Проект штампа и автоматизация безоблойной штамповки корпусов

Mathcad - Расчеты штампа1-9.pdf

Определение сил штамповки
Сила штамповки определяется по формуле:
где : F- плошадьпроекции поковки на плоскость перепендикулярную
направлению движения в мм2
К - удельное давление для штамповки в закрытой матрице в кгмм2
Удельное давление для штамповки в закрытой матрице:
где : в-предел прочности материала при температуре
c - коэффициент учитывающий сложность конфигурации штампуемой
Расчет онсновных узлов штампа.
При давление в цеховой сети р=5 атм на штоке пневмати ческого цилиндра будет
Где : р- давление в сети
d.ц - диаметр поршня
Усилие передаваемое на поперечину через рычаг:
Где : А и В - длины плеч раычага
Pп := Pпц = 8.836 10 N
Напряжения изгиба в рычаге
Где: Mизг.р - изгибающий момент в опасном сечении
Mизг.р := Pп A = 1.281 10 N m
Wизг.р -момент сопротивления изгибу в опасном сечении
Где: Mизг.о - изгибающий момент в опасном сечении
Mизг.о := Pп + Pпц hо
Где : hо - плечо действующее на ось
Mизг.о := Pп + Pпц hо = 0.177 kN m
. - сила действующая на ось
Где : dо- диаметр оси
Где : Pср.о - сила среза
Pср.о := Pп + Pпц = 17.671 kN
F.ср.о - площадь среза
Делаем ось из углеродистой Стали 45
Где : Pсм.о - сила смятия
Pсм.о := Pп = 8.836 kN
F.см.о - площадь смятия
Fсм.о := dо hо = 2 10
Где : Pсм.п - сила смятия
Pсм.п := Pп = 8.836 kN
F.см.п - площадь смятия
Fсм.п := dо.п hо = 1.4 10
Где : Pср.п - сила среза
Pср.п := Pп = 8.836 kN
F.ср.п - площадь среза
Напряжения сжатия (растяжения) в каждой тяге:
Где : Pп -усилие передаваемое на 2 тяги
F.тяг - площадь одной тяги в опасном сечении
Ввиду столь малых растяжений в тягах расчет их на устойчивость не требуется.
Рабочий ход Hпр := 70mm
Исходя из условий работы пружин их можно отнести ко 2-й группе. Материал
С2ВА (в=190МПа z=170МПа)
Для данной стали предельно большое допускаемое напряжение (при полном
Задаемся допускаемым рабочим напряжением:
доп. := доп.пред 0.8 = 720 MPa
Индекс пружины примем
Найдем диаметр проволки:
Тогда наружный диаметр пружины:
D пр := Cпр dпр = 70 mm
Проведем проверочный расчет пружины.
Наибольшее напряжение в сечении витков при P.max=1 кН равно:
Устанавливаем необходимое чи сло рабочих витков пружины принимая модуль
Для образования надежной опорной поверхности на каждом конце пружины
добавляется по 075 опорных витка сошлифованных на плоскость
перпендикулярную к оси пружины.
Полное число витков:
iп := i + 1.5 = 6.944
Длина пружины сжатой до соприкосновения витков:
Lпр := i п - 0.5 dпр = 45.111 mm
Зазор между витками пружины нагруженной максимальным грузом выбираем
Сокращение длины пружины при максимальной нагрузке:
Шаг не нагруженной пружины
Ход пружины соответствующий ее полному сжатию
max.пр + i пр = 115.889 mm
Сила сжимающая пружину до соприкосновения витков в предположении что
характеристика сохраняет линейность
При нагрузке P наибольшее касательное напряжение в поперечных сечениях витков:
Длина не нагруженной пружины
L0 := Lпр + i hпр - dпр = 161 mm
Расчет конического кольца
Для упрощения примем что давление в полости матриц во все стороны передается
В этом случае Будет получено завышенное значение распирающего усилия
действующего на полуматрицы и расчитанное по этому усилию кольцо будет иметь
больший запас прочности.
Распирающее усилие Q:
Где : Kуд- удельное давление штамповки
Q := Kуд Fдет = 1.6 10 kN
Коническое кольцо сжимающее полуматрицы заменим для расчета эквивалентным
ему цилиндрическим кольцом с:
Поверхность кольца на которую передается усилие Q:
Давление на поверхности кольца:
Напряжения растяжения от усилия Q в опасном сечении кольца:
F.опасн.сеч - площадь опасного сечения
Fопасн.сеч := 2743mm 2 = 5.486 10 mm

