• RU
  • icon На проверке: 31
Меню

Разработка технологии и оснастки для изготовления детали Колпачок с применением компьютерного моделирования

  • Добавлен: 25.01.2023
  • Размер: 3 MB
  • Закачек: 1
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Разработка технологии и оснастки для изготовления детали Колпачок с применением компьютерного моделирования

Состав проекта

icon
icon Машрутная карта.cdw
icon Чертеж колпачка.cdw
icon Спец для высадки.spw
icon Штамп обрезной.cdw
icon Штамп вырубной.cdw
icon Штамп для высадки.cdw
icon Спец для фомовки.spw
icon Спец выруб.spw
icon Спец для обрезки.spw
icon Штамп для формовки.cdw
icon вкр_ильин.docx
icon Результаты комп. моделирования.cdw

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Машрутная карта.cdw

Машрутная карта.cdw
Резка листа на ножницах
типа КД2102 номинальным
Контроль: 1.Проверка качества
поверхности и линии среза;
Проверка ширины полосы
Контроль (осуществляется после
наладки и с периодичностью 500 штук):
Проверка качества поверхности.
Царапины с глубиной более 0.1 мм
и заусенцы не допускаются
Характеристики: угол створа:
зазор между ножами s=0
Усилие проталкивания: P
Усилие для снятия: P
Макс. усилие формовки: P
Макс. усилие высадки: P
Усилие обрезки облоя: P
Маршрутная технология изготовления детали "Колпачок

icon Чертеж колпачка.cdw

Чертеж колпачка.cdw

icon Спец для высадки.spw

Спец для высадки.spw
Пояснительная записка
Направляющая колонка
Штифты ГОСТ ГОСТ 3128-70
Выталкиватель 1041-0839085

icon Штамп обрезной.cdw

Штамп обрезной.cdw
Общие технические условия - по ГОСТ 22472-87.
Работать пинцетом с двуручным включением.
Полный установленный ресурс штампа Тр - по ГОСТ 22472-87.
Тр=280000 штампоударов.
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14
Штамп для высадки торца
Штамп для обрезки облоя

icon Штамп вырубной.cdw

Штамп вырубной.cdw
Общие технические условия - по ГОСТ 22472-87.
Полный установленный ресурс штампа Тр - по ГОСТ 22472-87.
Тр=280000 штампоударов.
Схема раскроя полосы
Технологическое усилие ~ 400кН
Штамп для высадки торца
Штамп для обрезки облоя
Неуказанные предельные отклонения размеров: отв Н12

icon Штамп для высадки.cdw

Штамп для высадки.cdw
Общие технические условия - по ГОСТ 22472-87.
Полный установленный ресурс штампа Тр - по ГОСТ 22472-87.
Тр=280000 штампоударов.
Штамп для высадки торца
Штамп для обрезки облоя
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon Спец для фомовки.spw

Спец для фомовки.spw
Пояснительная записка
Направляющая колонка
Штифты ГОСТ ГОСТ 3128-70
Выталкиватель 1041-0839085

icon Спец выруб.spw

Спец выруб.spw

icon Спец для обрезки.spw

Спец для обрезки.spw

icon Штамп для формовки.cdw

Штамп для формовки.cdw
Общие технические условия - по ГОСТ 22472-87.
Полный установленный ресурс штампа Тр - по ГОСТ 22472-87.
Тр=280000 штампоударов.
Штамп для высадки торца
Штамп для обрезки облоя
Неуказанные предельные отклонения размеров: Н14

