Автоматизация изготовления детали кронштейн и проектирование валковой и шиберной подачи

Valk.cdw

ТКМиМ 63304.11.2016.000 СБ

Валковая подача КМиМ 630411.2016.100.СБ.spw

КМиМ 630411.2016.100.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.101.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.102.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.103.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.104.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.105.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.106.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.107.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.108.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.109.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.110.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.111.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.112.СБ
КМиМ 63304.11.2016.113.СБ
Болт М10 х 30 ГОСТ 7808-70
КМиМ 63304.11.2016.114.СБ
Болт М8 х 15 ГОСТ 7808-70

Шиберная подача ТКМиМ 63304.11.2016.000.СБ.cdw

ТКМиМ 63304.11.2016.000.СБ

Шиберная подача ТКМиМ 63304.11.2016.000.СБ.spw

ТКМиМ 63304.11.2016.000.СБ
ТКМиМ 63304.11.2016.001
ТКМиМ 63304.11.2016.002
ТКМиМ 63304.11.2016.003
ТКМиМ 63304.11.2016.004
ТКМиМ 63304.11.2016.005
ТКМиМ 63304.11.2016.006

Avtomatizirovanny uchastok002.cdw

Наименование оборудования
ТКМиМ 63304.11.2016.002

avtomat.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Кафедра «Технология конструкционных материалов и материаловедение»
Автоматизация изготовления детали "кронштейн
Пояснительная записка
По дисциплине «Автоматизация кузнечно-штамповочного производства»
Направление подготовки магистров: 15.04.01. - «Машиностроение» .
Магистерская программа ООП: 15.04.01_01 - «Процессы и машины обработки давлением» .
доцент к.т.н. Кузнецов П. А.
Допущен(а) к защите:
(подпись) (фамилия инициалы)
Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет
Кафедра «Технология конструкционных материалов»
НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
по курсу «Авоматизация кузнечно-штампвочного производства»
Тема работы: Автоматизация технологического процесса изготовления детали
Срок сдачи студентом законченной работы: 22.12.2016
Исходные данные к работе:
Техническая литература:
1.1. Сосенушкин Е.Н. Васильев К.И. Смирнов А.М. «Автоматизация робототехника и гибкие производственные системы кузнечно-штамповочного производства»: Учебник – 2-е изд. перераб. и доп. (ГРИФ) 2009. – 484 с.;
1.2. И.А. Норицын В.И. Власов. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки. Изд. Машиностроение Москва 1967-390 с;
1.3. Захватные устройства промышленных роботов. Учбеное пособие К.А. Украженко Ю.В. Янчевский А.А.Кулебякин А.Ю. Торопов. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ 2007. – 83с.;
1.4. Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: справочник. – 2-е изд. переаб. и доп. – М. Машиностроение 1988. – 392 с.: ил.
1.5.Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. Пособие для вузовМ.М.Кузнецов Б.А. Усов В.С. Стародубов. – М.: Машиностроение 1987. – 288 с.: ил.
1.6. Автоматическая загрузка технологических машин: СправочникИ.С. Бляхеров Г.М. Варьяш А.А. Иванов и др.; Под общ. ред. И.А. Клаусова. - М.: Машиностроение 1990. – 400 с.: ил.
2 Патентная литература:
3 Электронные источники:
Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): Реферат; Введение; Анализ конструкции детали; Выбор технологических вариантов изготовления деталей; Анализ технологии по признакам; Автоматизация технологической подготовки производства; Расчет исполнительного механизма средств автоматизации; Выбор средств автоматизации; План автоматизационного участка; Заключение; Литература.
Примерный объем пояснительной записки 25-30 страниц машинописного текста.
Перечень графического материала: план автоматизированного кузнечно-штамповочного участка (формат А3) спецификация принципиальная схема САМ и пресс-формы (А4) чертеж САМ (А3).
Консультант (эксперт):
Дата получения задания: «2» сентября 2016 г.
(подпись студента) (инициалы фамилия)
Холодная листовая штамповка деталей широко распространена во всех областях металообработки. При штамповке машинное время весьма мало и составляет от сотых долей секунды до нескольких секунд (обычно ≤2 с). Из общего времени цикла работы пресса на формообразование детали расходуется ≤15% остальное время используется на подвод и отвод инструментов (холостой ход) на операции загрузки и выгрузки деталей и на удаление отходов.
