и наклеп, приводит к повышению твердости и прочности,потере пластичности и ударной вязкости. Последствия явлений старения имеханического упрочнения можно устранить за счет предварительного илипромежуточных отжигов заготовок.

  При оценке штампуемости, кроме механическихсвойств, следует также принимать во внимание химический состав и микроструктуруматериала.

Повышенноесодержание примесей, газов, а также легирующих элементов и добавок изменяетструктуру металла и его механические характеристики.

  Неметаллические материалы отличаются отметаллов своей структурой, физическими и механическими свойствами; большинствоиз них имеют аморфную или ярко выраженную слоистую или волокнистую структуру. Втоже время они обладают значительно меньшими, чем у металлов, плотностью,твердостью и относительно низкими механическими показателями.

  Таким образом:

  — физико-механические свойства материаладолжны соответствовать процессу и характеру деформаций;

  — формоизменение заготовки, как правило,сопровождается значительным повышением механических характеристик материала,что позволяет использовать в качестве исходного менее прочный, но болеепластичный материал.

 2.  Анализтехнологичности конструкции штампуемой детали.

  Технологические процессы холодной штамповкимогут быть наиболее рациональным лишь при условии создания технологическойконструкции или формы детали, допускающей наиболее простое и экономическоеизготовление. Поэтому технологичность холодноштамповочных деталей являетсянаиболее важной предпосылкой прогрессивности технологических методов иэкономичности производства.

  Произведем качественную оценкутехнологичности конструкции детали:

    — конфигурация детали и ее развертка обеспечиваютнаивыгоднейшее   

      использование материала, дают возможностьприменить малоотходный

      раскрой;

    — ассортимент марок материала и его толщинымаксимально унифицирован;

    — допуски на размеры холодноштамповочнойдетали соответствуют эконо-

      мической точности операции холоднойштамповки;

    — контур детали простой;

    — размер отверстия, пробиваемого пуансономсоответствует норме для

      мягких сталей, т.е. не меньше 1,0 толщиныматериала;

    — при гибке детали радиус изгиба незахватывает широкую часть;

    — механические свойства листового материаласоответствуют не только

      требованиям прочности и жесткостиизделия, но также процессу формо-

      изменения и характеру пластическихдеформаций;

    — деталь имеет низкую трудоемкостьопераций;

    — требуется наименьшее количествооборудования и производственных

       площадей;

    — требуется наименьшее количество оснастки.

  Общим результативным показателемтехнологичности является наименьшая себестоимость штампуемой детали.

3. Определениераскроя материала и расчет размеров заготовки.

 

  Раскрой материала, с одной стороны,определяет схему штампа и, следовательно, сложность его изготовления истоимость, а с другой – количество материала, идущего в отход. И то и другоенепосредственно влияют на себестоимость детали.

  Экономичность раскроя характеризуетсякоэффициентом использования материала:

                                         η=Sдет∙n/Sл∙100%,

 где Sдет– площадь детали без учета потерь, вызванныхгеометрической формой (отверстия, пазы и т.п.);

       n– количество деталей, получаемых из листа или полосыплощади Sл.

  Найдем площадь нашей детали, для этоговыполним развертку:

                                                                     S1=293,9566мм2;

                                                                     S2=29,6мм2;

                                                                     Sдет=S1+S2=323,6мм2.

                                                               Найдем площадь полосы, на которой

                                                               будут располагаться детали: 

                                                                               Sп=85714 мм2.

                                                                Определим коэффициент использования

                                                               материала:                                                                                                             

                                                                               η=323,6∙181/85714∙100%=69%

 Величина η зависит от геометрическойформы детали, а также от ширины перемычек. Наихудшей формой с точки зренияэкономии материала является круг.

 Ширина полосы определяется по формуле:

                                     B=L+2b+∆п,

гдеВ – ширина полосы, мм (округляется доближайшего целого числа в большую сторону);

      L– размервырубаемой детали (поперек полосы), мм;

      b– ширинабоковой перемычки, мм;

      ∆п– предельные отклонения шириныполосы, мм.

   Определим ширину полосы:

      L=22+15=37мм;

      b=2,5мм (табл. 1 [1]);

      ∆п=0,5мм(табл. 2 [1]);

   В=37+2∙2,5+0,5=42,5мм.

 Величина перемычки зависит от многих факторов:конфигурации и размеров детали, пластичности и толщины материала, конструкции иточности штампа, вида подачи полосы в штамп. В приборо- и машиностроениипользуются усредненными размерами перемычек, которые выбираются из таблиц,полученных опытным путем. В ряде случаев при выборе величины перемычкитабличные значения следует корректировать.

  Выберем лист проката так, чтобы отходы былиминимальные:

            1500x2000 при толщине листа 2 мм  

4.Разработка маршрутной и операционнойтехнологий.