icon вкр_ильин.docx

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАВСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО
Кафедра «Технология конструкционных материалов и материаловедения»
Работа допущена к защите
Заведующий кафедрой «ТКМиМ»
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
«РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОСНАСТКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ «КОЛПАЧОК» С ПРИМЕНЕНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ»
Направление подготовки: 15.03.01. Машиностроение
Профиль ОПП: 15.03.01_01
Машины и технология обработки металлов давлением
Научный руководитель:
Глава 1. Литературно-патентный обзор8
1 Классификация основных операций холодной листовой штамповки8
2 Резка листового металла9
3 Гибка листовых металлов15
4 Вытяжка листовых металлов17
4 Холодное выдавливание листового металла23
Глава 2. Разработка технологии изготовления детали «Колпачок» методом холодной листовой штамповки27
1. Описание штампуемой детали27
2. Обоснование выбора технологического процесса изготовления детали28
3. Определение размеров и формы заготовки29
4. Расчет оптимального раскроя материала30
5. Выбор способа резки листа на полосы34
6. Структура технологического процесса35
7. Вырубка заготовок35
8. Моделирование процессов штамповки38
Глава 3. Выбор оборудования материалов и описание средств механизации48
1. Выбор оборудования48
2. Выбор необходимой смазки49
3. Выбор материалов деталей штампов и режимов термообработки49
3. Маршрутная технологическая карта54
4. Описание средств автоматизации55
Глава 4. Технико-экономический анализ процессов62
1. Расчет потребного количества оборудования62
2. Определение численности производственных рабочих63
3. Расчет материальности64
4. Расчет производственных площадей64
5. Расчет капитальных вложений65
6. Расчет на приобретение оборудования66
7. Расчет затрат на оснастку66
8. Расчет затрат на материал66
9. Расчет зарплаты основных рабочих67
10. Амортизация оборудования67
11. Затраты на ремонт и обслуживание оборудования67
12. Расчет затрат на электроэнергию67
13. Затраты на аренду производственной площади68
14. Затраты на содержание производственных площадей68
Глава 5. Техника безопасности69
1. Анализ опасных и вредных факторов при проведении тех. процесса71
2. Вопросы производственной (промышленной) санитарии72
Приложение 1. Спецификации прессовой оснастки81
Приложение 2. Маршрутная карта86
Приложение 3. Чертежи и плакаты ВКР88
На основании технического задания составлена пояснительная записка состоящая из 80 страниц 30 рисунков 9 таблиц.
Листовая штамповка технология резка вытяжка гибка холодное выдавливание поковка напряжение деформация вырубка формовка высадка деформационное упрочнение компьютерное моделирование.
Объект исследования – Технология получения деталей с помощью пластического деформирования и моделирование процесса.
Цель работы – Разработать технологию холодной листовой штамповки детали «Колпачок» с использованием моделирования этих процессов на ЭВМ.
ОМД – обработка металлов давлением;
ХЛШ – холодная объемная штамповка;
ЛШ – листовая штамповка;
ТП – технологический процесс;
условный предел текучести;
относительное удлинение;
НВ – твердость по Бринеллю;
HRC – твердость по Роквеллу;
– относительное сужение.
Моделирование процессов ОМД имеет высокое научное и прикладное значение. Процессы ОМД на сегодняшний день являются одними из наиболее прогрессивных технологий в машиностроении всего мира т.к. обеспечивают высокое качество изделий при низких ресурсозатратах. Технологии ОМД имеют высокие показатели использования материала. Наиболее распространенными операциями ОМД являются горячая и холодная объемная и ЛШ. В частности в последние годы именно холодная штамповка позволяет изготавливать изделия мирового уровня обладающие малой металлоемкостью из сортового и листового проката с коэффициентом использования материала до 80% и более. Наивысшую производительность обеспечивает многорядная штамповка из широкого рулонного материала на автоматизированных комплексах.
В работе рассмотрен пример технологического проектирования процесса ЛШ традиционным путем и с применением компьютерного моделирования.
Деталь «Колпачок» будем получать с помощью ЛШ так как деталь является тонкостенной и все другие способы получения ее будут экономически невыгодными. Из-за большой партии (200000 шт) обработку производим на универсальном оборудовании с применением автоматизирующих устройств. Проектируем инструмент рассчитываем параметры операций. Для снижения усилий и увеличения качества детали используем смазку.
Глава 1. Литературно-патентный обзор
1 Классификация основных операций холодной листовой штамповки
ХЛШ объединяет большое количество разнообразных операций которые могут быть систематизированы по технологическим признакам.
По характеру деформаций холодная штамповка расчленяется: на две основные группы: деформации с разделением материала и пластические деформации. Первая группа объединяет деформации которые приводят к местному разъединению материала путем среза и отделения одной его части от другой. Группа пластических деформаций холодной листовой штамповки включает операции по изменению формы гнутых и полых листовых деталей.
Имеется четыре основных вида деформаций ХЛШ:
резка - отделение одной части материала от другой по замкнутому или незамкнутому контуру;
гибка - превращение плоской заготовки в изогнутую деталь;
вытяжка - превращение плоской заготовки в полую деталь любой формы или дальнейшее изменение ее размеров;
формовка - изменение формы детали или заготовки путем местных деформаций различного характера.
Каждый из основных видов деформаций холодной штамповки подразделяется на ряд отдельных конкретных операций характеризуемых особенностью и назначением работы а также типом штампа. На рис. 1.1 приведена классификация основных операций ХЛШ.
Рисунок 1.1 – Классификация основных операций ХЛШ[1]
2 Резка листового металла
Листовые материалы для холодной штамповки в большинстве случаев предварительно разрезают на полосы или заготовки необходимых размеров. Резка полос является заготовительной операцией и производится на рычажных гильотинных дисковых (роликовых) или вибрационных ножницах а также на специальных отрезных штампах.
Процесс резки листового материала ножницами состоит из трех последовательных стадий: упругой пластической и скалывания.
На срезанной кромке листа четко выделяются две зоны: узкая блестящая полоска соответствующая пластической стадии и более широкая матовая зона скалывания. При резке толстого материала получается S-образная форма скола.
Наиболее распространена резка листов на гильотинных ножницах (табл. 1.1).
Таблица 1.1 – Способ резки листов на гильотинных ножницах[1]
Резка листового металла штампами
Процесс резания штампами при вырубке пробивке и других операциях в некоторой степени аналогичен процессу резания ножницами. В данном случае пуансон и матрица являются как бы ножами замкнутой конфигурации имеющими сопряженные режущие кромки. Однако процессы резания существенно отличаются. Последовательность процесса вырубки показана на рис. 1.2. Процесс резания штампами также состоит из трех стадий: упругой пластической и скалывания.
В первой стадии происходит упругий изгиб металла с легким выдавливанием его в отверстие матрицы. При этом напряжения в металле не превосходят предела упругости.
В пластической стадии происходят вдавливание пуансона в металл и выдавливание его в отверстие матрицы. Вдавливание вырубного пуансона происходит не по всей торцовой поверхности а лишь по кольцевому (или иной формы в плане) пояску шириной . Такое же вдавливание наблюдается и со стороны матрицы. Отпечатки от локализованного вдавливания пуансона и матрицы остаются на вырубленной детали и отходе в виде смятой полоски вдоль контура резания.
В результате локализованного вдавливания пуансона и матрицы возникает круговой изгибающий момент образованный силами резания условно представленными на рис. 1.2 I и II равнодействующими нормальных напряжений.
Под действием кругового изгибающего момента заготовка получает пространственный изгиб (выпучивание) при котором с наружной (выпуклой) стороны заготовки возникает напряженное состояние двухосного растяжения а на внутренней стороне - двухосного сжатия.
Рисунок 1.2 – Последовательность процесса вырубки и поверхность среза[1]
Непосредственно под режущей кромкой пуансона создается напряженное состояние объемного сжатия а над режущей кромкой матрицы - напряженное состояние с напряжениями радиального растяжения. Первое более благоприятно для пластического течения металла а второе - менее благоприятно и способствует возникновению микротрещин в зоне резания. К концу второй стадии напряжения вблизи режущих кромок достигают максимальной величины соответствующей сопротивлению металла срезу.
В третьей стадии процесса вырубки у режущих кромок матрицы образуются скалывающие трещины (рис. 1.2 III). После дальнейшего погружения пуансона и исчерпывания местной пластичности металла скалывающие трещины возникают и у режущих кромок пуансона (рис. 1.2 IV и V). Эта последовательность скалывания подтверждается тем что блестящий поясок соответствующий пластической стадии резания на отходе значительно шире чем на детали.
Скалывающие трещины направленные по линиям наибольших деформаций сдвига (поверхностям скольжения) быстро распространяются на внутренние слои металла и вызывают отделение вырезаемой детали.
Во время первой и второй стадий вырубки скорость погружения пуансона уменьшается а с начала третьей стадии - резко увеличивается. При дальнейшем движении пуансон проталкивает вырезанную деталь через рабочую шейку матрицы.