Производительность штамповки при ручных приемах подач заготовок зависит в первую очередь от времениПроцессы штамповки характеризуются малыми значениями машинного времени. Цикл воздействия давления на заготовку редко занимает больше двух секунд. В условиях когда время обработки заготовки столь мало для увеличения производительности и полного использования возможностей оборудования необходимо внедрение процессов автоматизации.
В зависимости от конструкции конкретной детали технологического процесса ее изготовления необходимой программы выпуска и существующих условий действующего производства (оборудования строительной части цеха системы планирования и учета выпуска продукции и т. п.) могут быть рационально применены различные схемы механизации или автоматизации штамповки.
В понятие механизации технологического процесса штамповки входит ряд технических мероприятий при выполнении которых обеспечивается изготовление данного вида продукции на технологической машине с частичным использованием труда рабочего.
При автоматизации все процессы формоизменения и транспортировки детали в процессе обработки проходят без участия человека. В функции оператора входит лишь слежение за правильностью работы механизмов и системы их управления.
Автоматизация и механизация при любом уровне достигается путем использования целевых исполнительных механизмов выполняющих определенные функции в технологическом процессе штамповки.
Разработать проект автоматизации-механизации изготовления детали "кронштейн" произвести расчет одного средства автоматизации.
Анализ технологического процесса изготовления детали "кронштейн
Анализ конструкции детали
Деталь кронштейн используется в мебельных конструкциях для фиксирования поперечин на стенках деталь должна обеспечивать жесткость конструкции крепко фиксируя в своих лепестках поперечину.
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 1 - Деталь Кронштейн
На рисунке 1 представлен эскиз детали "кронштейн". Деталь представляет собой согнутую в трех местах пластину с тремя отверстиями.
Анализ технологических процессов изготовления деталей
Деталь "кронштейн" изготовляется методом листовой штамповки. Технологический процесс состоит из типовых операций: Комбинированной операции вырубки заготовки и пробивки отверстий (1) двуугловой (2)и одноугловой(3) гибки. Эскизы промежуточной геометрии детали на технологических переходах представлены на рисунке 2.
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 2 - Технологические переходы изготовления детали "кронштейн
Возможно изготовление деталей из ленты или полос полученных раскроем листового материала. Экономически целесообразно изготовлять деталь из ленты.
Лента 30 1×70 ГОСТ 2284-79
Наиболее целесообразным с точки зрения использования материала является раскрой материала представленный на рисунке 3 КИМ без учета отверстий в таком случае составит 85%
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 3 - раскрой материала
Однако такой раскрой приведет к необходимости использования дополнительной штамповой оснастки а именно еще одного вырезного штампа для вырезки чередующихся по ориентировке полуфабрикатов. Или же использование комбинированного вырезного штампа что приведет к повышению требуемого усилия пресса.
Поэтому учитывая что используемый для производства детали материал (Ст.3) относится к дешевым а количество производимых деталей (5000 тыс. в год) относит производство к мелкосерийному изготовление дополнительной оснастки позволяющей реализовать технологический процесс с представленным на рисунке 3 раскроем нельзя считать целесообразным. Выбранный для производства раскрой представлен на рисунке 4.
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 4 - Выбранный вариант раскроя ленты
КИМ при таком варианте раскроя составит 30% что существенно ниже достигаемого в предыдущем варианте однако отсутствие необходимости изготовления дополнительной оснастки определило выбор в его пользу.
Анализ кинематики движения рабочих частей инструмента и заготовки