  Разработка маршрутной технологии сводится кустановлению последовательности технологических операций, в результатевыполнения которых из заготовки получается готовая деталь.

     1). Выбор листового материала.

     2). Разграфка материала на необходимоечисло полос.

     3). Резка материала на полосы.

     4). Пробивка отверстия.

     5). Вырубка детали.

     6). Проверка готовой детали насоответствие чертежу.

  При разработке операционной технологии длякаждой операции необходимо определить:

     1). Технологические режимы обработки;

     2). Перечень технологической оснастки(штампов, приспособлений,

          инструмента, приборов контроля ит.п.);

    3). Состав основного и вспомогательногооборудования;

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

    5).Нормы времени на выполнение операции.

5.Определение технологических режимов штамповки и выбор       

    пресса.

5.1. Определение технологических режимовштамповки.

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

  Расчетное усилие вырубки Рв(пробивки Рп) определяется поформуле:

                         Рв(Рп)=L∙S∙σср,

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

       S – толщина материала, мм;

       σср– сопротивление срезу, МПа.

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

        L=2∙6,9+24+π∙3,5=82,8 мм,

        Рв=82,8∙2∙286=47362 Н

  Рассчитаем усилие вырубки, которое необходимодля вырубки отверстия в нашей детали:

         Рп=π∙d∙S∙σср=10,05∙2∙286≈5742 Н

  Усилие, необходимое для снятия полосы илидетали с пуансона, определяется

поформуле:

         Рсн=(Рв+Рп)∙Ксн,

где   Ксн– коэффициент, зависящий от сложности вырезаемогоконтура.

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

         Рсн=53104∙0,03=1594 Н

  Усилие проталкивания детали или отхода черезпровальные отверстия матрицы определяется по формуле:

         Рпр=(Рв+Рп)∙Кпр∙n,

где   Кпр– коэффициент проталкивания (выбираем Кпр=0,06),

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

         n=h/S,

где   h– высотапояска матрицы, выбираемая из таблицы 4 [1],

         n=8/2=4,

         Рпр=(47362+5742)∙0,06∙4=12745 Н

  Суммарное усилие, требуемое для выполненияразделительной операции, равно сумме четырех усилий:

         Рс=Рв+Рп+Рсн+Рпр,

тогдасуммарное усилие будет равно:

         Рс=47362+5742+1594+12745=67443 Н

  Затупление режущих кромок пуансонов,неоднородность материала полосы, изменение величины зазора между пуансоном иматрицей вызывают значительное увеличения вырубки – пробивки, поэтому привыборе пресса требуемое усилие Рпресса возьмем больше расчетного на 30%, т.е.:

         Рпресса=1,3∙Рс,

         Рпресса=1,3∙67443=87676 Н

5.2.Выбор пресса.

  Для операций холодной штамповки применяют восновном кривошипные, гидравлические (для изготовления деталей большихразмеров) и прессы-авто-

маты(при большой программе выпуска деталей).

  По технологическому признаку прессы делятсяна:

     — прессы простого действия,

     — прессы двойного действия,

     — прессы тройного действия.

Первыеимеют один движущийся ползун и применяются для вырезки, пробивки,

гибки,формовки, неглубокой вытяжки и других операций. Прессы двойного действия имеютдва независимо движущихся ползуна: наружный для прижима заготовки, а внутренний– для штамповки. Прессы тройного действия применяют на автомобильных заводахдля штамповки кузовных деталей.

  Для данной детали будем применять прессыпростого действия.

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

 Модель

Усилие,

    кН

Ход

пол-

зуна

мин-1

Час-

тота

хода

мин-1

Закры-

  тая

высота

   мм

Толщина

подштамп.

плиты

   мм

Регул.

поло-

жения

ползу-

на, мм

Размер

 стола

 АxВ,

  мм

Диа-

метр

отв. в

плите

  мм

Диа-

метр

отв. в

ползу-

не, мм

Глуби-

   на

отв. в

ползу-

не, мм

КД2120

   100

5...50

  120

  200

      32

   40

360x240

   80

   30

     60

           

  Определим закрытую высоту штампа Н, котораядолжна находиться в пределах:

                   Нп — Нплт — ∆п — ∆с ≤ Н ≤ Нп — Нплт

Здесь Нп– закрытая высота пресса;

           Нплт– толщина подштамповой плиты;

           ∆п– регулировкаположения ползуна;

           ∆с– регулировкаположения стола.

  Закрытая высота штампа находится в пределах:

                                         128≤ Н ≤ 168          

6.   Проектированиетехнологической оснастки – штампов.

6.1. Выбор схемы действия штампа.

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

  Поспособу действия различают штампы простые, последовательные и совмещенные.

  Поколичеству операций штампы могут быть одно- или многооперационными.

