Листовая штамповка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Холодная листовая штамповка является одним из наиболее прогрессивных технологических методов производства; она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов, как в техническом, так и в экономическом отношении.

В техническом отношении холодная штамповка позволяет:

1. получить деталь весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки или невозможно или затруднительно;
2. создать прочные и жесткие, но легкие по массе конструкции деталей при небольшом расходе материала;
3. получить взаимозаменяемые детали с достаточно высокой точностью размеров, преимущественно без последующей механической обработки.

В экономическом отношении холодная штамповка обладает следующими преимуществами:

1. экономным использованием материала и сравнительно небольшими отходами;
2. весьма высокой производительностью оборудования, с применением механизации и автоматизации производственных процессов;

3. массовым выпуском и низкой стоимостью изготовления деталей.

Наибольший эффект от применения холодной штамповки может быть обеспечен при комплексном решении технических вопросов на всех стадиях подготовки производства, начиная с создания технологичных конструкций или форм деталей, допускающих экономичное изготовление их.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     1 Общая характеристика детали

            1.1 Описание и характеристика детали

            Деталь «Колпачок» - предназначена для герметизации узкогорлой тары и предотвращению вытекания жидкой продукции. Эскиз детали представлен на рисунке 1.

                   

         Рисунок 1 – Эскиз детали «Колпачок»

   

        Материалом детали являются алюминиевые листы марки EA AW-8011A/H14 . Данный

сплав характеризуется хорошими механическими свойствами, высокой пластичностью, хорошо подвергается обработке давлением (резке, вытяжке, формовке, гибке и пр.). Химический состав алюминиевых листов марки EA AW-8011A/H14   представлен в таблицу 1.

Таблица 1.  -  Химический состав алюминиевых листов марки EA AW-8011A/H14  

Химический элемент	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti
Содержание, %	0,40-0,80	0,50-1,0	До 0,10	Не более      0,10	Не более      0,10	Не более      0,10	Не более        0,10	Не более      0,05

 

Механические свойства стали 10кп представлены в таблице 2.

 

Таблица 2. -  Механические характеристики алюминиевых листов марки EA AW-8011A/H14  

Марка материала	Предел выносливости, ,МПа	Предел текучести, ,МПа	Сопротивление срезу, ,МПа
EA AW-8011A/H14	135	127	94.5

 

 

         1.2 Характеристика применяемых листоштамповочных операций.

 

При изготовлении детали «Колпачок» применяются такие операции как резка, вырубка, вытяжка, ролирование.

Вырубка -  полное отделение металла по замкнутому контуру при котором отделяемая часть заготовки является изделием. Вырубка является наиболее распространенной операцией из группы резки; она производится при помощи вырубного штампа.

Вытяжка - это процесс превращения плоской или полой заготовки в открытое сверху полое изделие, осуществляемый при помощи вытяжных штампов. Исходя из формы и технологических особенностей листовой штамповки, полые детали, получаемые вытяжкой, можно разделить на несколько основных групп: 1) детали, имеющие форму тела вращения; 2) детали коробчатой формы; 3) детали сложной формы.

Детали, имеющие форму тела вращения, могут быть с фланцем или без фланца, с плоским или с фасонным дном.

Детали коробчатой формы могут иметь квадратные, прямоугольные, криволинейные боковые стенки с фланцем или без фланца; дно у них может быть плоское или фасонное.

В зависимости от формы детали заготовка подвергается либо вытяжке в чистом виде, либо вытяжке в сочетании с формовкой, гибкой и обжимом или с отбортовкой.

Вытяжку производят на кривошипных прессах двойного и тройного действий, кулисных прессах двойного действия с подвижным нижним столом, кривошипных прессах простого действия (одноходовых) с пневматическим или гидропневматическим устройством (подушкой), а также на гидропрессах простого и двойного действий.

По характеру и степени деформации различают:

1) вытяжку без утонения стенок;

2) вытяжку с утонением стенок (протяжку);

3) комбинированную вытяжку.