Заготовка штампуется в раздельных штампах. В случае конвейерного производства предполагается установить последовательно три пресса. Один с вырубным штампом следующий с штампом для угловой гибки и последний с штампом для одноугловой гибки. При условии что деталь производится на одном прессе партия деталей изготовляется путем последовательной смены штампов и подающих устройств в подпрессовом пространстве. На первом технологическом переходе под пресс в вырубной штамп производится подача непрерывного материала типа лента. Далее после операции вырубки штучные заготовки передаются в штамп для двуугловой гибки после завершения второй операции производится кантовка заготовки на 180 градусов она ориентируется для заключительной операции одноугловой гибки.
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 5 - циклограмма работы пресса
На рисунке 5 представлена циклограмма работы пресса. Hmax – максимальный ход пресса Hраб – полезный ход пресса αвозвр – угол поворота главного вала для высвобождения детали αраб – угол поворта главного вала для начала рабочего хода.
Деформирование заготовки осуществляется на участке 3 циклограммы движения ползуна на участке 1 осуществляется высвобождение отштампованной заготовки из штампа. Участок 2 холостого хода пресса позволяет произвести в обозначенный промежуток смену отштампованного полуфабриката на заготовку.
Исходя из габаритов штампа и необходимого усилия штамповки был выбран пресс КД2124К технические характеристики указаны в таблице 1.
Таблица 1- Технические характеристики кривошипного пресса КД2124К
Наименование характеристики
Номинальное усилие кН не более
Регулируемый ход ползуна мм
Расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении при наибольшем ходе мм
Расстояние от оси ползуна до станины мм
Высота стола над уровнем пола мм
Диаметр отверстия в столе мм
Регулировка расстояния между столом и ползуном мм
Частота ходов ползуна в минуту-непрерывных нерегулируемых-одиночных
Габаритные размеры мм:
Выбор средств автоматизации механизации для реализации технологического процесса
Первый технологический переход
Реализация автоматизации подачи под пресс ленты возможна различными способами. Наиболее распространенные виды автоматизированных подач: Валковые клещевые крючковые ролико-клиновые.
Подачу материала (ленты) осуществляют вращающиеся в противоположные направления валки зажимая и прокатывая заготовку в направлении подачи. Валковые подачи бывают односторонние и двусторонние и имеют привод от кривошипного вала пресса.
Рисунок 6.- Валковая подача
Крючковая подача осуществляется зацепом заготовки через технологическое или конструкционное отверстие. Геометрия крючка подбирается таким образом чтобы зацеп производился только по направлению подачи а при обратном движении крючок за отверстие не цеплял.
Рисунок 7.- Крючковая подача
Клещевая подача осуществляется за счет зажима заготовки в клещах. На рисунке 8 представлен пневматический вариант реализации клещевого захвата. К корпусу (1) поршнем (2) прижимается заготовка. Прижимающее усилие создается вследствие воздействия на поршень давления воздуха нагнетаемого в камере(3). Для высвобождения заготовки из такого захвата давление в камере стравливается и поршень опускающийся под действием силы тяжести вниз высвобождает заготовку.
Рисунок 8.- Клещевая подача
Для реализации автоматизированной подачи непрерывного материала под вырубной штамп пресса хорошо подойдет валковая подача. Основные характеристики выбранной подачи представлены в таблице 2.
Таблица 2 Основные характеристики валковой подачи
Максимальное ускорение в мсек2
Точность передачи мм
Возможность использования фиксаторов
Схема односторонней валковой подачи с правильным устройством и пассивным разматыванием ленты представлена на рисунке 6. Тянущие валки 7 и 9 приводятся в движение с помощью зубчатого колеса 8 с установленной на него обгонной муфты. Зубчатое колесо приводится в движение через шатун 4 от главного вала 3. Во время деформирования детали происходит освобождение ленты с помощью рукояток 6 при воздействии на них регулируемых болтов 5 закрепленных на ползуне пресса. С помощью тянущих валков обеспечивается подача материала в штамп разматывая его с катушки 1 и протягивая через правильное устройство 2. Отход материала удаляется прямо из штампа.
Рисунок SEQ Рисунок * ARABIC 6 - Схема валковой подачи
Второй технологический переход