ДП-002.00.00 Деталь 3.cdw

Чертеж горячей поковки
ЛС 59-1 ГОСТ 15527-70
*Размеры для справок
Неуказанные штамповочные радиусы 2 мм
Штамповочные уклоны не более 3
в сторону увеличения размеров
Класс шероховатости поверхностей не подвергающихся
механической обработке обеспечивается прессформой

РПЗ исходное.docx

В ходе выполнения курсового проекта по курсу «Горячей объемной штамповки» были разработаны : технологический процесс штамповки спроектирована штамповая оснастка и автоматизированное устройство проведена деталировка исследование и моделирование.
Курсовой проект включает в себя 10 графических листов и расчетно-пояснительную записку.
Содержание графических листов:
)Технологический лист (1 лист)
) Чертежи горячих поковок (4 листа)
)Штамп для безоблойной штамповки (1 лист)
)Автоматизация удаления поковок (1 лист)
) Моделирование (3 листа)
Полуматрицы (2 листа)
Плита обоймы (2 листа А3)
В настоящие время основным способом изготовления поковок деталей газосварочной аппаратуры из цветных сплавов является их штамповка в открытых штампах с образованием облоя по периметру поковки.
Облой достигает до 20-30% от веса поковки обрезается в специальных обрезных штампах на обрезных прессах идет в отход и на переплавку.
Уменьшение величины облоя и штамповка без облоя являются весьма актуальными задачами.
Безоблойная штамповка в закрытых штампах имеет целый ряд существенных преимуществ:
Снижается расход металла на 20-30% за счет отсутствия облоя некоторого уменьшения припусков и напусков что приближает конфигурацию и размеры поковок к готовым деталям.
Снижается трудоемкость изготовления поковок в кузнечно-штамповочных цехах ввиду ликвидации операции обрезки облоя отпадает необходимость изготовления и использования обрезных штампов.
Резко снижается трудоемкость работ механообрабатывающих цехах за счет уменьшения штамповочных уклонов и припусков на механическую обработку. Повышается стабильность размеров при механической обработке.
Сокращается общий цикл изготовления деталей.
При закрытой штамповке схема напряженного состояния деформируемого металла - неравномерное всестороннее сжатие - более благоприятна для пластической деформации поэтому допустима большая степень деформации обрабатываемого металла и возможно получение деталей более сложной конфигурации в том числе из малопластичных сплавов.
Механические свойства детали получаются более высокими так как в последний момент штамповки достигается состояние всестороннего равномерного сжатия (положительного гидростатического давления).
Отсутствие облоя а следовательно и перерезывания волокон по периметру поковки способствует более удачному расположению волокон и повышает прочностные характеристики детали.
Особенно эффективна безоблойная штамповка для производства деталей дорогостоящих цветных сплавов. Эти преимущества явились причиной появления различных способов горячей штамповки из цветных металлов и сплавов в закрытых штампах различного типа с разнообразными вариантами крепления разъемных матриц на различном оборудовании.
Безоблойная штамповка в разъемных матрицах имеет ряд недостатков которые тормозят и ограничивают ее применение.
Это в первую очередь довольно сложная конструкция штампа наличие специальных приспособлений способствующих надежному зажиму разъемных матриц.
В ряде случаев штампы для безоблойной штамповки ввиду своей сложности не дают должного эффекта раскрываются от действия распирающих усилий в результате поковки имеют заусенец по контуру. В связи с этим штампы для безоблойной штамповки требуют более тщательного изготовления и наладки чем штампы для обычной штамповки с облоем.
Технологический раздел.
Основной задачей проекта является разработка технологического процесса безоблойной штамповки деталей типа "корпус" в разъемных матрицах. Материал изготавливаемой детали латунный сплав ЛС59-1 ГОСТ 15527-70.
Разработка чертежа поковки.
1 Назначение припусков и допусков на поковку .
На заготовки из медных и латунных сплавов припуски и допуски назначаются в соответствии с ОСТ 1.41187-72.
Припуски на механическую обработку включают в себя основной и дополнительный припуски.