При нормальном зазоре между пуансоном и матрицей поверхности сдвига (линии скольжения) возникающие у режущих кромок пуансона совпадают с поверхностями сдвига и трещинами возникшими у режущих кромок матрицы и образуют общую криволинейную поверхность скалывания (рис. 1.2 а). При малом зазоре и большой толщине материала поверхности сдвига идущие от кромок пуансона не совпадают с поверхностями сдвига возникшими у кромок матрицы. Оставшаяся кольцевая перемычка перерезается при дальнейшем погружении пуансона с возникновением новых скалывающих трещин причем на детали образуются надрыв и двойной срез с протянутым заусенцем (рис. 1.2 б). Поверхность отверстия получается сравнительно гладкой лишь в нижней части образуется небольшой шероховатый скол. Поэтому если требуется получить отверстие с гладкими ровными стенками следует производить пробивку с малым зазором между пуансоном и матрицей.
Примерные величины односторонних зазоров приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2 - Примерные величины односторонних зазоров для разных случаев вырубки[1]
При штамповке материалов толщиной менее 02 мм практически применяют беззазорные штампы. В этом случае рабочий контур незакаленного пуансона получается прошивкой его через закаленную матрицу. При пробивке мелких отверстий (d 05S) зазоры берутся от 001 до 0015S.
Основные правила направления зазоров
При вырубке наружного контура зазор берется за счет уменьшения размеров пуансона. Размер матрицы принимается равным наименьшему предельному размеру детали.
При пробивке отверстий зазор образуется за счет увеличения размеров матрицы. Размер пуансона берется равным наибольшему предельному размеру отверстия.
3 Гибка листовых металлов
Гибка листового металла осуществляется в результате упругопластической деформации протекающей различно с каждой из сторон изгибаемой заготовки.
Слои металла внутри угла изгиба (со стороны пуансона) сжимаются и укорачиваются в продольном и растягиваются в поперечном направлении. Наружные слои (со стороны матрицы) растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлении. Между удлиненными и укороченными слоями (волокнами) находится нейтральный слой длина которого равна первоначальной длине заготовки. При гибке узких полос происходит сильное искажение поперечного сечения заключающееся в уменьшении толщины в месте изгиба уширении внутри угла с образованием поперечной кривизны и сужении с наружной стороны (рис. 1.3).
Рисунок 1.3 – Схема процесса гибки[1]
В результате утонения материала и искажения формы поперечного сечения нейтральный слой в месте изгиба не проходит посередине сечения а смещается в сторону малого радиуса.
Последовательность процесса угловой гибки приведена на рис. 1.4. На всем протяжении процесса гибки заготовка имеет внутреннее закругление которое больше радиуса пуансона причем при гибке происходит постепенное уменьшение радиуса кривизны и плеча изгиба (l1 l2 lk). Заготовка постепенно уменьшающимся закруглением прилегает в двух точках к стенкам матрицы и с некоторого момента оказывается прижатой к пуансону в трех точках. Только в конце хода при калибрующем глухом ударе заготовка прилегает к пуансону.
Рисунок 1.4 – Последовательность процесса гибки: а) – одноугловая;
б) – двухугловая гибка[1]
На рис. 1.4 б приведена последовательность процесса двухугловой гибки скобы. Этот случай гибки значительно отличается от рассмотренного не только тем что он требует обязательного применения прижима но и иной величиной изгибающего момента так как в данном случае изгиб происходит с малым расстоянием между опорами. Большое значение имеет усилие прижима. В левой части верхних схем показана последовательность гибки при недостаточной силе прижима в результате чего деталь получается некачественной - недоштампованной. В правой части схем показана последовательность гибки при достаточно большой силе прижима обеспечивающей полный загиб полок при плоском дне.
На нижней схеме (рис. 1.4 б) приведен более надежный способ гибки деталей средней толщины с глухим калибрующим ударом в нижнем положении. Однако он требует применения материала с небольшим отклонением по толщине и запаса мощности пресса во избежание заклинивания в нижней мертвой точке.
Гибка без прижима применяется лишь для деталей невысокой точности 7-й класс) так как допускает смещение заготовки при гибке. Гибка с прижимом применяется для деталей повышенной точности 5-й класс) так как не допускает смещения заготовки в процессе гибки.
Более высокая точность при гибке (3 - 4-й класс) достигается применением технологических баз и дополнительной фиксацией заготовки а также за счет введения дополнительной калибровки.
Наряду с простыми гнутыми деталями типа угольника или скобы на производстве применяется большое количество сложно изогнутых деталей разнообразной формы имеющих отверстия пазы отбортовки и т. п.
В мелкосерийном производстве их изготовляют за несколько отдельных операций на простых штампах. В крупносерийном и массовое производстве обычно применяют конструктивно сложные комбинированные гибочные штампы.
4 Вытяжка листовых металлов
Вытяжка представляет собой процесс превращения плоской заготовки в полую деталь любой формы (или дальнейшее изменение ее размеров) и производится на вытяжных штампах.
Вытяжкой изготовляется большое количество полых деталей самой разнообразной формы отличающихся друг от друга как очертанием в плане так и формой боковых стенок.
По геометрической форме все полые детали могут быть разделены на три группы:
) осесимметричной формы (тела вращения);
) коробчатой формы;
) сложной несимметричной формы.
Каждая из групп подразделяется на нескалько разновидностей. Например тела вращения по форме образующей могут быть цилиндрическими коническими криволинейными ступенчатыми выпукло-вогнутыми. Построение технологического процесса и технологические расчеты для них различны.
На рис. 1.5 приведена последовательность процесса глубокой вытяжки с прижимом заготовки: на верхних схемах показана начальная стадия процесса вытяжки состоящая из локальной пластической деформации свободного кольцевого участка а при зажатом фланце сохраняющем свои начальные размеры Dф = D0. Эта стадия вытяжки осуществляется за счет растяжения и утонения кольцевого участка причем наибольшее утонение возникает на границе этого участка с плоским дном.
Рисунок 1.5 – Последовательность процесса глубокой вытяжки с прижимом заготовки[1]
По мере погружения пуансона тянущее усилие возрастает а растяжение и утонение свободного участка заготовки увеличиваются. К концу этой стадии происходит пластическая деформация донной части заготовки. После достижения равновесия между тянущими усилием и сопротивлением фланца деформированию начинается вторая стадия процесса вытяжки заключающаяся в пластической деформации фланца и втягивании его в матрицу (см. схемы II на рис. 1.5). Таким образом процесс глубокой вытяжки с прижимом состоит из двух технологически различных стадий: начальной и завершающей. При вытяжке без прижима с малой степенью деформации начальная стадия практически отсутствует.
В зависимости от соотношения высоты и диаметра вытягиваемой детали а также от относительной толщины заготовки вытяжка может быть выполнена за одну или несколько операций. Необходимо чтобы вытяжка была произведена за наименьшее количество операций выполняемых с возможно большей степенью деформации (относительное уменьшение диаметра и увеличение глубины вытяжки) без применения промежуточного отжига.
Степень деформации при вытяжке цилиндрических деталей может быть выражена одним из следующих показателей:
(D-d)d; (D-d)D; In (Dd); K= m = dD=1K
где D — диаметр заготовки мм; d — диаметр детали мм; m — коэффициент вытяжки; К — степень вытяжки — величина обратная коэффициенту вытяжки.
Наиболее распространенным показателем степени деформации является коэффициент вытяжки m= dD однако его численное значение находится в обратной зависимости от степени деформации (чем меньше m тем больше степень деформации).
Теоретическая величина наибольшей степени вытяжки К значительно превышает практически осуществимую степень вытяжки пластичных металлов. Это объясняется тем что в первом случае не учтены реальные условия процесса вытяжки: напряжения возникающие в начальной стадии а также зависимость от степени анизотропии и относительной толщины заготовки.
Предельная деформация при первой вытяжке ограничена тремя основными причинами:
) недостаточная пластичность металла обусловливает повышенное сопротивление плоского фланца деформированию что приводит к увеличению растягивающих напряжений в опасном сечении и отрыву дна;
) образование складок (гофров) в результате потери устойчивости фланца заготовки резко увеличивает сопротивление вытяжке и вызывает преждевременный обрыв заготовки; наименее устойчивы и наиболее подвержены складкообразованию заготовки малой относительной толщины;
) малая величина радиуса закругления вытяжных кромок матрицы вызывает наряду с другими причинами увеличение сопротивления втягиванию плоской заготовки в отверстие матрицы и приводит к повышению растягивающих напряжений в опасном сечении.
Величина предельной деформации при первой вытяжке в значительной мере зависит также от степени анизотропии листового металла.
Каждой степени деформации соответствует определенная величина напряжения возникающего в опасном сечении ограничивающего возможность вытяжки и при известных условиях приводящего к образованию трещин и отрыву дна.
Условие прочности опасного сечения определяется зависимостью
где - наибольшие растягивающие напряжения в опасном сечении; - истинное сопротивление разрыву; - равномерное относительное удлинение.
