Разработка технологического процесса изготовления листоштампованной детали с использованием операций вырубки и пробивки

Помимо высокой надежности и конструкционной прочности конструкционные материалы должны иметь высокие технологические свойства – хорошие литейные свойства, обрабатываемость давлением, резанием,  хорошую свариваемость.

Из всех материалов только сталь позволяет получить сочетание высоких значений различных механических характеристик и хорошую технологичность при сравнительно невысокой стоимости.

Для изготовления кронштейна используется сталь 08пс-ТВ2-М2 ГОСТ 1577-93. Это сталь конструкционная углеродистая качественная полуспокойная.

Химический состав стали  представлен в табл. 1.

Таблица 1 – Химический состав углеродистой качественной  стали 08пс (ГОСТ 1050-88)

С, %	Mn,%	Si,%	Cr,%	Cu,%	As,%	Ni,%	P,%	S,%
0,05-0,11	0,35-0,65	0,05-0,17	≤ 0,10	≤ 0,25	≤ 0,08	≤ 0,25	≤ 0,035	≤ 0,04

 

Углерод является важнейшим элементом,определяющим структуру и свойства углеродистой стали. С увеличением углерода в  структуре стали растет содержание цементита. При содержании до 0,8 % С  сталь состоит из феррита и  перлита. Феррит имеет низкую прочность, но сравнительно пластичен. Цементит характеризуется высокой твердостью, но хрупок. Поэтому с ростом содержания углерода увеличивается твердость и прочность и уменьшается вязкость и пластичность стали. Рост прочности происходит до 0,8-1,0% углерода.

С увеличением содержания углерода ухудшается свариваемость, а также  способность деформироваться в  холодном состоянии.

Полезными примесями являются марганец и кремний.Их вводят в сталь в  процессе выплавки для раскисления. Марганец, помимо раскисления полностью раскисляется в феррите и упрочняет его, увеличивая прокаливаемость стали, а также уменьшает вредное влияние серы. Кремний эффективно раскисляет сталь, и полностью растворяясь в феррите, способствует его упрочнению.

Вредными примесями являются сера и фосфор. Сера снижает пластичность и вязкость стали, особенно при низких температурах, а также сообщает стали красноломкость при прокатке и ковке. Фосфор, растворяясь в феррите, уменьшает его пластичность, придает стали хладноломкость (хрупкость).

По однородности химсостава, микроструктуры и механическим свойствам, по сопротивлению хрупкому разрушению и прочностным показателям прокат из полуспокойной стали уступает прокату из спокойной стали и занимает между ним и прокатом из кипящей стали промежуточное положение. Полуспокойная сталь раскисляется марганцем и кремнием.

Пригодность материала для штамповки  характеризуется, прежде всего, его  механическими характеристиками.

Механические свойства толстолистового  проката из стали 08пс приведены в табл.2.

Таблица 2 – Механические свойства толстолистового проката  из стали 08 пс (ГОСТ 1577-93)

Временное сопротивление  σв,                   МПа (кгс/ мм2)	Относительное удлинение  δ5,              %
270 (28)	32

 

Твердость стали по Бринелю  НВ131 по ГОСТ 1577-93

Плотность стали – 7,7х10³ кг/м³;

Удельный вес стали - 7,7 г/см³.

Сопротивление срезу  σ_ср. = 0,8 σ_в = 0,8 ּ 270 = 216 МПа

Условные обозначения  характеристик используемого проката:

ТВ2 – Твердость проката толщиной до 80 мм в состоянии поставки без термической обработки и со станов непрерывной прокатки с нормами для отожженного или высокоотпущенного проката.

М2 – Механические свойства толстолистового проката толщиной до 80 мм поставляемого без термической обработки или со станов непрерывной прокатки с нормами для отожженного или высокоотпущенного проката.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Разработка  технологичесого процесса

Технологический процесс изготовления детали включает в себя:

1.Резка листа на  полосы на гильотинных ножницах  с наклонными ножами.