Напуск – увеличение припуска в целях упрощения конфигурации поковки из-за невозможности или нерентабельности ее изготовления с контуром соответствующим контуру детали. К кузнечным напускам относят штамповочные уклоны внутренние радиусы закруглений и перемычки отверстий. Назначаем радиусы закруглений и штамповочные уклоны в соответствии с рекомендациями. Назначаем напуск на внутренние полости.
На чертеже горячей поковки размеры проставлены с учетом линейного расширения (α=20610-6 в1°Спри температуре испытания 20)
Коэффициент увеличения 0.015
Припуск на мех. обработку
Смещение по поверхности разъема штампов устанавливается по таблице из ОСТ 1.41187-72 и оно равно 025 мм а на коробление 02 мм.
2. Определение размеров заготовки.
Объем заготовки будем считать с помощью программного комплекса "инвентор". Так как заготовка пруток то необходимо найти высоту прутка. Высоту прутка найдем по формуле:
Объем заготовки детали определяем из программного комплекса INVENTOR.
Деталь 1: d=27мм h=53.5мм;
Деталь 2: d=20мм h=134мм;
Деталь 3: d=60мм h=51мм;
Деталь 4: d=20мм h=109мм.
Конструкторская часть.
1 Конструкция штампа.
На нижней плите штампа установлены полуматрицы. Одна полуматрица жестко прикручена к плите вторая по направляющим скользит по поверхности плиты. От промышленной сети в 5атм с помощью пневмоцилиндра поступательное движение штока цилиндра передается через рычаг в поступательное движение полуматрицы.
К верхней плите штампа крепится пуансон и зажимное коническое кольцо через 8 шпилек и пружин.
Перед загрузкой нагретой заготовки полуматрицы смыкаются с усилием передаваемой от пневмоцилиндра.
Наружная поверхность полуматриц представляет собой усеченный конус с углом α=6-7 град который находится из условия самоторможения за счет силы трения по формуле:
где - коэффициент трения между полуматрицами и кольцом =0.1-0.15.
После загрузки заготовки в полость штампа совершается рабочий ход пресса. При этом перед тем как начнется деформирование заготовки полуматрицы жестко зажимаются коническим кольцом на котрое через 8 пружин передается давление от ползуна пресса.
Формообразование поковки осуществляется в закрытой полости штампа.
При ходе ползуна вверх коническое кольцо шпильками снимается с полуматриц. После чего срабатывает пневмоцилиндр и подвижная полуматрица отходит. Также имеются выталкиватели которые работают при крайнем положении подвижной полуматрицы. Толкатели установленные на нижней плите штампа касаются пальца выталкивателя и полученная поковка выпадает в отверстие нижней плиты в тару готовых поковок.
Подача сжатого воздуха в ту или иную полость цилиндра выталкивателя осуществляется вручную посредством распределительного крана. Можно автоматизировать работу штампа с помощью синтаксиса языка LD и электропневматики Siemens-Festo связав подачу воздуха в полости цилиндра выталкивателя через систему конечных выключателей с ходом ползуна пресса.
2 Расчеты основных деталей штампа
3 Выбор оборудования.
Исходя из требуемых усилий штамповки выбираем гидравлический пресс ДЕ2432-01 номинальным усилием 16МН.
Характеристика пресса:
Наименование параметров
Номинальное усилие пресса кН:Ход ползуна ммНаибольшее расстояние междустолом и ползуном мм
Номинальное усилие нижнеговыталкивателя кНХод выталкивателя мм
Скорость рабочего хода ползуна(регулируемая) ммсСкорость выталкивателя вверх(регулируемая) ммсВремя выдержки под давлением сМощность привода кВт
высота над уровнем пола
Нагревательное устройство.
1 Выбор нагревательного устройства.
Заготовки из медных и латунных сплавов можно нагревать в индукционных нагревательных установках контактным способом в электрических печах сопротивления в соляных расплавах и в пламенных печах. Для получения равномерной мелкозернистой структуры и высоких механических свойств деталей изготовленных из поковок и штампованных заготовок при нагреве заготовок необходимо обеспечивать минимальное время пребывания их при высокой температуре. В проекте будет использоваться нагрев в электрических печах сопротивления.
Нагрев перед ковкой и штамповкой должен обеспечить:
- равномерный нагрев металла на заданную температуру по всему сечению в минимальное время;
