67737

Расчет затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) и гибке изделий из стали – 40

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Для значительных пластических деформаций, что имеет место при гибке заготовок с относительным радиусом закругления изгиб сопровождается уменьшением толщины материала и смещением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон. В этих случаях радиус кривизны нейтрального слоя деформации следует определять по формуле...

Русский

2014-09-14

347 KB

12 чел.

Содержание

Введение………………………………………………………………………...5

1 Определение размеров заготовки при гибке………………………………8

2 Разделительные операции листовой штамповки………………………….13

2.1 Характеристики операций группы резки………………………………..13

2.2 Расчет усилия и затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) штампами с параллельными режущими кромками……………………………………….15

3 Формоизменяющие операции листовой штамповки…………………….18

3.1 Характеристика гибочных операций и напряженно - деформированное состояние металла при гибке………………………………………………………....18

3.2 Определение усилия и затрачиваемой работы при гибке полосы на одноугловом штампе…………………………………………………………………….19

Заключение…………………………………………………………………….25

Список литературы………………………………………………………...….26

Приложение…………………………………………………………………...27


Введение

Штамповка является одним из видов обработки металлов давлением, производимой при помощи штампов на прессах. Штамповка может производиться как из объемной заготовки, так и из листовой заготовки – листового материала. Первый процесс называют объемной штамповкой, второй – листовой.

Холодная штамповка представляет собой процесс изготовления самых разнообразных по назначению, форме и размерам деталей из листовой или объемной заготовки в холодном состоянии.

Все холодноштамповочные операции делят на:

Разделительные;

Комбинированные;

Формоизменяющие;

Штампосборочные.

К разделительным операциям, связанным с отделением одной части от другой по замкнутому контуру относятся: пробивка, обрезка, чистовая вырубка, просечка.

К формоизменяющим операциям, в процессе которой плоская или не плоская превращается в деталь требуемой формы без утонения материала. К ней относятся: гибка, линейная формовка, отбортовка, формовка и протяжка – вытяжка с утонением стенок изделия.

Комбинированная штамповка представляет собой совмещение отдельных технологически разных операций в одну.

Методом холодной штамповки изготавливают детали светильников из проката черных металлов, алюминия и латуни. Чаще всего для этого применяют листовые заготовки толщиной 0,4-4,0 мм.

На светотехнических заводах применяют все виды холодной штамповки. Особенно широкое применение среди всех операций холодной штамповки при изготовлении световых приборов нашли вырубка (пробивка) и гибка. При помощи вырубки изготавливают детали очень широкой номенклатуры и назначения. Гибку применяют при изготовлении корпусов люминесцентных светильников, кронштейнов, ламподержателей и других деталей различного назначения. Гнутые детали из трубчатых заготовок широко применяют при изготовлении светильников для освещения жилых помещений – люстр, бра, торшеров, настольных ламп.

Вытяжка. Это операция штамповки, в процессе которой из плоской заготовки получается полая деталь замкнутого контура. Используется для изготовления корпусов светильников для ЛЛ и ЛН, а также для отражателей. По характеру и степени деформации вытяжка бывает:

Без утонения материала;

С утонением толщины материала или протяжка;

Комбинированная вытяжка.

Ротационная вытяжка. Наиболее характерным методом формообразования осесимметричных деталей СП является ротационное выдавливание (ротационная вытяжка). Ротационным выдавливанием (вытяжкой) называется технологический процесс формообразования детали путем обжатия ее деформирующим инструментом (роликом) по вращающейся оправке либо вращающимся деформирующим инструментом по неподвижной оправке.

Процесс выдавливания осуществляют на специальных токарно-давильных станках. Оправка, изготовляемая из металла, вращается с заданной скоростью. Заготовка  с помощью прижима  удерживается на оправке и благодаря силам трения вращается вместе с ней. Передача деформирующих усилий осуществляется с помощью давильника или ролика, которые изготавливаются из легированных износостойких инструментальных сталей. При деформации мягких металлов применяют пластмассовые ролики, при деформации сталей - бронзовые.