Поэтому наиболее правильным и точным способом определения допустимой степени деформации и количества операций вытяжки является способ основанный на определении действительных напряжений возникающих при вытяжке и использовании основных законов теории пластичности. Однако ввиду сложности этого способа практические подсчеты производят по экспериментально установленным коэффициентам вытяжки которые характеризуют допустимую степень деформации.
Вытяжка деталей сферической параболической и криволинейной форм
При вытяжке деталей сферической (полушаровой) формы коэффициент вытяжки постоянен и для любого диаметра равен . Несмотря на большую величину этого коэффициента по сравнению с коэффициентами для вытяжки цилиндрических деталей вытяжка сферических деталей значительно труднее так как большая часть поверхности заготовки остается неприжатой и легко образует выпучивания и гофры.
Для предотвращения образования складок необходимо применять матрицы с особыми вытяжными ребрами и создавать надежный прижим обеспечивающий растяжеиие материала при вытяжке. Применение вытяжных ребер значительно увеличивает растягивающие напряжения в радиальном направлении и уменьшает напряжения и деформацию сжатия в тангенциальном направлении. Однако в результате этого значительно повышается сопротивление фланца деформированию и увеличиваются радиальные растягивающие напряжения в опасном сечении. Отсюда следует
что наиболее благоприятные условия при вытяжке в штампах с вытяжными ребрами будут достигнуты в случае применения металла повышенной прочности при достаточно высокой пластичности или сильно упрочняющегося металла. Желателен повышенный показатель анизотропии стальных заготовок .
Предварительный отжиг заготовки или преждевременный межоперационный
отжиг могут только ухудшить условия вытяжки в штампах с вытяжными ребрами вследствие снижения прочностных характеристик металла.
Недостаточная ясность в специфической особенности вытяжки в штампах с вытяжными ребрами нередко является причиной неожиданного брака на производстве технологически неоправданных требований к качеству металла и случаев необоснованного забракования годного металла по «невысокой штампуемости».
В то время как коэффициент вытяжки для сферических деталей (полушаровой формы) постоянен и не определяет возможности вытяжки относительная толщина заготовки SD имеет решающее значение для качества вытяжки. Чем меньше значение SD тем скорее возникают складки и тем труднее процесс вытяжки.
При 3 вытяжка полусферы может быть произведена без прижима формовкой в упор в глухом штампе. При необходима вытяжка с прижимом или вытяжка с выворачиванием. При применяется матрица с вытяжными ребрами (рис. 1.6) или вытяжка с выворачиванием.
Рисунок 1.6 – Штамп для сферической вытяжки[1]
4 Холодное выдавливание листового металла
В ЛШ холодное выдавливание является операцией по изготовлению полых тонкостенных деталей преимущественно из листовой заготовки в результате пластического истечения металла в зазор между пуансоном и матрицей.
Процесс холодного выдавливания заключается в следующем: заготовка имеющая объем равный объему детали с припуском на обрезку помещается в гнездо матрицы; давлением пуансона металл приводится в весьма пластичное состояние и выдавливается в кольцевой зазор между пуансоном и матрицей. Применение холодного выдавливания в массовом производстве дает снижение трудоемкости в пять—десять раз и уменьшение стоимости инструмента в три раза.
В настоящее время холодным выдавливанием изготовляют детали из алюминия меди томпака латуни и цинка (последний с нагревом до 200° С) а также из малоуглеродистой стали (меньшей высоты н большей толщины).
Существуют три способа холодного выдавливания (рис. 1.7):
) прямой способ (рис. 1.7 а) когда течение металла направлено в сторону
рабочего движения пуансона;
) обратный способ (рис. 1.7 б) когда течение металла идет в направлении
обратном рабочему ходу пуансона;
) комбинированный способ (рис. 1.7 в) представляющий сочетание прямого и обратного способов.
Прямым способом обычно изготовляют гильзы и трубки небольшого диаметра. Для изготовления гильз с донышком прямым способом заготовка должна быть в виде диска или лучше в виде толстостенного колпачка. Оставшийся фланец обрезается в том же штампе под другим обрезным пуансоном для чего применяют поворотные или передвижные пуансоны. Прямой способ холодного выдавливания требует меньшего усилия пресса так как обычно осуществляется при меньшей степени деформации что позволяет работать с большим числом ходов пресса (до 90—120 ходмин).
Отношение толщины стенок готовой детали к толщине заготовки составляет от 1 : 4 до 1 : 25 что дает степень деформации от 75 до 96%.
Рисунок 1.7 – Способы холодного выдавливания:
а – прямой; б – обратный; в – комбинированный[1].
Обратный способ холодного выдавливания применяется для изготовления цилиндрических и призматических полых изделий диаметром до 120 мм с толщиной стенок от 15 до 008 мм и высотой до 300 мм при отношении высоты к диаметру 8 к 1.
Комбинированный способ холодного выдавливания применяется для изготовления деталей более сложной формы с фигурным дном имеющих отростки выступы и шипы а также с дном расположенным внутри гильзы.
Глава 2. Разработка технологии изготовления детали «Колпачок» методом холодной листовой штамповки
1. Описание штампуемой детали
Круглая куполообразная в плане деталь «Колпачок» предназначена в качестве заглушки масляных каналов головки блока цилиндров в автомобиле.
Неуказанные предельные отклонения по H14 h14
Рисунок 2.1 - Деталь «Колпачок»
Годовая программа: ;
Химический состав и свойства материала: прокат листовой горячекатаный углеродистой качественной конструкционной стали имеет следующий химический состав (ГОСТ 16523-97):
и обладает следующими свойствами:
Сопротивление срезу (при вырубке):;
Относительное удлинение (не менее): .
2. Обоснование выбора технологического процесса изготовления детали
Данную деталь можно изготовить методами холодной листовой штамповки так как размеры по толщине намного меньше размеров по длине и ширине.
Свойства материала детали и ее форма говорят о достаточной штампуемости детали.
Так как подготовка производства является очень трудоемким процессом стоимость оборудования и штампов очень высокая то очень важно чтобы технологический процесс был выбран в соответствии с заданными требованиями.
Производственная программа 200000 шт.год следовательно тип производства – крупносерийное. В крупносерийном производстве штамповку производят в основном на универсальных механических прессах.
При изготовлении данной детали будут применяться следующие основные операции:
резка листа на полосы;
вырубка круглой заготовки;
формовка в сферическую матрицу;
3. Определение размеров и формы заготовки
Для данного случая вытяжки заготовка имеет форму круга диаметр которого найдем аналитическим способом.
Рисунок 2.2 – Расчёт объема детали
в программной среде Solidworks
В качестве заготовки выберем круг диаметром толщиной 32 мм.
Тогда по формуле получаем:
4. Расчет оптимального раскроя материала
Экономия металла и уменьшение отходов в холодной листовой штамповке имеют большое значение. Раскрой листового металла на штучные заготовки и полосы является первой операцией связанной с потерями металла в виде обрезков и неиспользуемых отходов.
Чтобы уменьшить величину перемычек будем применять боковой прижим полосы. Тогда величины перемычек будут следующими:
где – наименьшая величина боковой перемычки.
Сначала требуется разрезать лист на полосы а затем из полос вырубаются заготовки. Так как производство серийное подачу будем осуществлять вручную до упора автоматизация процесса подачи не является экономически целесообразной.
Схема для подсчета номинальной ширины полосы представлена на рис.3:
Рисунок 2.3 - Схема для подсчета номинальной ширины полосы
Расчет ведем по формулам:
где: – номинальная ширина полосы – просвет между направляющими штампа – диаметр заготовки – наименьшая величина боковой перемычки – гарантированный зазор между направляющими и наибольшей возможной шириной полосы: – односторонний допуск на ширину полосы:
Тогда номинальная ширина полосы равняется:
Просвет между направляющими штампа:
Рисунок 2.4 - Раскрой полосы материала
После расчета был выбран лист: 2000 на 1000 [ГОСТ 19904-74].
Количество деталей в полосе определяется:
где - размер вырезаемой заготовки (поперек полосы).
Существует два способа раскроя: поперечный и продольный. Рассмотрим их подробней для определения наиболее экономичного.
Рисунок 2.5 - Выбор вида раскроя
Сравним два способа раскроя листа:
Для раскроя вдоль длинной стороны листа ():
Общий коэффициент использования металла:
где – площадь листа – площадь заготовки.
Для раскроя вдоль короткой стороны листа ():
С точки зрения оптимального раскроя материала выбираем продольный раскрой так как в данном случае количество полученных заготовок будет больше и в то же время необходимое количество полос потребуется в два раза меньше.
5. Выбор способа резки листа на полосы
Резка листа на полосы является заготовительной операцией и производится на рычажных гильотинных дисковых ножницах а также на специальных отрезных штампах. В качестве способа резки листа выбираем резку на гильотинных ножницах (рис.2.6) [1].
Рисунок 2.6 - Схема резки листа на гильотинных ножницах
Характеристики: угол створа: угол резания: задний угол: зазор между ножами –
Учитывая наличие изгиба при резке а также неравномерности толщины материала и притупление ножей расчетное усилие увеличивают на 30 % и тогда полное усилие:
6. Структура технологического процесса
После резки листа на полосы производим вырубку заготовок из полосы на вырубном штампе. Затем идут операции формовки высадки и в конце операция обрезки облоя.
Перед каждой операцией необходимо проводить смазку и выборочный контроль.