2.Вырубка детали по  контуру и пробивка отверстий на кривошипном прессе.

3.Галтовка в галтовочном  барабане.

Заготовки, подлежащие гибке  желательно подвергать виброгалтовке  или обкатывать в барабане для удаления заусенцев (во избежании образования трещин при гибке).

4.Гибка на кривошипном прессе;

5.Контроль.

Разработка технологического процесса начинается с определения  размеров заготовки исходя из чертежа готовой детали.

 

2.3.1 Определение размеров заготовки и раскрой металла

Определение размеров плоской заготовки, подлежащей гибке, основано на равенстве длины заготовки длине нейтрального слоя изогнутой детали и сводится к определению положения и длины нейтрального слоя в зависимости от относительного радиуса изгиба r/S.

При гибке с закруглением длина  заготовки равна сумме длин прямых участков и длины нейтрального слоя в изогнутом участке (рис.2).

где l₁ и l₂ – длины прямых участков. Исходя из чертежа готовой детали (рис.1) определяем длины прямых участков:

;

     l_н – длина нейтрального слоя в изогнутом участке, которая при угле гибки равном 90⁰ определяется по формуле

где r – радиус изгиба, r = 5 мм;

      S – толщина материала

      х –  коэффициент, определяющий положение  нейтрального слоя, определяется в зависимости от отношения r/S = 5/4 = 1,25. х = 0,43 [3,табл.16].

Тогда длина заготовки  равна

_{Внешний вид плоской заготовки  для гибки представлен  на рис. 3.}

 

 

 

 

Рисунок 2 – Эскиз детали при гибке с закруглением

 

 

 

 

Рисунок 3 – Чертеж заготовки  для гибки

 

 

Заготовка вырубается из полосы, ширина которой при однорядном расположении заготовки определяется по формуле:

Где  L – длина заготовки, L = 170,5 мм;

        b – величина перемычки от края полосы до вырубаемой детали,

 b = 3,5 мм [3.табл. 139].

Назначение перемычек  – компенсировать погрешности подачи материала и фиксации его в штампе, чтобы обеспечить полную вырезку детали по всему контуру и предотвратить получение бракованных деталей.

Перемычки должны обладать достаточной прочностью и жесткостью, необходимой для подачи материала.

Δ_ш – односторонний (минусовый) допуск на ширину полосы, нарезанной на гильотинных ножницах, зависит от толщины материала.  Δ_ш =3 мм [3.табл.144]

.

Шаг подачи заготовки  определяется как ширина заготовки  плюс перемычка. Шаг подачи равен 84+3,5 = 87,5 мм.

Схема раскроя заготовки  представлена на рас. 4.

 

Рисунок 4 – Схема раскроя  заготовки.

Исходя из ширины полосы и шага подачи определяем оптимальные размеры листа. По ГОСТ 19903-74 выбираем лист 4х900х2200 А-ПВ-НО.

Лист из стали 08пс повышенной точности (А), высокой плоскостности (ПВ) с необрезанной кромкой (НО) толщиной 4 мм, шириной 900 мм, длиной 2200 мм.

Данный лист по ширине раскраивается на 5 полос размером 4х180х2200мм. В свою очередь каждая полоса режется по длине на 5 частей. Полоса размером 4х180х440 мм используется для вырубки и пробивки детали.

Определяем коэффициент  использования металла по формуле:

где f – площадь детали без отверстий.   f = 10478,31 мм².

       n – количество фактических деталей, полученных из полосы,       n=440/87,5 = 5 шт;

  L – длина полосы,  L = 440 мм;

  B  - ширина полосы, В = 180 мм.

Резка листа осуществляется на гильотинных ножницах с наклонными ножами.

Расчет усилия резки  представлен в разделе 3.