В первом случае вытяжка происходит без заранее обусловленного изменения толщины материала стенки изделия, но при значительном уменьшении диаметра заготовки; во втором - вытяжка осуществляется за счёт заранее предусмотренного уменьшения толщины стенки вытягиваемого полуфабриката при незначительном уменьшении его диаметра. Комбинированная вытяжка характеризуется одновременно значительным уменьшением диаметра и толщины стенки вытягиваемого полуфабриката.

В зависимости от относительной толщины заготовки или полуфабриката вытяжку производят с применением или без применения прижима.

В большинстве случаев вытяжки полые детали подвергаются последующей обрезке кромок или фланца, для чего предусматривается специальный припуск на обрезку. Необходимость обрезки объясняется рядом причин: анизотропией холоднокатаного металла и образованием фестонов, неточностью фиксации заготовки на матрице, неравномерностью толщины материала, зазора и смазки и т. п.

Ролированием называется процесс формирования геометрии колпачка и укладка укупорочной прокладки.

 

 

      

         1.3 Анализ технологичности детали.

 

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

Под технологичностью следует понимать такую совокупность свойств и конструктивных элементов, которые обеспечивают наиболее простое  и экономичное изготовление деталей при соблюдении технологических и эксплуатационных требований к ним. Основные технологические требования к конструкции плоских деталей, получаемых вырубкой и пробивкой:

1. Необходимо избегать сложных конфигураций с узкими и длинными вырезами контура или очень узкими прорезами.
2. При применении цельных матриц сопряжения в узлах внутреннего контура следует выполнить с радиусом закругления. В составных матрицах сопряжения сторон делать без закругления.
3. Сопряжения сторон наружного контура следует выполнить с закруглением лишь при вырубке детали по внешнему контуру. Для возможности применения безотходного производства следует наоборот, допускать сопряжения сторон под прямым углом.
4. Следует избегать вырубки длинных и узких деталей постоянной ширины, заменяем вырубку расплющиванием проволочных заготовок.
5. Наименьшие размеры для пробиваемых отверстий для твердой стали:

- с круглым пуансоном 1,3;

- с прямоугольным пуансоном 1,0S.

6. Наименьшее расстояние от края отверстий до прямолинейного наружного контура должно быть не менее S для фигурных крупных отверстий и не менее 1,5 S, если края отверстий параллельны контуру стали.
7. Не следует располагать отверстия в заготовке, подлежащей гибке, близко к радиусу закругления детали.

8. Наибольшее расстояние между  отверстиями при одновременной  их пробивке равно (2÷3)S.

Основные технологические требования к конструкции полых листовых деталей, изготовленных вытяжкой:

1. Необходимо по возможности избегать весьма сложных и несимметричных форм вытягиваемых деталей, прибегая к ним лишь в случае явной конструктивной необходимости.
2. Радиусы закруглений у фланца должны быть по возможности больше, а радиусы закругления у дна могут быть взяты меньшими: r³(2¸4)S. Сопряжение стенок с дном без радиуса закругления может быть выполнено путем дополнительной калибровки или при штамповке весьма толстых заготовок (D/S£20 при m>0,7).
3. Необходимо избегать глубоких вытяжек с широким фланцем (D>3d при h³2d), требующих большого количества операций.
4. Полуоткрытые несимметричные формы полых деталей нужно проектировать, учитывая возможность спаренной вытяжки с последующей разрезкой на две детали.
5. В прямоугольных коробках следует избегать острых углов в плане и у дна детали, кроме случаев изготовления коробок методом холодного выдавливания.
6. При вытяжке полых деталей сложной конфигурации необходимо предусматривать те или иные технологические базы для фиксирования заготовок на операциях.

 

 

 

 

 

      2 Маршрутный технологический процесс изготовления.