Операции будут производиться на универсальных механических прессах в недорогих штампах простого действия. При заданной программе выпуска использовать автоматизированный технологический процесс не целесообразно.
7. Вырубка заготовок
Расчетное усилие при круглой в плане вырубки с двухсторонним скосом:
Полное усилие вырубки обычно учитывает поправку на неоднородность материала и затупление режущих кромок введением поправочного коэффициента:
Усилие проталкивания:
где - коэффициент проталкивания.
Усилие необходимое для снятия полосы с пуансона:
где - коэффициент снятия.
Исполнительные размеры:
Размер заготовки определяется размером отверстия матрицы и зазор берем за счет размера пуансона.
где – допуск детали: - допуск при изготовлении матрицы:
где - допуск при изготовлении пуансона: – наименьший двусторонний начальный зазор:
8. Моделирование процессов штамповки
Произведем моделирование процессов формовки в сферическую матрицу и высадки торца при помощи программы SolidWorks (создание моделей) а также Deform3D (моделирование процесса штамповки на кривошипном прессе). Для уменьшения времени расчета используется одна восьмая часть заготовки для Deform3D.
Моделирование процесса формовки в сферическую матрицу
При помощи программы SolidWorks создали модели инструментов под сферическую формовку. Заготовкой будет служить круг ∅48 и толщиной 32 мм.
Рисунок 2.7 – Модели пуансона и сферической матрицы в разрезе
Необходимые данные для моделирования процесса «осадка»:
Модели: заготовка пуансон и матрица;
Материал заготовки: аналог стали 08кп – AISI-1008.COLD[70F(20C)];
Температура: инструмента – 20ºС заготовка – 20ºС;
Исходная диаметр заготовки - 48 мм; толщина – 32 мм; Перемещение – 186 мм;
Оборудование: Однокривошипный открытый пресс простого действия модели типа КД2102.
Результаты расчета процесса "формовка" в программной среде "Deform-3D
Рисунок 2.8 – Результат операции формовки
На рисунках 2.9-2.11 представлены распределения напряжения и перемещения по объему отформованной заготовки и график усилия соответственно.
Рисунок 2.9 - Интенсивность напряжений
Исходя из рисунка 2.9 видно что интенсивность напряжений при формовке находится в интервале и наибольшие значения сосредоточены в торцевых областях заготовки.
Рисунок 2.10 – Интенсивность деформаций
Исходя из рисунка 2.10 видно что интенсивность деформаций находится в интервале от 0 до 04 и наибольшие значения локализованы в торцевых областях контакта заготовки и матрицы.
Рисунок 2.11 – График усилия пуансона при штамповке
На рисунке 2.11 приведена зависимость усилия оказываемое пуансоном на заготовку от времени при операциях штамповки. На этапе формовки значение максимального усилия пуансона составляет .
Моделирование процесса высадки торца
Производим замену инструмента для формовки на инструмент для высадки торца.
Рисунок 2.12– Модели верхнего и нижнего штампа в разрезе
Рисунок 2.13 – Фрагмент выемки на верхнем штампе
Необходимые данные для моделирования процесса окончательной штамповки:
Модели: заготовка из рассчитанного процесса формовки верхний и нижний штампы;
Результаты расчета процесса "высадка" в программной среде "Deform-3D
Рисунок 2.14 – Результат операции высадки
На Рисунках 15-17 представлены соответствующие распределения и график усилия для окончательной штамповки.
Рисунок 2.15 – Интенсивность напряжений
Исходя из рисунка 2.15 видно что интенсивность напряжений при штамповке находится в интервале и наибольшие значения сосредоточены в области образования облоя.
Рисунок 2.16 – Интенсивность деформаций
Исходя из рисунка 2.16 видно что интенсивность деформаций при штамповке находится в интервале от 0 до 100 и наибольшие значения сосредоточены в областях высаживаемого уступа и облоя.
Рисунок 2.17 –График усилия пуансона при штамповке
На рисунке 2.17 аналогично рисунку 2.10 приведена зависимость усилия оказываемое пуансоном на заготовку от времени при операциях штамповки. На этапе формовки значение максимального усилия оказываемое верхним штампом составляет .
Необходимое усилие (МН) обрезки облоя определяют по формуле [5]:
где – периметр среза; – действительная толщина среза облоя; - предел прочности (при температуре 20 С равен 330 МПа).
Действительная толщина обрезаемого слоя:
где - размер определяется графически по линии среза облоя а - соответсвенно по линии пробивки перемычки; - возможная недоштамповка(значение принимаем равным положительному допуску на размер поковки по высоте т.е. 01 мм).
Усилие обрезки облоя:
Для обрезки используем как и для предыдущих операций однокривошипный открытый пресс простого действия модели типа КД2102 следующими характеристиками: номинальное усилие пресса - 400 кН; ход ползуна – до 200 мм; размеры стола в мм - ; наибольшее расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении – [4].
Глава 3. Выбор оборудования материалов и описание средств механизации
1. Выбор оборудования
Для резки листа на полосы выбираем гильотинные ножницы по размерам допускаемого листа и ширине отрезаемой полосы типа: НК3416. Основные характеристики приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 - Основные характеристики НК3416
Усилие реза кН не более
Наибольшая ширина отрезаемой полосы при работе с задним упором мм
Для вырубных и формовочных операций выбираем оборудование по максимальному ходу и усилию.
Для формовки и высадки выбираем КД2102 основные характеристики которого приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 - Основные характеристики КД2102
Номинальное усилие пресса кН
Регулируемый ход ползуна мм
Расстояние между столом и ползуном в его нижнем положении при наибольшем ходе мм
2. Выбор необходимой смазки
Для вырубки стали толщиной до 4 мм используем смазочные материалы содержащие хлор. Смазка типа ХС147.
Для формовки будем использовать смазку с составом приведенным в таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Состав смазки
Серу следует вводить в виде измельченного порошка
Смазываем поверхность контактируемую с матрицей.
Так как в составе СОТС присутствует жир то для удаления смазки используем бензин.
3. Выбор материалов деталей штампов и режимов термообработки
В данном разделе выбираем материал для каждой детали и режимы их термообработки в соответствии с рекомендациями [2]. Все детали штампов можно разделить на четыре группы:
) Формообразующие детали - матрица и пуансон сделанные из инструментальной углеродистой стали У10А. Термообработка - закалка в воду 800 + отпуск 380. После закалки в воду увеличивается твердость. Образующийся при закалке стали мартенсит представляет собой неустойчивую структуру характеризующуюся высокой твёрдостью хрупкостью и высоким уровнем внутренних напряжений. По этой причине закалённую сталь обязательно подвергать отпуску. Отпуск является окончательной операцией термической обработки в результате которой сталь получает требуемые механические свойства. Кроме того отпуск частично или полностью устраняет внутренние напряжения возникшие при закалке.
) Сборочные детали - нижняя и верхняя плита винты сделанные из конструкционной углеродистой качественной стали 40. Термообработка - нормализация. Нормализацию как правило применяют для устранения крупнозернистой структуры образовавшейся в результате вынужденного или случайного увеличения времени нахождения заготовок в печи для исправления структуры перегретой стали (перегрева) измельчения зерна смягчения стали перед обработкой резанием и получения при резании более чистой поверхности а также общего улучшения структуры перед закалкой. В результате нормализации сталь получается несколько тверже и менее пластичной чем после низкого отжига. Нормализация по сравнению с отжигом более экономичная операция так как не требуется охлаждения вместе с горном или печью. Структура феррито-перлитная.
) Сборочная деталь – штифт сделанная из конструкционной инструментальной углеродистой стали У8 для штифта рабочую часть калить для повышения прочности.
) Сборочные детали – толкатель выталкиватель сделанные из углеродистой качественной конструкционной стали Ст35 и Ст45 соответственно.
Результаты выбора представлены в таблице 3.4.
Таблица 3.4 - Материалы деталей штампов
Наименование детали ГОСТ
Термообработка структура
Закалка в воду + отпуск
Закалка в воду 800° феррито-перлитная
Нормализация 800C феррито-перлитная
Нормализация феррито-перлитная
-62(цементация 05-1 мм)
Цементация 950C + закалка 820C в воду + отпуск 190C мартенсит
Отжиг состоит в нагреве стали до заданной температуры выдержке при этой температуре до окончания перекристаллизации и медленном охлаждении. В зависимости от того какую цель преследует отжиг и над какой маркой стали он проводится устанавливают различные его режимы — температуру нагрева время выдержки скорость охлаждения.
Нормализация применяется по отношению к низкоуглеродистым штамповым сталям и часто заменяет отжиг. Нормализация способствует установлению мелкозернистой и однородной структуры заготовки улучшает обрабатываемость резанием снимает наклеп с поверхностного слоя заготовок подвергшихся ковке.
Закалка является самым распространенным процессом термической обработки стали. Она необходима для повышения твердости и износостойкости детали оснастки. Закалка производится после завершения механической обработки деталей перед их чистовым шлифованием и полированием. Качество закалки зависит от правильного выбора температуры нагрева времени выдержки и скорости охлаждения.
Отпуск является завершающей операцией термической обработки деталей оснастки. Рекомендуется производить отпуск непосредственно вслед за закалкой пока закаленный металл не разрушен напряжениями возникшими при закалке. Различают три вида отпуска: низкий средний и высокий.