 

2.3.2 Вырубка и пробивка

 

Вырубка и пробивка детали осуществляется в штампе совмещенного действия. Полоса размерами 4х180х440 мм устанвливается в штамп. Фиксация полосы в штампе осуществляется с помощью двух боковых и одного переднего упоров. За один ход ползуна осуществляется вырубка детали по контуру и пробивка четырех отверстий диаметром 12 мм.

Расчет усилия вырубки  и пробивки представлен в разделе 3.

 

2.3.3 Гибка

 

После вырубки по контуру и пробивки отверстий заготовки перед операцией гибки поступают на галтовку для удаления заусенцев, которые могут иметь место после вырубки по контуру. Галтовка осуществляется в галтовочном барабане.

Затем заготовки поступают  на операцию гибки.

Гибка –это одна из формоизменяющих операций холодной штамповки.

Гибка листового металла  осуществляется в результате упругопластической деформации, протекающей различно с каждой из сторон изгибаемой заготовки.

Слои металла внутри угла изгиба сжимаются и укорачиваются  в продольном и растягиваются в поперечном направлении. Наружные слои растягиваются и удлиняются в продольном и сжимаются в поперечном направлении. Между удлиненными и укороченными слоями находится нейтральный слой, длина которого равна первоначальной длине заготовки.

Гибка заготовки осуществляется при угле изгиба 90⁰. Радиус гибки          R = 5 мм (рис.1).

Минимальный радиус гибки  не должен допускать образования  трещин в зоне изгиба.

Минимально допустимый радиус гибки принимается по формуле:

где k – коэффициент, зависящий от угла изгиба, направления линии гибки относительно направления волокон, механических свойств материала детали, k=0,8 [4,табл.37].

       s – толщина материала, s = 4 мм.

Радиус гибки изгибаемой детали больше минимально допустимого радиуса.

Процесс гибки сопровождается упругой деформацией (пружинением), которая взывает изменение формы  детали. Величина пружинения при гибке  зависит от механических свойств  материала детали, толщины материала, радиуса гибки, формы детали, типа штампа.

В случае одноугловой  гибки на 90⁰ наименьшее пружинение получается при отношении R = (1-1,5)s = (1-1,5) 4 = 4 – 6 мм.

Исходя из приведенных  расчетов радиус равный 5 мм является оптимальным радиусом гибки.

В штампе для гибки  осуществляется гибка сразу двух заготовок, которые укладываются на матрицу одна за другой. За один ход пресса осуществляется гибка двух деталей.

Конструктивные размеры  гибочного штампа показаны на рисунке 5.

Радиус закругления  матрицы принимается равным 

Радиус закругления в углублении матрицы берется равным

Глубина рабочей полости  матрицы  – h = 18 мм [3,табл.27].

Высота матрицы – H = 55 мм [3,табл.27].

Рисунок 5 – Конструктивные размеры гибочного штампа

при V – образной гибке.

 

Расчет усилия гибки приведен в разделе 3.

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Выбор оборудования

2.4.1. Оборудование  для резки листа

Для резки листов на полосы используем ножницы гильотинные с наклонными ножами согласно ГОСТ 6282-88.

Усилие резки на гильотинных  ножницах приведено в разделе 3.

По длине и толщине  разрезаемого листа выбираем ножницы СТД-9АН -ножницы гильотинные механические с наклонным ножом предназначены для резки листового материала. Общий вид ножниц и схема расположения агрегатов приведены на рис. 6,7. Приведена техническая характеристика ножниц.

Конструкция механизма имеет ряд преимуществ:  
- не требует подводки воздуха или гидравлики. 
- резка осуществляется при установки величины зазора между ножами и усилия прижима пропорционально усилию резания в зависимости от толщины металла; 
- механизм имеет единичные и автоматические ходы; 
- работа на механизме может осуществляться при помощи пульта управления или при помощи переносной педали; 
- наличие надежной системы защиты от травматизма; 
За один ход ножевой балки происходит отрезка полосы длиной не более 2500. Разрезание листов производится с использование заднего упора, а также по разметке.