- минимальное насыщение нагреваемого металла газами (водородом кислородом азотом);
- недопущение трещин за счет резких температурных перепадов по сечению нагреваемого металла;
- избежание длительных процессов рекристаллизации и следовательно минимальный рост зерна;
- точное выполнение заданного режима нагрева по температуре скорости и времени нагрева.
Во всех случаях когда это возможно следует предпочитать печи с непрерывной загрузкой обеспечивающие определенный ритм производства а следовательно более высокую производительность и позволяющие лучше использовать электроэнергию.
В крупносерийном и массовом производстве где за определенным производственным агрегатами (молотами прессами ковочными машинами) закрепляется небольшое количество однотипных деталей успешно применяют и автоматизированные печи с непрерывной загрузкой.
Электрические нагревательные печи сопротивления целесообразно применять для нагрева под ковку и штамповку заготовок небольшого сечения или сложной формы при незначительном объеме производства ( в данном случае объем производства равен 1000 штук в месяц) а также в случаях когда предъявляются особо высокие требования к качеству нагрева (большая степень равномерности температуры в рабочей камере высокая точность регулировки температуры и т.п.).
Электропечь сопротивления камерная лабораторная СНОЛ 310 (СНОЛ 15. 2. 110) предназначена для термообработки изделий не выделяющих агрессивных компонентов в воздушной среде до температуры 1050 0С.
Техническая характеристика.
Максимальная температура 0С 1050
Номинальная температура 0С 1000
Номинальная мощность кВт 18
Напряжение питающей сети В 220
Среда в рабочем пространстве воздух
Размеры нагревательной камеры мм
Габаритные размеры мм
Масса кг не более ..30
Автоматизация процесса безоблойной штамповки.
Автоматизация размыкания и замыкания матриц.
Цель работы: С помощью синтаксиса языка LD и электропневматики SIEMENS-FESTO осуществить моделирование безоблойной штамповки а именно размыкание и замыкания матриц. С последовательным движением пуансона и матриц.
Исследовательская часть.
Моделирование процесса ГОШ
С помощью моделирования процесса ГОШ наших деталей мы можем увидеть каким образом у нас протекает процесс формообразования тем самым определяем заранее места возможной недоштамповки а также места образования зажимов. По результатам проведенных моделирований изменяем назначенные радиусы скруглений. После повторных моделирований получаем поковку без наличия каких либо дефектов.
Моделирование инструмента в процессе ГОШ
Моделирование инструмента в процессе ГОШ позволяет нам определить возникающие напряжения в инструменте от действия давления внутри полости матриц. Считаем что внутри матриц жидкость и по закону Паскаля давление передается во всех направлениях с одинаковыми значениями. В результате моделирования деталей мы выявили наиболее тяжело деформироваемую деталь для которой требуется усилие около 1МН. Пересчитывая данное усилие в давление возникающие под пуансоном получаем давление которое создается внутри матриц. При диаметре пуансона в 60 мм получаем давление равное 350 МПа. Прикладывая данное давление при моделирование на поверхность полуматриц определяем напряжения и деформации возникающие в кольце.
Механические свойства стали 40Х в зависимости от температуры отпуска
Температура отпуска °С
С учетом коэффициента запаса =1.2
Полуматрицы изготавливаем из стали 3х2в8ф.
Механические свойства стали3Х2В8Фв зависимости от температуры отпуска
Закалка 1130 ºС масло. Выдержка при отпуске 2 ч
Проводя исследования получаем достаточно высокие напряжения на внутренних радиусах. В связи с чем изменяем ранее принятые радиусы скруглений тем самым снижая напряжения в концентраторах. Также убеждаемся что напряжения и деформации возникающие в кольце не превышают допускаемые следовательно выбранные размеры являются правильными.
) Ковка и объемная штамповка Справочник Сторожев М.В.;
) Нагрев и нагревательные устройства Авт.-сост.: И.Б. Покрас
)Справочник ковка и штамповка цветных металлов Корнеев Н.И.;
)Атлас схем и типовых конструкций штампов В.А. Бабенко
В.В. Бойцов Ю.П. Волик;