Низкий отпуск производится с целью снятия напряжений в закаленной детали. Он почти не оказывает влияния на твердость стали структура ее остается неизменной. Нагрев детали производят медленно до температуры 150—250° С и так же медленно охлаждают.
Средний отпуск имеет целью снятие напряжений и получение более вязкой структуры в стали. Нагрев закаленных деталей производят в интервале 250—450° С. Сталь после такого отпуска несколько теряет свою твердость но получает более высокие механические свойства.
Высокий отпуск осуществляют нагревом закаленной детали до 500—650° С при этом почти полностью снимаются внутренние напряжения и улучшается структура кристаллов в металле. Однако твердость закалки значительно снижается особенно для углеродистых инструментальных сталей.
Двойная термическая обработка заключающаяся в закалке стали и ее последующем высоком отпуске носит название улучшения.
3. Маршрутная технологическая карта
Резка листа на ножницах
Вырубка заготовки D = 48 мм
Кривошипный пресс КД2102 с номинальным усилием 400кН
Формовка в сферическую матрицу
4. Описание средств автоматизации
По функциональному назначению автоматизирующие устройства можно разделить на три основные группы:
ориентирующие и питающие устройства;
подающие устройства;
устройства для удаления деталей и отходов.
После раскроя листа на полосы необходимо предусмотреть подачу полосы в зону вырубного штампа. Самым простым решением с технической точки зрения будет применение валковой подачи. Рабочими органами являются валки захват и перемещение листового материала (ленты полосы) происходит валками за счет сил трения. Различают одностороннюю (толкающую) и двустороннюю валковые подачи.
Двусторонняя валковая подача (рис. 3.1) состоит из двух пар валков 5 и 8 приводимых во вращение от планшайбы 1 на конце коленчатого вала пресса посредством тяги 2 рейки 3 муфты свободного хода 4 поперечного 11 и продольного 6 валов.
Рисунок 3.1 - Схема двусторонней валковой подачи [3]
Пружины 9 прижимают верхние валки к нижним обеспечивая необходимую силу трения для перемещения ленты 7. Для поглощения сил инерции применяется постоянно действующий колодочный тормоз 10. Шаг подачи ленты регулируют изменением эксцентриситета положения пальца на планшайбе.
Помимо валковой подачи применяются специальные полосоподаватели в нашем случае с продольной подачей заготовок. После вырубки заготовка проваливается через отверстие в матрице и по конвейеру удаляется из зоны пресса.
Типовая конструкция продольной подачи полосы наглядно продемонстрирована в автоматизированном комплексе для безотходной вырубки деталей из полос внедренном на заводе "Электросталь" состоящем из полосоукладчика полосоподавателя и конвейера (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 - Автоматизированный комплекс для подачи полос[3]
Стопа заготовок 1 устанавливается на приемный стол 2 и посредством цепного конвейера 3 перемещается в рабочую позицию. Пневмоприсосы 4 захватывают верхнюю полосу и поднимают ее посредством пневмоцилин-дра 5 установленного на каретке 6. Штоком пневмоцилиндра 7 каретка перемещается в позицию загрузки где полоса укладывается на стол полосоподавателя 8. Полосоподава-тель осуществляет пошаговую подачу полосы в штамп 9 при работе в автоматическом режиме пресса 10. Вырубленные детали удаляются из зоны пресса конвейером 11.
Вырубка заготовок в нашем случае будет происходить с отходом поэтому необходимо оснастить штамп ножницами для отрезки отхода. Ножницы для отрезки отхода применяют при штамповке из ленты или полосы. Они могут быть принадлежностью пресса или штампа. Ножницы с приводом от вала пресса универсальны и могут производить резку различных видов отхода с разным шагом.
Ножницы (рис. 3.3) имеют привод от планшайбы с эксцентрическим пальцем насаженным на вал пресса через штангу 1 и качающийся на оси 2 рычаг 3 с верхним ножом 4.
Рисунок 3.4 - Ножницы для резки отходов
Нижний нож 5 установлен на стойке которую можно перемещать в горизонтальном направлении винтом 7. Кронштейн б с механизмом прикреплен к станине пресса но его можно перемещать в вертикальной плоскости посредством винта 8 по направляющим 9 для установки ножниц на уровень подачи.
Подающим устройством для формовки и высадки будет служить шиберный питатель с клиновым механизмом. Рассмотрим на примере шиберный питатель с клиновым механизмом встроенный в штамп (рис. 3.3). Шибер осуществляет подачу заготовок при ходе ползуна пресса вверх. Клинья 3 освобождают ползушку 7 и она под действием пружины 4 перемещает шибер 2 влево который проталкивает нижнюю заготовку из магазина 1 на один шаг крайняя заготовка при этом доходит до упора 6. Прижим 5 создает дополнительное сопротивление движению заготовки что гасит инерционные силы и обеспечивает устойчивый режим работы.
Рисунок 3.3 - Шиберный питатель с клиновым механизмом[3]
Устройства для удаления деталей делятся на две группы – сбрасывающие и выносящие. К первым относятся различные пружинные и рычажные механизмы либо с индивидуальным приводом либо встроенные в штамп а также пневмосдуватели. К выносящим устройствам относятся конвейеры лотковые сбрасыватели как с индивидуальным приводом так и действующие от пресса. В нашем случае будет применен пневмосдуватель так как кроме съемника в штампе потребуется дополнительный импульс сжатого воздуха для направленного удаления отштампованной детали из зоны пресса. Рассмотрим на примере принцип действия пневмосдувателя.
Рисунок 3.4 - Конструкция пневмосдувателя[3]
Пневмосдуватель (рис. 3.4) состоит из корпуса клапана б укрепленного на станине 7 пресса регулируемого кронштейна с роликом 5 прикрепленного к ползуну 4 пресса. Сжатый воздух из корпуса клапана поступает по гибкому шлангу 8 к соплу 2 которое может перемещаться по стойке 3 закрепленной к плите 1 пресса или штампа.
При ходе ползуна вверх ролик нажимает на стержень клапана и сжатый воздух из магистрали поступает в сопло. Перемещение стержня клапана можно осуществлять от кулачка расположенного на конце коленчатого вала пресса или применять как это делают на быстроходных прессах воздухораспределительный клапан с электромагнитом.
Удаление деталей посредством сжатого воздуха способствует повышению стойкости инструмента так как охлаждает его и удаляет мелкие заусенцы прилипшие к поверхности инструмента. Сжатый воздух применяется для удаления как правило мелких деталей с небольшой толщиной стенки имеющих небольшую массу (до 05 кг) при относительно большой поверхности. При удалении более крупных деталей используют несколько сопел. Сжатый воздух используют также для удаления отходов после пробивки из нижней половины штампа.
На последней операции обрезке облоя подача высаженных поковок будет осуществляться вручную поскольку требуется точная ориентации поковок в зоне действия обрезного пресса. Готовые изделия будут проваливаться в отверстие в нижней плите.
Глава 4. Технико-экономический анализ процессов
При введении новой технологии необходимо применять методы изготовления деталей с более высокими экономическими показателями. Это подразумевает снижение себестоимости изготовления детали обусловленное повышением технологичности методов экономии на времени изготовления арендной плате за производственные площади количестве оборудования электроэнергию материале и занятых при изготовлении рабочих. Приведем пример экономического расчета штамповки детали «Колпачок».
1. Расчет потребного количества оборудования
Расчетколичества единиц требуемого оборудования определяется по формуле [5]:
где Qг.з. – годовая программа выпуска шт.год;
tшт.к. – штучно-калькуляционное время на операцию час;
Fд действительный годовой фонд времени работы оборудования часгод;
Кв коэффициент выполнения нормы.
Расчет коэффициента загрузки оборудования [5]:
где Ср – количество требуемого оборудования шт.;
Сп – количество используемого оборудования шт.
Коэффициент занятости оборудования:
где 087÷087 – коэффициент учитывающий внутренние потери по организационно-техническим причинам.
Действительный годовой фонд времени работы оборудования [5]:
где Fном – номинальный фонд времени работы единицы оборудования;
Крем – коэффициент учитывающий потери времени работы оборудования на все виды ремонта.
где Dр – количество рабочих дней в году;
Тсм – длительность рабочей смены;
Sсм – количество смен;
Тсм.сокр – число часов на которые сокращается смена в предпраздничный день.
2. Определение численности производственных рабочих
Потребное количество производственных рабочих определяется по формуле [5]:
где Rp расчетное количество рабочих чел;
Qг.з. годовая программа выпускаемых деталей шт;
Fд годовой фонд рабочего времени час;
Кв коэффициент учитывающий выполнение норм рабочим
Кв = 11; tшт.к. штучно-калькуляционное время на операцию час.
3. Расчет материальности
Расчет количества материала потребного для изготовления детали является очень важным если обратить внимание на то что стоимость материала составляет в среднем 70% от стоимости изделия то даже небольшая экономия материала на одной детали в целом может оказать существенное влияние на снижение цены изделия.
Расчет потребного металла произведем по формуле [5]:
GM j qм Qг.з. кг год
где qм – норма расхода материала кгдет.
4. Расчет производственных площадей
Расчет производственных площадей произведем только для оборудования которое отличается по разным технологиям поскольку именно в связи с этим будет определяться разница затрат на производство. Производственной площадью является площадь на которой расположены оборудование и рабочие места необходимые для изготовления деталей в соответствии с программой выпуска и определяется по формуле [5]:
где Sо площадь типоразмера оборудования м2;
Cп – принятое количество станков для данной операции шт.;