       2.1 Основные критерии выбора технологического процесса изготовления изделия

 

Качество конструкторско-технологической подготовки производства определяется уровнем разработки технологии на четырех основных этапах:

- отработка технологичности  конструкции детали, узла, изделия;

- разработка маршрутной технологии, определение потребности в оборудовании, оснастке, средствах автоматизации и механизации, укрупненный анализ технико-экономических показателей производства нового изделия;

- разработка рабочей  технологии, проектирование штампов, другой оснастки, средств автоматизации  и механизации;

- наладка и внедрение новых технологических процессов, корректировка их по результатам наладки.

На первом этапе конструкторы при участии технологов по различным видам обработки и сборке создают технологичную конструкцию изделия, осуществляют увязку конструкторских идей с требованиями и возможностями производства. К этой работе следует приступать в начальной стадии конструкторских разработок нового изделия.

В ходе отработки технологичности решается задача достижения необходимого уровня качества детали (узла, изделия) при минимальных материальных, трудовых и энергетических затратах. Важнейшие требования развития технологии, которые обеспечиваются на данном этапе, следующие:

- применение экономичных  способов штамповки;

- укрупнение деталей, сокращение числа штампованных деталей в узле, изделии по сравнению с известными аналогами;

- применение прогрессивных  материалов и, в первую очередь, низколегированных сталей, экономичных профилей, эффективное использование материалов и отходов;

- автоматизация и механизация производственных процессов, применение прогрессивного оборудования;

- необходимая стойкость  и работоспособность штампов;

- рациональная унификация  и стандартизация элементом в новом изделии и в оснастке для его изготовления.

Второй этап включает разработку маршрутной технологии и анализ на ее основе

уровня технологии, ее количественную оценку по ряду технико-экономических показателей: суммарной норме расхода материала и коэффициенту использования материала на изделие и по видам материала; трудоемкости по узлам, на изделие в целом, по группам оборудования; ожидаемому уровню автоматизации и механизации. Данные критерии позволяют активно воздействовать на конструкцию, совершенствовать ее, нацеливая отработку конструкции на конкретные объекты. Результаты разработки второго этапа служат также исходными данными для проекта реконструкции производства или строительства нового завода, цеха, для выбора и заказа оборудования.

Третий этап - разработка рабочей технологии и другой конструкторско-технологической документации, запуск ее в производство, поэтапное изготовление штампов.

На четвертом этапе, заключительном, осуществляется реализация разработок, технологической   подготовки   производства.

Проектируемая технология должна быть сориентирована на определенные методы обработки и состав оборудования.

Задачу рационального использования материала решают следующими путями:

- комбинированным раскроем, совместной штамповкой нескольких деталей;

- использованием отхода, образующегося при штамповке или резке для изготовления других заготовок или деталей;

           - оптимизацией раскроя;

          - применением листа кратных размеров или рулона.

Важно, чтобы при освоении производства новых деталей или изделий сортамент применяемых материалов не расширялся, а планомерно сокращался, т. е. обоснованное введение новых типоразмеров проката должно с избытком компенсироваться за счет действующего сортамента.

 

       2.2 Определение маршрутного техпроцесса изготовления детали «Колпачок»

 

       Проектирование технологического процесса в целом сводится к установлению порядка операций с указанием режима и потребного оборудования.

В технологический процесс изготовления детали включают:

1. последовательность изготовления деталей по операциям;

2) последовательность участков, на  которых изготавливаются детали;

3) указание основного, необходимого  и вспомогательного  оборудования;

4) указания оснастки (штампов, приспособлений и инструментов);

5) пооперационные нормы времени;

6) общие  данные о детали (номер, количество  на  изделия, материал  и   др.)

Существующий технологический процесс производства детали «Колпачок» в условиях предприятия ИП «Алкопак» представлен на рисунке 2.

 

Транспортирование
Резка
Транспортирование
Вырубка, вытяжка
Транспортирование
Нанесение покрытий
Транспортирование
Ролирование
Транспортирование
Сборка
Транспортирование

 

Рисунок 2- Схема базового технологического процесса производства детали «Колпачок»

 

        

 

 

 

 

 

 

 

 

         3 Расчёт технологических параметров процесса

1. Определение формы и размеров заготовки

 

       Для вырубки заготовки рассматривается деталь в развёрнутом виде и определяются наибольшие размеры заготовки данной формы.