ДП-004.00.00 Автоматизация.cdw

Цель работы: С помощью синтаксиса языка LD и электропневматике SIEMENS-FESTO осуществить моделирование
безоблойной штамповки а именно размыкание и замыкания матриц. С последовательным движением пуансона и матриц.
Циклграмма работы штампа
Автоматизация размыкания и замыкания матриц

ДП-003.00.00 Общий вид штампа.spw

Планка под толкатель
Подвижная полуматрица
Неподвижная полуматрица
Плита под подвижную полуматрицу
Плита под неподвижную полуматрицу
Планка крепления направляющей
Наконечник штока цилиндра

ДП-006.03.00 Полуматрица.cdw

1. * размеры для справок
Размеры ручья см. чертеж горячей поковки

Участка цеха безоблойной штамповки деталей типа корпус ДП-000.00.00.spw

безоблойной штамповки
деталей типа "корпус
Участок цеха горячей безоблойной
штамповки поковок типа
корпус из цветных металлов

ДП-006.01.00 Кольцо бандажное.cdw

1. Острые кромки притупить

План цеха.cdw

Подключение к цеховой сети сжатого воздуха 5 атм.
При необходимости установить редуктор с манометром на 5 атм.
Стол для отрезки с установленным ленточнопильным станком и упором.
Оснащен роликами для передвижения по участку.
Тара для отпиленных заготовок оснащена
роликами для передвижения по участку цеха
Стол для контроля имеет на высоте 22 м над уровнем пола
лампу дневного света обеспечивающая норму освещенности
не менее 400 Лк в пределах рабочего места
Выкатная тележка из под пресса для готовых поковок.
Оснащена роликами для передвижения по участку цеха.
Резка круглого прутка
Электрическая печь сопротивления
Автоматизация смыкания полуматриц
Пресс гидравлический
Лиинейка штангенциркуль
перемещение основного объема
металла по участку цеха
безоблойной штамповки
деталей типа "корпус
Участок цеха горячей безоблойной
штамповки поковок типа
корпус из цветных металло
Стелаж круглого проката
Стол для резки заготовок
Ленто-пильный станок
Подвижная тара для заготовок
Стелаж для заготовок
Электрическая печь накаливания
Кран управления смыкания
и размыкания полуматриц
Тара готовых поковок
Стол контроля поковок
Стелаж гтовой продукции
Стелаж инструмента и
сменных полуматриц для штампа
Магистральный проезд
Поперечный разрез здания

ДП-007.00.00 Электропечь.cdw

Максимальная температура
Номинальная температура
Номинальная мощность кВт
Напряжени питающей сети В
Среда в рабочем пространсве
Размеры нагреватеьной камеры мм
Габаритные размеры мм
МГТУ им. Н.Э. Баумана

ДП-006.02.00 плита кольца.cdw

1. Острые кромки притупить

ДП-002.00.00 Деталь 4.cdw

Чертеж горячей поковки
*Размеры для справок
Не указанные штамповочные радиусы 2 мм
Штамповочные уклоны не более 3
Класс шероховатости поверхностей не
подвергающихся механической обработке
обеспечивается прессформой

ДП-003.00.00 Общий вид штампа.cdw