Sуд удельная площадь занимаемая единицей оборудования или одним рабочим местом слесаря м2;
Кд коэффициент учитывающий дополнительную площадь на единицу оборудования.
5. Расчет капитальных вложений
Капитальные вложения – это затраты носящие единовременный разовый характер. Они представляют собой денежное выражение величины основных и оборотных фондов предприятия. При расчете капвложений следует учитывать только те составляющие которые различаются по вариантам. Капитальные вложения рассчитываются по следующей формуле:
К пр К 0 К зд К осн К инв К з . м. К зад Кбуд. пер.
где Ко затраты на приобретение оборудования;
Кзд вложения в здания и сооружения;
Косн затраты на оснастку;
Кинв затраты на инвентарь;
Кз.м. затраты на материалы;
Кзад затраты на заделы деталей;
Кбуд.пер затраты будущих периодов обусловленные выполнением НИР.
Основную долю затрат в общей сумме Кпр составляют вложения в оборудования в здания в оснастку в запасы материалов. Именно их величина чаще всего различается по вариантам. Поэтому без особого ущерба точности расчета можно ограничиться определением только этих капвложений.
Как раньше уже оговаривалось не имеет смысла рассматривать капиталовложения во все оборудование а достаточно рассмотреть затраты на отличающееся оборудование и определить экономическую эффективность того или иного метода по сбереженным средствам.
6. Расчет на приобретение оборудования
где Цвд цена единицы оборудования тыс. руб;
Сп принятое количество станков шт.;
Кзан коэффициент занятости оборудования.
7. Расчет затрат на оснастку
Расчет затрат на оснастку производится по формуле [5]:
где осн коэффициент занятости технологической оснастки данного типо размера; при использовании специальной оснастки рассчитанной на обработку только одного изделия осн = 1;
Пi количество единиц оснастки необходимого для бесперебойного выполнения операции штгод.
8. Расчет затрат на материал
Капитальные вложения в материал определяются стоимостью количества материала потребного на изготовление данной партии деталей тем или иным способом.
Таким образом стоимость материала определим по формуле [5]:
где Стонна стоимость тонны металла;
тр коэффициент учитывающий транспортные расходы;
N – требуемое количество материала т.
9. Расчет зарплаты основных рабочих
Зарплата основных рабочих при изготовлении одной детали [5]:
где Сч часовая тарифная ставка;
– коэффициент нормирования.
Зарплата рабочих при изготовлении всей партии [5]:
10. Амортизация оборудования
Амортизация единицы специального оборудования рассчитывается по формуле [5]:
где Н0 – годовая норма амортизации.
Чтобы получить суммарную величину амортизационных отчислений
необходимо умножить амортизацию единицы оборудования на их общее количество.
11. Затраты на ремонт и обслуживание оборудования
Эти затраты охватывают все ремонтного и межремонтного обслуживания и составляют 40% от нормы амортизационных отчислений [5].
12. Расчет затрат на электроэнергию
Стоимость электроэнергии определим по формуле [5]:
Сэнерг К з Цэ tш.к . Qг . з. N
где Кз коэффициент загрузку электродвигателя; Цэ – стоимость кВтчас; N - мощность двигателя.
13. Затраты на аренду производственной площади
Затраты на аренду производственной площади зависят от места необходимого для установки и обслуживания оборудования. Таким образом стоимость зависит от площади и цены за кв.м.. Стоимость аренды площади может сильно варьироваться в зависимости от расположения данных производственных площадей. При расположении на окраине города или пригороде можно снять площадь в районе 150 долларов за кв.м. в год.
где S – площадь потребная для оборудования м2 См2 стоимость кв. м. в год доллар; КР курс рубля по отношению к евро руб.
14. Затраты на содержание производственных площадей
Стоимость содержание производственной площади определяется по формуле [5]:
Глава 5. Техника безопасности
При выполнении операций ОМД должны соблюдаться общие правила техники безопасности принятые в кузнечно- штамповочных и заготовительных цехах. Вспомогательные операции входящие в общий технологический процесс изготовления поковок (приготовление хранение и нанесение защитно-смазочных покрытий химическая и механическая очистка и др.) следует выполнять при строгом соблюдении соответствующих правил охраны труда. Кроме того необходимо соблюдать дополнительные правила обусловленные спецификой изотермической штамповки и связанные с конкретными производственными условиями.
Оборудование листоштамповочных цехов в отношении травматизма является наиболее опасным. Все места в цехе являющиеся опасными в отношении травматизма ограничены. Оборудование имеет кожухи закрывающие все его наружные движущиеся или вращающиеся детали и узлы надежное пусковое управление (кнопки педали рукоятки) не допускающие возможность случайного или самопроизвольного включения или переключения его во время работы. Станины оборудования корпуса электрических нагревательных установок и электродвигателей пульты и приборы управления заземлены. Мерами предотвращения травматизма на холодноштамповочных прессах является применение закрытых штампов установка на прессах ограждающих устройств представляющих собой поворачивающиеся откидные или передвижные защитные решетки кинематически связанные с ползуном пресса и закрывающие рабочее пространство пресса при движении ползуна вниз или отводящие руку рабочего. Используются также фоторелейная и радиоизотопная защита. Фоторелейная защита не может считаться достаточно надежной так как при запылении фотоэлемента перестает действовать. В этом отношении радиоизотопная защита гораздо лучше так как для бета-лучей слой пыли не является препятствием. Основным средством для предотвращения травматизма при работе на прессах и другом оборудовании является механизация и в особенности автоматизация производственных процессов. Механизация и автоматизация исключают необходимость соприкосновения производственного персонала с оборудованием во время его работы предотвращая этим проникновение рук рабочего в опасные зоны оборудования при его работе. Автоматизация и механизация облегчают условия труда снижают утомляемость что уже само по себе является условием способствующим предотвращению травматизма так как усталость понижает внимание рабочего. Кроме того все рабочие в цехе а также представители ОТК или другие представители не участвующие непосредственно в производстве должны находиться в цехе обязательно в касках. К оборудованию и другим рабочим местам в цехе должны быть предусмотрены незагроможденные подходы удобные проходы и подъезды. Существенным преимуществом в этом отношении обладает поточное расположение оборудования в соответствии с направлением технологического процесса ибо при этом отпадает необходимость в накоплении у рабочих мест большого количества заготовок полуфабрикатов готовой продукции и следовательно загромождение рабочих мест и подходов к оборудованию. Кроме того при подаче заготовок в рабочее пространство пресса применяются крючки и щипцы. Пол возле пресса должен быть ровным сухим без выбоин и не загроможденным деталями и отходами. По санитарной безопасности цех относится к категории I б то есть производство протекающее при нормальных метеорологических условиях и отсутствии вредных газов и выделений.
К работе допускается персонал получивший специальный инструктаж по технике безопасности и ознакомившийся с конструкциями всех устройств
механизмов с гидравлическими кинематическими и электрическими схемами установок инструкциями по эксплуатации электро- и гидроаппаратуры.
1. Анализ опасных и вредных факторов при проведении тех. процесса
При работе на установках для изотермического деформирования необходимо:
Содержать в исправном состоянии кожуха ограждения лестницы площадки для обслуживания (перекрытия); особое внимание обращать на правильность установки и исправность защитных кожухов трансформаторов и конденсаторной батареи (ГОСТ 192091– 81);
Проводить работы при исправном заземлении (ГОСТ 12.1.019-79ГОСТ 12.1.030-81);
Использовать при работе на установках с индукционным нагревом клещи другой ручной инструмент изготовленный из не магнитных материалов;
Укладывать заготовки в штамп и извлекать их из штампа только через специальное рабочее окно в нагревательном блоке;
Отключать при установке и смене инструмента электропитание нагревательного блока (ГОСТ 12.2.0007.0-85);
Проверять перед началом штамповки правильность работы узлов пресса наличие необходимых блокировок;
Проверять систематически затяжку крепежных деталей;
Выполнять после каждого ремонта или разборки контрольные операции для проверки безопасности работы;
Выполнять ремонт и наладку электроаппаратуры только при выключенном рубильнике;
Применять при замене штампов-вставок в горячем состоянии вспомогательный инструмент исключающий касание нагретых деталей руками.
2. Вопросы производственной (промышленной) санитарии
Нормализация факторов воздушной среды в цехе
Производственные здания для выполнения прессовых работ соответствуют требованиям норм СНиП 31-03-2001 а также нормам и правилам утвержденным органами государственного надзора.
Покрытия полов может быть бетонным или ксилолитовым. Сроки осмотра и ремонта зданий и помещений кузнечнопрессовых цехов устанавливаются графиком в установленном порядке.
Участки и цехи выполнения кузнечнопрессовых работ имеют знаки безопасности по ГОСТ 12.4.026 - 2004.
Между длинными сторонами и торцами зданий с оконными проемами предусматриваются санитарные разрывы не менее 12 метров (СН 2455 - 84).
Уровни опасных и вредных производственных факторов в производственных помещениях и на рабочих местах не должны превышать величин определяемых нормами утвержденными в установленном порядке.
Таблица 5.1 - Предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ в воздухе рабочей зоны