В зависимости от толщины и пластичности выдавливаемого металла вращение шпинделя давильного станка колеблется в пределах 20-1500 об/мин. Как правило, чем толще и тверже металл, тем меньше должна быть скорость вращения шпинделя стакана.

Резка листового металла штампами. При резке (вырубки) металла в штампах роль верхнего перемещающего режущего ножа выполняет пуансон, а нижнего неподвижного - матрица. При этом пуансон имеет меньшие размеры, чем матрица, и образуется зазор между ними.

Гибка листового материала. Гибкой называется технологическая операция листовой штамповки, в результате которой из плоской заготовки при помощи штампов получается изогнутая пространственная деталь. Гибка производится на гидравлических прессах, а также на специальных гибочных машинах - бульдозерах.

При гибке в зоне изгиба возникают сначала упругие, а затем пластические деформации, в результате чего форма заготовки изменяется и сохраняется после снятия нагрузок.


1 Определение размеров заготовки при гибке

Различают два основных случая гибки:

1) по кривой определенного радиуса;

2) под углом закругления при r<0,3s.

Гибка по кривой определенного радиуса

Для определения длины заготовки можно пользоваться способом развертки детали, основанном на том, что нейтральная линия сохраняет при гибке свои первоначальные размеры и расположена в местах закруглений на расстоянии  от внутренней стороны изделия (рисунок 1). Поэтому для определения длины заготовки сложной детали следует просуммировать длину прямолинейных участков загибаемого изделия с длиной закругленных участков, подсчитанных по нейтральному слою.

Для детали с двойным перегибом в 900 длина заготовки определяется по формуле 1.1

где: - длина прямолинейных участков загибаемого изделия, мм;

- длина нейтрального слоя закругленного участка, мм;

- радиус закругления, мм;

- коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя.

Рисунок 1 – Расчет длины заготовки

Для детали с одним перегибом в 900 (рис.1) длина заготовки определяется по формуле:

  (1.1)

Для малых упругопластических деформаций, например при гибке с относительным радиусом закругления   принимают, что нейтральный слой проходит по середине толщины полосы  то есть его положение определяется радиусом кривизны  А  находится по формуле

     (1.2)

Для значительных пластических деформаций, что имеет место при гибке заготовок с относительным радиусом закругления  изгиб сопровождается уменьшением толщины материала и смещением нейтрального слоя в сторону сжатых волокон. В этих случаях радиус кривизны нейтрального слоя деформации следует определять по формуле:

,   (1.3)

где: - коэффициент утонения материала (толщина материала после гибки, мм);

b – начальная ширина полосы, мм;

bср – средняя ширина полосы после гибки, определяемая путем обмера, мм.

Учитывая, что в листовой штамповке приходится иметь дело преимущественно с гибкой широких заготовок, у которых ширина во много раз больше толщины, можно принять  Тогда радиус кривизны можно определять по формуле:

  (1.4)

Коэффициент утонения при гибке  зависит от рода материала, относительного радиуса гибки  и угла загиба . Расстояние нейтрального слоя от внутренней поверхности загибаемой заготовки при гибке широких полос находится по формуле

  (1.5)

Для детали с одним перегибом при угле  длина заготовки определяется по формуле:

,  (1.6)

где:  - угол гибки, град.

Для детали с несколькими углами  длина заготовки определяется по формуле:

(1.7)

Величины  характеризующие положение нейтрального слоя, определяются по таблице 3.2.