Для передачи вырубленного полуфабриката под гибочный штамп возможно использование грейферных шиберных револьверных подач или механической руки. Условия мелкосерийного производства однако ставят большой вопрос о целесообразности внедрения таких подач. Поэтому после операции вырубки необходимо стапелировать полуфабрикаты после чего установить вырубленные заготовки в кассету под шиберную подачу гибочного штампа.
Применяется для подачи штучных заготовок из кассетного устройства. Толкатель 4 проталкивает заготовку 2 которая в свою очередь толкает помещенную перед ней заготовку 3 перемещаясь на ее место после чего толкатель возвращается в исходное положение а на место заготовки 2 под действием силы тяжести помещается заготовка из кассеты 1.
Рисунок 9 - Шиберная подача
Третий технологический переход
После двуугловой гибки полуфабрикат принимает объемную форму что делает невозможным его помещение в кассетное устройство. Остается возможным реализовать грейферную или револьверную подачу а также использовать механическую руку. Однако учитывая мелкосерийный характер производства целесообразность внедрения этих достаточно сложных средств автоматизации сомнительна поэтому на заключительном технологическом переходе помещать полуфабрикат в штамп и удалять из него готовые изделия будут руки пролетариата.
Расчет исполнительного механизма средств автоматизации;
Угол поворота валков φ3 обеспечивающий перемещение материала на заданный шаг подачи находим по формуле
φ3=02hзD+φ0=102276100+005=16 рад92°;
где 0=102÷103 – коэффициент учитывающий проскальзывание в захватном органе; hз=32 мм – шаг подачи; D=100 мм – диаметр валков; φ0=005 рад – угол необходимый для заклинивания обгонной муфты.
При расчете захватного органа исходной величиной является тяговое усилие Q3 необходимое для передвижения материала с заданной скоростью подачи. Определение тягового усилия зависит от структуры автоматизированного участка т.е. от особенностей встраивания валковой подачи в линию и характеристик ориентирующе-питающих устройств.
При использовании не приводных разматывающих и правильных устройств тяговое усилие равно:
где Qраз Qпр – усилия протаскивания необходимые для разматывания правки материала.
Тяговое усилие для разматывания материала может быть найдено по формуле:
где Qр – тянущее усилие необходимое для распрямления исходного материала; Qин – максимальное усилие необходимое для преодоления инерционных сил (при максимальной массе рулона);
Для распрямления материала необходимо приложить момент Mи обеспечивающий пластический изгиб заготовки.
Для обеспечения пластического изгиба без учета упрочнения (при RS>10) величина момента Mи должна быть равна:
где S – истинное напряжение которое в данном случае может быть принято напряжению текучести; S – толщина материала; bпр – ширина материала;
Рисунок 9.- Расчетная схема для разматывающего устройства
На основании расчетной схемы условие равновесия моментов может быть записано в виде:
Момент трения в подшипнике качения рассчитаем по формуле:
Mтр=12fкFrD0dш=120012005210=124.8 Нмм;
Qр=Mи+Mтрh=1.1S S2bпр4h+Mтрh=1.120512754300+1248300=145 кН;
где Mтр – величина момента трения затрачиваемого на преодоление потерь в опорах на которых установлен рулон; h – расстояние от центра рулона до линии выдачи;
Сила инерции возникает в результате периодической остановки и разгона рулона и может быть определена по формуле:
Qин=Mинh=21000255000300300=56кН
момент инерции винтовки:
Jp=G8gDн2+Dвн2=2008983002+1002=255000
G – исходная сила тяжести рулона; g – ускорение силы тяжести; Dн Dвн – наружный и внутренний диаметр рулона;
Определение усилия правки. В процессе правки материал подвергается знакопеременному изгибу; для улучшения качества материала возникающие при этом напряжения должны превышать предел текучести т.е. величина момента Mи может быть определена о формуле пластического изгиба.
Усилие правки Qпр складывается из усилий Q` необходимых для продвижения материала с пластическим изгибом над каждым правильным валком т.е.
где Q`1Q`2 Q`n – активное усилие обеспечивающее движение материала над валком 1 2 n;
Расчетная схема для определения силы Qi приведена на рисунке 10. Как видно из схемы в момент набегания материала на валок (сечение А А) происходит его изгиб по радиусу а в момент сбегания (сечение Б Б) – распрямление.
Рисунок 10.- Расчетная схема для правильных устройств
