Холодная штамповка

Введение:

Холодная штамповка-одна из самых прогрессивных технологий получения

заготовок, а в ряде случаев и готовых деталей изделий машиностроения,

приборостроения, радиоэлектронных и вычислительных средств. По данным

приборостроительных и машиностроительных предприятий до 75% заготовок

и деталей изготавливается методами холодной штамповки.

Холодная штамповка является одним из прогрессивных методов получения

узлов и деталей в различных отраслях промышленности.

Характерными чертами процессов холодной штамповки, обеспечивающими

её широкое распространение, являются:

ограниченность номенклатуры оборудования;

простота эксплуатации оборудования;

возможность изготовления изделий из разнообразных материалов;

высокая производительность труда;

низкая квалификация рабочих;

малая себестоимость изделий;

применение инструмента, автоматически обеспечивающего необходимые

точность детали и шероховатость её поверхности;

• малые потери материала, высокий коэффициент его использования;

• возможность механизации и автоматизации процессов.

Специфической особенностью процесса холодной штамповки является

высокая стоимость инструмента-штампов. Этот фактор предъявляет особо

жесткие требования к качеству разработки технологических процессов.

Сейчас применяются разные материалы, но все их принято условно клас-

сифицировать на группы:

• конструкционные материалы – применяются для создания деталей,

узлов РЭС;

• инструментальные стали и сплавы (штампы, пресформы);

• стали и сплавы с заданными физико-механическими свойствами

(радиоматериалы);

- неметаллические материалы (слюда, бумага, картон).

Выбор материала зависит от условий эксплуатации РЭС, от назначения РЭС. Несмотря на большое разнообразие физико-механических свойств,

качество материалов зависит от химического строения, чистоты, от

атомно-молекулярного строения.

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

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

ниям, вытекающим из характера производимых при изготовлении деформаций.

Вследствие этого материал должен обладать определенными физическими,

химическими и механическими свойствами, удовлетворяющими техничес-

ким условиям по толщине и качеству поверхности.

Пригодность материала для штамповки характеризуется, прежде всего, его

механическими характеристиками.

Также наиболее распространенными материалами в холодной штамповке

являются различные сорта листовой и полосовой углеродистой и легирован-

ной стали.

По качеству материала листовая и полосовая сталь разделяются на сорта,

изготовляемые из сталей различных марок:

1. листовая углеродистая сталь – из марок стали обыкновенного качества по ГОСТу 380 – 60 (группа А и Б);

2. листовая углеродистая качественная сталь – из марок качественной стали по ГОСТу 1050 – 60 ;

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

1.1.Механические характеристики:

Сталь 10 ГОСТ 1050 – 60 имеет следующие механические характеристики:

- сопротивление срезу σср=29 кГ/мм² или 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.Химический состав, %

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 дуговая сварка (РДС), автоматическая дуговая сварка (АДС) под флюсом и газовой защи-

той, контактная сварка (КТС).

Обрабатываемость резанием – в горячекатаном состоянии при твердости по

Бринеллю (НВ) 99 – 107 и σв=450 МПа, Кv тв. спл=2,1, Кv б. ст=1,6 (коэффициенты обрабатываемости для условий точения резцами соответственно твердосплавными и из быстрорежущей стали).

Флокеночувствительность – не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости – не склонна.

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 отношение предела текучести σт к пределу прочности σв. Чем оно меньше, тем лучше штампуемость. Для нашего случая σт∕σв=0,493.

Сопротивление среза σср связано с пределом прочности σт соотношением

σср∙0,8σт и определяет усилия, требуемые для реализации штамповочных 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, плохо противостоят напряжениям, возникающим при формообразующих деформациях. С другой стороны, старение, как и наклеп, приводит к повышению твердости и прочности, потере пластичности и ударной вязкости. Последствия явлений старения и механического упрочнения можно устранить за счет предварительного или промежуточных отжигов заготовок.

При оценке штампуемости, кроме механических свойств, следует также принимать во внимание химический состав и микроструктуру материала.

Повышенное содержание примесей, газов, а также легирующих элементов и добавок изменяет структуру металла и его механические характеристики.

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

Таким образом:

- физико-механические свойства материала должны соответствовать процессу и характеру деформаций;

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

2. Анализ технологичности конструкции штампуемой детали.

Технологические процессы холодной штамповки могут быть наиболее рациональным лишь при условии создания технологической конструкции или формы детали, допускающей наиболее простое и экономическое изготовление. Поэтому технологичность холодноштамповочных деталей является наиболее важной предпосылкой прогрессивности технологических методов и экономичности производства.

Произведем качественную оценку технологичности конструкции детали:

- конфигурация детали и ее развертка обеспечивают наивыгоднейшее

использование материала, дают возможность применить малоотходный

раскрой;

- ассортимент марок материала и его толщины максимально унифицирован;

- допуски на размеры холодноштамповочной детали соответствуют эконо-

мической точности операции холодной штамповки;

- контур детали простой;

- размер отверстия, пробиваемого пуансоном соответствует норме для

мягких сталей, т.е. не меньше 1,0 толщины материала;

- при гибке детали радиус изгиба не захватывает широкую часть;

- механические свойства листового материала соответствуют не только

требованиям прочности и жесткости изделия, но также процессу формо-

изменения и характеру пластических деформаций;

- деталь имеет низкую трудоемкость операций;

- требуется наименьшее количество оборудования и производственных

площадей;

- требуется наименьшее количество оснастки.

Общим результативным показателем технологичности является наименьшая себестоимость штампуемой детали.

3. Определение раскроя материала и расчет размеров заготовки.

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

Экономичность раскроя характеризуется коэффициентом использования материала:

η=Sдет∙n/Sл∙100%,

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

n – количество деталей, получаемых из листа или полосы площади Sл.

Найдем площадь нашей детали, для этого выполним 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 геометрической формы детали, а также от ширины перемычек. Наихудшей формой с точки зрения экономии материала является круг.

Ширина полосы определяется по формуле:

B=L+2b+∆п,

где В – ширина полосы, мм (округляется до ближайшего целого числа в большую сторону);

L – размер вырубаемой детали (поперек полосы), мм;

b – ширина боковой перемычки, мм;

∆п – предельные отклонения ширины полосы, 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 и точности штампа, вида подачи полосы в штамп. В приборо- и машиностроении пользуются усредненными размерами перемычек, которые выбираются из таблиц, полученных опытным путем. В ряде случаев при выборе величины перемычки табличные значения следует корректировать.

Выберем лист проката так, чтобы отходы были минимальные:

1500x2000 при толщине листа 2 мм

4. Разработка маршрутной и операционной технологий.

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

1). Выбор листового материала.

2). Разграфка 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 режимов 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;

σср – сопротивление срезу, МПа.

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

Рп=π∙d∙S∙σср=10,05∙2∙286≈5742 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=53104∙0,03=1594 Н

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

Рпр=(Рв+Рп)∙Кпр∙n,

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

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

n=h/S,

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

n=8/2=4,

Рпр=(47362+5742)∙0,06∙4=12745 Н

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

Рс=Рв+Рп+Рсн+Рпр,

тогда суммарное усилие будет равно:

Рс=47362+5742+1594+12745=67443 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 30%, т.е.:

Рпресса=1,3∙Рс,