       Исходной заготовкой для вытяжки детали типа цилиндра является круг. Его диаметр Dз определяют исходя из требуемых формы и размеров штампуемой детали.

       Вследствие неоднородности структуры штампуемого металла верхние кромки деталей, а также края фланцев у деталей с фланцем после вытяжки получаются неровными. Поэтому при расчете диаметра исходной заготовки необходимо учитывать припуск DH на обрезку детали по высоте или DD - на обрезку неровных кромок фланца детали.

        Значения припусков определяются в соответствии с рекомендациями [1]. Расчет диаметра  исходной  заготовки Dз выполняют исходя из условия равенства площади боковой поверхности (расчет ведут по срединной линии сечения) детали после вытяжки - площади поверхности исходной заготовки. Расчет площади боковой поверхности детали можно выполнять, суммируя площади поверхности ее отдельных элементов. Формулы для расчета диаметра заготовок и высоты наиболее распространенных видов деталей типа тел вращения приведены [1].

                                                                                                                          (1)                                                

 
         Расчётная схема представлена на рисунке 3.

Рисунок 3- Схема определения размеров заготовки

 

 

       Принимаем диаметр заготовки с учётом припуска на обрезку Dз=96 мм

 

2. Определение раскроя материала и КИМ

 

         Проектирование раскроя листового материала, в результате которого определяют коэффициент использования материала, является важнейшим этапом разработки технологического процесса. В общих расходах на изготовление, т. е. в себестоимости изделий листовой штамповки, затраты на материал достигают 50-70 % и более. Но снижение затрат на материал в ряде случаев приводит к увеличению сложности инструментально-штамповочной оснастки и оборудования. Задачи оптимизации технологического процесса штамповки в целом решаются только при комплексном рассмотрении технико-экономических показателей, характеризующих производство. Вариант процесса листовой штамповки определяется видом исходного материала, видом заготовки, поступающей на основные штамповочные операции, типом раскроя или числом рядов при раскрое, конструкцией штампа, уровнем организации, механизации и автоматизации производства.

            Операции раскроя материала обычно выполняют на специальных раскройно-заготовительных участках. Материал разрезают на ленты, полосы или карточки различной формы с помощью гильотинных и дисковых ножниц. При этом производятся следующие операции: обрезка дефектных кромок листов; отрезка полей листов для получения размеров, кратных соответствующим размерам заготовок в виде полос, карточек; разрезка на полосы, карточки.

             На гильотинных ножницах, как правило, выполняют разрезку листа на крупные штучные заготовки прямоугольной, трапецеидальной, ромбовидной и треугольной формы. При вырезке крупногабаритных деталей, а также при параллельном раскрое получаются большие отходы по краям заготовок; экономию материала удается получить при применении косого раскроя полос из листа. Для мелкосерийного производства, как правило, применяют комбинированный раскрой, когда лист раскраивают на полосы неодинаковой ширины для вырубки из них различных деталей. При комбинированном раскрое получают более высокий коэффициент используемого материала. На дисковых ножницах осуществляют разрезку листа на полосы.

            Для раскроя рулонного материала на полосы и карты применяются специальные линии для поперечного и продольного раскроя. По сравнению с использованием листа это обеспечивает лучшее использование материала за счёт снижения отходов. На указанных линиях выполняется продольный раскрой широкой ленты на более узкие, поперечный раскрой рулонной стали на карты, штамповка непосредственно из рулона; смешанный раскрой, совмещающий продольный и поперечный.

             Если контур изделия при раскрое листового материала криволинейный замкнутый или незамкнутый, для вырубки применяются штампы. Контуры вырубаемых заготовок должны быть удалены друг от друга на величину технической перемычки.