При одновременной гибке углов изгиб сопровождается растяжением материала в середине и по концам участков. В этом случае растяжение материала получается на большей части изгибаемой заготовки, так что здесь образование углов идет частично за счет растяжения материала прямых участков. Поэтому для этих случаев прибавку к длине заготовки рекомендуется брать вдвое меньше, чем при последовательной гибке, то есть принимать ; в среднем можно брать

Необходимо определить размеры заготовки при гибке. Исходные данные для расчета: Размеры детали – l1 =l2 =10мм, радиус закругления – r=9 мм, толщина s –1,2 мм, материал – сталь – 40, тип гибки – одноугловая под прямыми углами и закруглениями.

Решение

Расчет длины заготовки детали с одноуглолвым перегибом в 900 и закруглением определяется по формуле (1.1):

Коэффициент, определяющий положение нейтрального слоя определяется по формуле (1.2):

Положение нейтрального слоя определяется по формуле:

Итого получаем длину длины заготовки детали с одноугловым перегибом в 900 равную:


2 Разделительные операции листовой штамповки

2.1 Характеристики операций группы резки

Резка – вырубка представляет собой процесс отделения одной части материала от другой по замкнутому или незамкнутому контуру при помощи штампов на механических – кривошипных или гидравлических прессах.

Рисунок 2.1 - Схема вырубки металла штампом и образующееся при этом напряженно-деформированное состояние ( -напряжения, -напряжения)

В штампах в отличие от ножниц роль верхнего перемещающегося режущего ножа выполняет пуансон 1, а нижнего неподвижного – матрица 2 (рис.2.1). При этом пуансон имеет меньшие размеры, чем матрица, и образуется так называемый зазор.

В зависимости от назначения и характера выполняемой работы операции группы резки разделяют на следующие.

Отрезка – полное отделение одной части материала от другой по незамкнутому контуру, по прямой или по кривой линии. Эта операция производится на отрезном штампе из мерной полосы или листа без боковых отходов.

Вырубка – полное отделение металла по замкнутому контуру, при котором отделяемая часть заготовки является изделием. Она производится при помощи вырубного штампа.

Пробивка – операция, имеющая целью получение в вырубленной детали  или в листе отверстия путем отделения при помощи пробивного штампа части материала по замкнутому контуру.

Надрезка – операция, при которой происходит частичное отделение материала по незамкнутому контуру, без удаления остатков.

Разрезка – разделение плоских, гнутых или полых заготовок на две или несколько отдельных деталей.

Обрезка (обрубка) – полное отделение неровного края или лишнего металла по наружному контуру плоских, гнутых или вытянутых изделий.

Зачистка – небольшая обрезка заранее предусмотренного припуска на плоских заготовках – деталях с целью получения точных размеров и формы, острых кромок и гладкой перпендикулярной поверхности среза.

Просечка – отделение листовых неметаллических материалов по замкнутому контуру при помощи просечных – ножевых штампов.


2.2 Расчет усилия и затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) штампами с параллельными режущими кромками

У штампов с параллельными режущими кромками угол створа (наклона) = 0о, а угол резания = 90о (рисунок2.1).

Расчетное усилие вырубки в (Н) при работе такими штампами определяют по формуле:

где: Fo – площадь среза, мм2;

u – длина контура (периметр) вырубаемой детали, мм;

s – толщина материала, мм;

о – сопротивление срезу (вырубке), полученное в лабораторных условиях работы, МПа.

Истинное сопротивление вырубке to (которое относится к сечению в каждый данный момент времени ) можно определить по формуле:

где: im – величина углубления пуансона в металл при вырубке в момент    образования скалывающих трещин, мм.

Поэтому расчетное усилие вырубки определится:

    (2.3)

В производственных условиях действительное сопротивление вырубке д и общее усилие вырубки будет выше, чем в лабораторных условиях работы.

Действительное сопротивление вырубки д определится из выражения:

,   (2.4)

Действительное усилие вырубки Рд (в производственных условиях), которое принимается для выбора оборудования, будет:

   (2.5)

По действительному усилию вырубки подбираем оборудование.