Рассмотрим равновесие на участке материала над валком (на углу φ). Так как реактивная сила Q`0 возникающая от действия сбегающего и набегающего усилий проходит через центр правильного валка то при равновесии относительно точки О должно быть выдержано следующее условие:
Mи+M`и+Mтр+Q1r+S2-Q2r+S2=0;
то условие может быть записано так:
где Mи – активный изгибающий момент в сечении Б Б; M`и – реактивный изгибающий момент в сечении А А; Mтр – момент трения в опорах валков; r – радиус валков; S – толщина материала;
Если при рассмотрении напряженного состояния при изгибе пренебречь действием осевой силы (ошибка не превышает 5%) то величину изгибающего момента можно определить по формуле:
Принимая что Mтр0 (опоры качения) суммарное усилие Qпр необходимо для продвижения непрерывного материала через zпр правильных валков будет равно:
Qпр11S S2bпр2zпр2r+S2=11205127525230+12=103кН
где – zпр число правильных валков;
Мощность электродвигателя привода правильных устройств определяется исходя из расчетного крутящего момента Mр п:
Mр п=2Mиzпр=1.1S S2bпр2hzпр=155 Нм
План автоматизированного участка
На пресс 1 с бабины 3 валковой подачей 2 подается непрерывный материал типа лента стапелированные полуфабрикаты помещаются на стол 4 после вырубки партии полуфабрикатов производится отсоединение валковой подачи и вырубного штампа со склада инструментов под пресс помещается гибочный штамп в кассету шиберной подачи укладываются вырубленные полуфабрикаты по завершению второго технологического перехода на партии деталей штамп для двуугловой гибки заменяется на штамп для гибки одноугловой после чего штампуются готовые изделия.
Рисунок 7.- План автоматизированного участка
Маршрутная технологическая карта
Маршрутная карта изготовления детали «кронштейн» приведена в таблице 11.
Таблица 11.- Маршрутная технологическая карта.
Наименование операции
Тип и марка оборудования
Наименование оснастки
).Установить ленту в автоматическую подачу;
).Вырубить заготовку
Кривошипный пресс КД2124
Номинальное усилие 250 кН
Осуществляется после наладки и периодически каждые 700 шт.
).Проверка качества поверхности. Царапины с глубиной более 01 мм и заусенцы не допускаются.
).Проверка размеров заготовки
)Установить в кассету стапелированные заготовки;
).Перед выполнением операции необходимо произвести смазку заготовки;
).Выполнить операцию гибка;
). Удалить деталь пинцетом при остановившемся ползуне и установить вручную на штифты во время остановки ползуна;
).Удалить деталь пинцетом при остановившемся ползуне в верхнем положении и уложить в тару.
Осуществляется после наладки и периодически каждые 300 шт.
). Контроль соосности;
). Проверка качества поверхности- Царапины с глубиной более 01 мм и заусенцы не допускаются;
).Проверка детали по чертежу
Индикатор для проверки соосности;
Контрольное приспособление.
Автоматизация операций штамповки детали кронштейн значительно увеличивает производительность труда. Автоматизация подачи непрерывного материала под вырубку и вырубленных полуфабрикатов под двуугловую гибку возможна с использованием универсальных валковой и шиберной подач. Автоматизация Последней операции двуугловой гибки требует сложных позиционирующих устройств разрабатываемых специально под деталь кронштейн либо использования роботизированных манипуляторов что в условиях мелкосерийного производства едва ли можно считать целесообразным.
Сосенушкин Е.Н. Васильев К.И. Смирнов А.М. «Автоматизация робототехника и гибкие производственные системы кузнечно-штамповочного производства»: Учебник – 2-е изд. перераб. и доп. (ГРИФ) 2009. – 484 с.;
И.А. Норицын В.И. Власов. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки. Изд. Машиностроение Москва 1967-390 с;
Захватные устройства промышленных роботов. Учбеное пособие К.А. Украженко Ю.В. Янчевский А.А.Кулебякин А.Ю. Торопов. – Ярославль: Изд-во ЯГТУ 2007. – 83с.;
Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: справочник. – 2-е изд. переаб. и доп. – М. Магиностроение 1988. – 392 с.: ил.
Проектирование автоматизированного производственного оборудования: Учеб. Пособие для вузовМ.М.Кузнецов Б.А. Усов В.С. Стародубов. – М.: Машиностроение 1987. – 288 с.: ил.
Автоматическая загрузка технологических машин: СправочникИ.С. Бляхеров Г.М. Варьяш А.А. Иванов и др.; Под общ. ред. И.А. Клаусова. - М.: Машиностроение 1990. – 400 с.: ил.