Нормализация микроклиматических параметров на рабочем месте
Для обеспечения нормальных условий труда в рабочей зоне производственных помещений устанавливаются оптимальные и допустимые величины параметров микроклимата с учетом тяжести выполняемой работы и сезона года.
В таблице 5.2 приведены допустимые нормы параметров которые СанПиН2.2.4548—96 предусматривает для помещений где ведутся рассмотренные технологические процессы.
Таблица 5.2 - Допустимые параметры микроклимата
Средней тяжести II б
Относительная влажность %
Скорость движения воздуха мс
Колебания температуры воздуха по горизонтали в рабочей зоне а также в течение смены допускаются до 5°С – при средней тяжести работах при этом абсолютные значения температуры воздуха измеренной на разной высоте и в различных участках помещений в течение смены не должны выходить за пределы допустимых величин.
Освещенность и яркость рабочих поверхностей
Естественное и искусственное освещение производственных помещений соответствует СНиП 23.05-95 СН-245-84 и по ГОСТ 12.3.025-80.
На рабочих местах применяется система комбинированного освещения – общее и местное которое обеспечивает хорошую видимость делений на отсчетных и контрольно-измерительных приборах а также обрабатываемых деталей.
Местное освещение осуществляется светильниками устанавливаемыми на прессах. Местное освещение должно быть отрегулировано так что освещенность рабочей зоне не превышает нормативных значений и свет не слепит глаза.
Санитарными нормами и правилами СНиП 23.05-95 установлены нормы освещения для кузнечно-штамповочного цеха 300 лк общее локализованное освещение должно быть 500 лк комбинированное 1500 лк.
Лампы должны быть оснащены осветительной арматурой. Для безопасности обслуживания светильников применяются приспособления по ГОСТ 12.2.012.89 - лестницы стремянки мостики с перилами.
Классификация шума производится в соответствии с ГОСТ 12.1.003-83(1999).
Для прессовых операций характерен высокий уровень звука достигающий 89 107 дБ. Продолжительное воздействие при работе прессовки т.п. оказывает чрезвычайно вредное воздействие не только на органы слуха но и на нервную систему обслуживающего персонала. Ожидаемый уровень звука при применении данной технологии не должен превышать 80дБ (СН 2.2.42.1.8.562-96) поэтому специальные средства для понижения шума не применяются. Оборудование издающее больший шум рекомендуется размещать в изолированных помещениях.
Вибрация и методы защиты
Гигиеническое нормирование вибраций регламентирует параметры производственной вибрации и правила работы с вибро-опасными механизмами и оборудованием ГОСТ 12.1.012-2004 . Санитарные нормы СН 2.2.42.1.8.556-96 "Производственная вибрация вибрация в помещениях жилых и общественных зданий". Документы устанавливают: классификацию вибраций методы гигиенической оценки нормируемые параметры и их допустимые значения режимы труда лиц вибро-опасных профессий подвергающихся воздействию локальной вибрации требования к обеспечению вибро безопасности и к вибрационным характеристикам машин. ГОСТ 25980-83 («Вибрация. Средства защиты. Номенклатура параметров») распространяется на средства виброизоляции и динамического виброгашения предназначенные для снижения вибрации ручных стационарных самоходных и прицепных машин оборудования строительных конструкций и уменьшения вредного воздействия вибрации на человека-оператора. Стандарт устанавливает номенклатуру параметров необходимую для выбора средств защиты и расчета систем вибрационной защиты. Параметры могут быть экспериментальными и расчетными. Значения экспериментальных параметров определяются опытным путем непосредственно для конкретных средств защиты значения расчетных параметров определяются расчетным путем по характеристикам применяемых в конструкции средств защиты материалов готовых деталей и сборочных единиц и т.д. Нормами методов и средств защиты от вибрации является ГОСТ 26568-85.
На данном рабочем месте вибрация категории 3 «а» - технологическая и для этого вида вибрационный эквивалентный корректированный уровень виброскорости составляет 92 дБ.
Действующей нормой по электробезопасности для кузнечно-прессовых работ является ГОСТ 12.3.026-81. Токоведущие части электрооборудования размещены в корпусе машины или ограждены щитами из не сгораемого материала. Широко использованы блокировочные устройства. Механическая блокировка оборудования обеспечивает связь между ограждениями и тормозным (пусковым) устройством кривошипно-шатунного и других механизмов.
Электрическая блокировка обеспечивает возможность включения оборудования имеющего электропривод только при наличии ограждения. Для защиты электроустановок от чрезмерного повышения силы тока служат плавкие предохранители. В электроустановках применяется световая сигнализация: зеленый цвет сигнализирует о том что напряжение снято; красный – о том что опасное напряжение подано. Также на участке имеются специальные предупредительные плакаты и знаки для предотвращения ошибочных действий работающих.
Все оборудование на участке заземлено. Защитное заземление или зануление обеспечивает защиту людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим нетоковедущим частям которые могут оказаться под напряжением в результате повреждения изоляции. Материал конструкция и размеры заземлителей заземляющих и нулевых защитных проводников обеспечивают устойчивость к механическим химическим и термическим воздействиям на весь период эксплуатации защитное заземление или зануление электроустановок следует выполнять:
- при номинальном напряжении 380 В и выше переменного тока и 440 В и выше постоянного тока – во всех случаях.
- при номинальном напряжении от 42 В до 380 В переменного тока и от 110 В до 440 В постоянного тока при работах в условиях с повышенной опасностью и особо опасных по ГОСТ 12.1.013-2001.
Пожарная безопасность
При проектировании участка (цеха) нужно учитывать требования пожарной безопасности. На данном участке обрабатываются негорячие материалы – металлы в холодном состоянии.
На участке должны иметься оконные проемы и специальные дымовые люки которые устанавливаются в подвальных помещениях здания для удаления газа и дыма из помещения в случае возникновения пожара.
Оборудование должно быть выполнено из трудно сгораемых и несгораемых материалов. На участке должны иметься противопожарные преграды из несгораемых материалов в виде стен и перекрытий проемы(двери окна) в таких преградах также несгораемые.
Пол на участке должен быть покрыт металлическими плитами для предотвращения распространения пожара. На участке имеется специальное место для курения.
В цехе должны иметься сигнализация эвакуационные выходы средства пожаротушения.
На территории цеха должны быть расположены пожарные щиты с ведрами ломами лопатами. Рядом с машиной должен висеть огнетушитель ОУ-3.
ГОСТ 12.2.037-01 распространяется на пожарную технику и устанавливает требования безопасности к ней и к контролю их выполнения. Пожарная техника должна соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.003-01ГОСТ 12.4.009-01.
Виды пожарной техники предназначенной для защиты от пожаров предприятий зданий и сооружений а также требования к ее размещению и обслуживанию устанавливает ГОСТ 12.4.009-01. Пожарную технику предназначенную для защиты объектов подразделяют на группы:
-пожарные машины (автомобили мотопомпы и прицепы);
-установки пожаротушения;
-установки пожарной сигнализации;
-пожарное оборудование;
-пожарный ручной инструмент;
-пожарный инвентарь;
-пожарные спасательные устройства.
В первой главе были описали методы используемые в обработке металлов давлением которые применили в данной работе.
Во второй части по заданному чертежу детали «Колпачок» была разработана технология производства из листового проката. Рассчитали размеры заготовки. Выбрали размеры листа рассчитали раскрой и коэффициент использования металла. Выбрали параметры резки листа с расчетом усилия и выбором оборудования.
Технологический процесс штамповки состоит из двух операций формовки: формовку в сферическую матрицу и высадки торца. Штамповку осуществляем на одно-кривошипном прессе.
Далее произвели моделирование процесса штамповки в программном комплексе и проведен анализ результатов.
После штамповки осуществлена обрезка облоя в холодном состоянии. Рассчитаны конструктивные параметры инструментов выбрано оборудование.
Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке.- 6-е издание перераб. и доп.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение 1979 г. 520с.
Бабенко В.А. Объемная штамповка. Атлас схем и типовых конструкций штампов: Уч. Пособие для машиностроительных вузов. - 2 изд. перераб. и доп. – М: Машиностроение 1982г. - 104с.
Технология и автоматизация листовой штамповки: Учебник для вузовПопов Е.А. Ковалев В.Г. Шубин И.Н М.: Изд-во МГТУ им. Баумана 2003г 480с.
Холодная штамповка: Справочник Григорьев Л.Л. Иванов К.М. Юргенсон Э.Е под редакцией Григорьева Л.Л. -СПб Политехник 2009 г.- 665с.;
Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 4 Листовая штамповкаПод ред. Матвеева А.Д.; Ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. – М.: Машиностроение 1985-1987. -544 с.: ил.
Приложение 1. Спецификации прессовой оснастки
Приложение 2. Маршрутная карта
Приложение 3. Чертежи и плакаты ВКР

icon Результаты комп. моделирования.cdw

Результаты комп. моделирования.cdw
Результат операции формовки
Интенсивность напряжений
Интенсивность деформаций
Макс. усилие пуансона на этапе формовки
Результат операции высадки
Интенсивность деформаций
Макс. усилие пуансона на этапе высадки торца
Моделирование процесса формовки в сферическую матрицу
Моделирование процесса высадки торца

Рекомендуемые чертежи

up Наверх