Работу, затрачиваемую при вырубке, можно определить по формуле:

,   (2.6)

где: - отношение среднего усилия Рср к максимальному Р.

Рср в зависимости от толщины и твердости металла составляет от 0,75 до 0,3 от максимального усилия Р. С достаточной для практики степенью точности в формуле 2.6 может быть выбран в зависимости от толщины материала s (таблица 2.1). Для мягких и более тонких материалов необходимо брать значения коэффициентов , близкие к верхним пределам, а для более твердых – близкие к нижним пределам.


Таблица 2.1 – Зависимость от толщины материала

Толщина материала s, мм

Коэффициент

<2

0,75-0,55

2-4

0,55-0,45

>4

0,45-0,3

Необходимо определить усилие и затрачиваемую работу для вырубки прямоугольной пластины с размерами b = 50 мм; с = 35,072 мм; пуансон с параллельными режущими кромками = 0о. Материал – сталь – 40; s = 1,2 мм; в = 420 МПа; в =0,23; 0=378 МПа. По величине усилия подобрать оборудование.

Решение

Расчетное усилие вырубки определяем по формуле (2.1):

Периметр прямоугольника определяем по формуле:

Действующее усилие вырубки определяем по формуле (2.5):

По действующему усилию вырубки выбираем однокривошипный пресс простого действия КД2322 на 160 кН.

Работу, затрачиваемую на вырубку определяем по формуле (2.6);

3 Формоизменяющие операции листовой штамповки

3.1 Характеристика гибочных операций и напряженно - деформированное состояние металла при гибке

Гибка листового материала представляет собой процесс упругопластической деформации, протекающий различно с обеих сторон изгибаемой заготовки.

В процессе гибки (рисунок 3.1) внутренние слои металла (со стороны пуансона) испытывают сжатие, внешние (со стороны  матрицы) – растяжение. Между сжатыми и растянутыми слоями находится нейтральный слой, не изменяющийся по длине, положение которого определяется радиусом кривизны .

Гибку в штампах можно производить с прижимом заготовки и без прижима. Гибка с прижимом не допускает смещения заготовки в процессе изгиба ее и применяется обычно для изделий повышенной точности. Более высокая точность при гибке достигается за счет применения технологических отверстий и зажима заготовки между пуансоном и выталкивателем. Технологические отверстия позволяют точно фиксировать заготовку в штампе, а также не допускают сдвига ее во время гибки.

Рисунок 3.1 - Деформация металла при изгибе ОО – нейтральный слой


3.2 Определение усилия и затрачиваемой работы при гибке полосы на одноугловом штампе

Данная задача сводится к случаю балки, лежащей на двух опорах с расстоянием между ними, равным lх, и нагруженной посередине усилием Ро; пока без учета силы трения (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Схема к расчету усилия при гибке полосы на одноугловом штампе.

Изгибающий момент для прямоугольного сечения будет равен:

  (3.1)

где:  - усилие гибки, Н;

- расстояние между опорами, м;

- момент сопротивления полосы, равный для прямоугольного сечения .

Усилие гибки для любого положения пуансона:

   (3.2)

Наименьшее усилие будет в начале гибки, когда ; наибольшее усилие получается в конце гибки при

Тогда

   (3.3)

Так как кроме усилия, необходимого непосредственно для гибки, приходится также преодолевать силу трения между скользящими плоскостями детали и рабочими частями штампа (если разложить  на две силы, перпендикулярные к рабочим стенкам штампа), то действительное усилие  будет всегда больше на величину силы трения , которую при коэффициенте трения =0,3 можно принять с некоторым запасом max. Тогда

    (3.4)

Установление минимально допустимого внутреннего радиуса закругления детали, или радиуса закругления пуансона rmin, имеет весьма важное значение для практики гибочных работ. При слишком малом радиусе может произойти разрыв наружных волокон материала. Поэтому минимальные радиусы гибки

должны быть установлены по предельно допустимым деформациям крайних волокон.