             Основное назначение перемычки – компенсировать погрешности подачи материала и фиксации его в штампе с тем, чтобы обеспечить полную вырубку детали по всему контуру и предотвратить получение бракованных деталей. Штамповку перемычки выполняют наименьшей для снижения расхода материала, а также для уменьшения усилий, необходимых для снятия материала с пуансона. Но размеры перемычек должны учитывать допуски на ширину полосы, ленты и возможные неточности подачи материала в штамп для исключения разрыва отхода материала при подаче полосы и попадания его в матрицу при вырубке. Перемычка между контурами деталей называется межконтурной и обозначается . Перемычка между контуром детали и краем полосы называется боковой и обозначается а.

Размер перемычки зависит от толщины материала, от  размеров и конфигурации вырубаемой детали, от способа подачи полосы, от типа раскроя, а также частично от типа упора и т. д..

             Для данного изделия применяют четырёхрядный раскрой шахматного типа, представленный в Приложении А.

             Расчет номинальной ширины полосы проводят исходя из условия поставки исходного листа. В целях повышения технологичности процесса разрезаем исходный лист на две равные части:

                                                                                                                     (2)

где, – ширина исходного листа, мм;

                Вырубку круглых деталей можно производить из листа, полосы, ленты, рулона в один, два и более рядов при параллельном и шахматном расположении, т. е. имеется несколько вариантов раскроя.

              При шахматном раскрое круглых деталей на полосе последовательность расчёта норм расхода материала следующая.

             Продольный шаг подачи материала:

,                                                                                                                                    (3)

           Число заготовок в одном продольном ряду:

                                                                                                                                    (4)

где, L-длина исходного листа, мм;

 

 

=828÷97,4=8,5 шт. ;

            Принимаем число заготовок в одном продольном ряду 

            Расстояние между крайними осями заготовок в продольном ряду:

=97,4 (8-1)=681,8 мм;

            Поперечный шаг подачи материала:

 ,                                                                                                                 

где,  –величина перемычки между вырубаемыми заготовками;

        α-угол прямоугольного треугольника  определяемый из построения;

;

            Число заготовок в одном поперечном ряду:

,                                                                                                                               

             Принимаем число заготовок в одном поперечном ряду 

             Расстояние между крайними осями заготовок в поперечном ряду:

 

            Число деталей получаемых одной части листа:

Число деталей получаемых целого листа: 

           

   Коэффициент использования листа при четырёхрядном шахматном раскрое:

 

где, - величина перемычки от края полосы;

 

             При шахматном раскрое экономия материала получается больше за счёт сближения

рядов. Ориентировочно, в зависимости от  диаметра круга можно считать, что каждый прибавляемый ряд при параллельном раскрое даёт экономию 3-5%; шахматный раскрой по сравнению параллельным даёт экономию материала 1,5-3,0%. 

 

3.  Определение количества операций вытяжки

 

Число операций вытяжки и размеры полуфабрикатов определяют исходя из допускаемых коэффициентов вытяжки (m1, m2,…, mn-1, mn), устанавливающих предельно возможное уменьшение диаметра исходной или промежуточной заготовки за одну операцию вытяжки. После первой вытяжки (рисунок 4).:

                                                                                                                        (11)

Рисунок 4- Последовательность вытяжки цилиндрической детали:

а- операции вытяжки; б- построение радиусов; в- готовая деталь.

 

          После второй, третьей и т. д.  вытяжки

                                                                                                                           (12)

……………

                                                                                                                        (13)

          Значение коэффициента вытяжки зависит от свойств и состояния штампуемого материала, его абсолютной и относительной толщины (для первой операции вытяжки относительной толщиной является , для последующих операций вытяжки - ) и условий выполнения операции - состояния рабочих поверхностей штампа, наличия смазочного материала, скорости вытяжки и т. п. При вытяжке деталей с фланцем коэффициент первой вытяжки зависит также от относительного диаметра фланца: (dn - диаметр вытянутого стакана).