  Поспособу подачи материала – с неподвижным или подвижным упором, словителями, с боковыми шаговыми ножами, с ручной или автоматической подачейполосы или ленты и т.д.

 Для данной детали целесообразно выбрать штамппоследовательного действия, так как этот штамп обеспечивает высокуюпроизводительность за счет автома-

тическогоудаления деталей через провальное окно. Готовая деталь получается за два ходаползуна пресса. За первый ход пробивается отверстие в заготовке,

азатем, после подачи полосы влево на один шаг, вырубается деталь.

  Технологическая схема последовательнойштамповки приведена на  рис.1.

          

                                                                          1 – пуансон для пробивки отверстия,

                                                                          2 – съемник,

                                                                          3 – лента (полоса),

                                                                           4 – пуансондля вырубки детали,

                                                                          5 – матрица,

                                                                          6 – деталь,

                                                                           7– отход.

  Выбранный нами штамп имеет среднюю ипониженную (12-15 квалитеты) точность штамповки; может производить штамповкунебольших деталей, которые имеют погнутость; наибольшие размеры деталей исредний диапазон толщины у вытяжных деталей составляет до 250 мм при толщине от0,2 до 3 мм,

уразделительных и гибочных – до 5000 мм при толщине до 10 мм; имеет повышеннуюпроизводительность штамповки; возможна работа на прессах с числом ходов 400 вминуту и выше; широко применяется для изготовления плоских, гнутых и полыхдеталей небольших размеров; трудоемкость и стоимость изготовления штампов длявырубки деталей простой конфигурации меньше, чем стоимость совмещенных штампов.

6.2. Расчет конструкции штампа.

6.2.1. Расчет исполнительных размероврабочих деталей штампов.

  При вырубке наружного контура детали  размером D-∆, где D-номинальный

размердетали, ∆-отклонение данного размера, исполнительные размеры определяютсяпо формулам:

    для матрицы – Dм=(D-∆)+δм;

    для пуансона – Dп=(D-∆-z)-δп.

  Здесь: Dми Dп– сопрягаемыеразмеры соответственно матрицы и пуансона;

              δми δп– отклоненияразмеров (табл. 6[1]);

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

  Определим исполнительные размеры для матрицы:

     для длины Dм=(37-0,05)+0,040;

     для ширины Dм=(8,4-0,05)+0,040.

  Определим исполнительные размеры для пуансона:

      для длины Dп=(37-0,05-0,14)-0,020;

      для ширины Dп=(8,4-0,05-0,14)-0,020.

  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– сопрягаемыеразмеры соответственно матрицы и пуансона.

Остальныеобозначения – прежние (табл. 6[1]).

  Определим исполнительные размеры для матрицы:

    dм=(3,2+0,05+0,14)+0,040;  

  Определим исполнительные размеры для пуансона:

         dп=(3,2+0,05)-0,020.

  Определим высоту матрицы Нм:

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

         Нм=0,3∙40=12мм .

  Определение рабочей зоны и габаритов матрицырассматривается в разд. 6.3.

6.2.2. Определение центра давленияштампа.

  Ось хвостовика необходимо располагать вцентре давления штампа для пре-

дотвращенияперекосов, несимметричности зазора, износа направляющих элементов штампа ибыстрого выхода из строя рабочих деталей.

 

<img src="/cache/referats/7642/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

<img src="/cache/referats/7642/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

  Таким образом, вычисленный центр давленияштампа (4,95 мм;19,1 мм) необходимо расположить на осихвостовика.

6.2.3. Выбор материалов для изготовлениядеталей штампа.

 Материалы, применяемые для изготовления деталей вырубных и пробивныхштампов:

  Детали штампов

        Марки материала

 Термообработка

   основная

 заменители

Пуансоны и матрицы простой формы

У10, У10А,

Х12Ф1

 5ХВ2С,  Х12М

Калить пуансоны – HRC 54-68; матрицы – HRC 56-60

Плиты блоков

Чугун

СЧ 21-40

  Стальное литье

    30Л, 40Л

        _____________

Хвостовики

Стали 35, 40

  Ст4 и Ст5

         _____________

Колонки направляющие

Сталь 20

Стали 45, 50

  Ст2

Цементировать на глубину 0,5-1 мм; калить HRC 58-62,

 калить HRC 45-60

Втулки направляющие

Пуансонодержатели

Стали 35, 45

  Ст3

         ______________

Плитки подкладные

Сталь 45

  Ст5

Калить HRC 40-45

Съемники направляющие

Сталь 45

  Сталь 40

­­­­­­­­­­          ______________

Съемники

Ст3

  Сталь 25

Упоры

Сталь 45

  __________

Калить HRC 40-45

Прижимы, выталкиватели,

направляющие планки

Стали 40, 45

  Ст5

</td
еще рефераты
Еще работы по материаловедению