В таблице 3.1 приведены значения минимальных радиусов гибки для различных материалов.

Таблица 3.1 – Минимальные радиусы гибки rmin (в долях от толщины материала s) для угла гибки 90о

МЕТАЛЛ

Состояние металла

Отожженный или нормализованный

Наклепанный

Расположение линии гибки

поперек волокон проката

вдоль волокон проката

поперек волокон проката

Вдоль волокон проката

1

2

3

4

5

Сталь – 40

0,2

0,6

0,6

1,2

Таблица 3.2 – Радиусы закруглений rм, глубина матрицы lo, коэффициент с

Длина загибаемой полки Lo,  мм

Толщина материала s, мм

До 0,5

0,5-2,0

2,0-4,0

4,0-7,0

lo, мм

rм, мм

с

lo, мм

rм, мм

с

lo, мм

rм, мм

с

lo, мм

rм, мм

с

10

-

-

-

35

12

0,20

40

15

0,15

50

20

0,1

По мере опускания пуансона плечо lв уменьшается не только в результате гибки материала на закруглении матрицы, но в результате перемещения крайней точки контакта материала с закруглением пуансона.

Усилие, необходимое непосредственно для гибки ( при работе на провал), при любом положении пуансона:

 (3.5)

Действительное усилие с учетом трения (при работе на провал)

   (3.6)

Наименьшее усилие гибки будет при горизонтальном положении полосы в начале гибки (при ), наибольшее – в конце, когда угол будет приближаться к 90о и sin=1 (при  Тогда:

 (3.7)

В случае гибки с пружинным выталкивателем, применяемым для получения плоского дна, усилие гибки  следует увеличивать на 25-30%, тогда:

.

По этому максимальному усилию (поскольку усилие правки значительно больше усилия гибки) и подбирают пресс как при одноугловой, так и при двухугловой гибке. По этому усилию следует подбирать пресс (Приложение 1).

Работу (в Дж), затрачиваемую при гибке, можно определить с достаточной для практики степенью точности из выражения

,   (3.8)

где: Рмах- максимальное усилие гибки, Н;

- величина полного перемещения пуансона в матрицу (активная высота, мм);

- глубина матрицы, мм.

Необходимо определить величину усилия и затрачиваемой работы при гибке стальной скобы вида с размерами b=50 мм; s=1,2мм; l1=l2=10 мм. Механические характеристики стали – 40 следующие: в=420 МПа; в =0,23.

Из таблицы 3.1 (для стали – 40 , линия гибки вдоль волокон проката) находим, что минимально допустимый радиус гибки rп=0,6 мм. Из таблицы 3.2 принимаем, что с=0,2; rм=12 мм; lo=35 мм. По величине усилия подобрать пресс.

Решение

Максимальное усилие гибки, определится по формуле (3.3)

Действительное усилие с учетом трения определяется из выражения (3.6):

По этому усилию подбираем листоштамповочный автомат АБ6218А на 63 кН.

Затрачиваемая работа определяется из выражения (3.8):

где: h и rп определяются из выражений:


Заключение

В ходе выполнения курсового проекта, целью которого является получение навыков технического расчета операций штамповки, мною были расчитаны величины усилия, затрачиваемой работы при вырубке (пробивке) и гибке изделий из стали – 40.

По расчетным данным выбрано прессовое оборудование, а так же определены размеры заготовки из стали – 40.

В итоге расчета получили:

а) для первого задания размеры заготовки при гибки L=35,072 мм;

б) для второго задания при вырубке усилие Рд=100330,5 Н, затрачиваемую работу А=90,3 Дж, выбрал однокривошипный пресс простого действия КД2322 на 160 кН.

в) для второго задания при гибке усилие Р=35630 Н, затрачиваемую работу А=656,4 Дж, выбрал листоштамповочный автомат АБ6218А на 63 кН.


Литература

1. Зубцов М.Е. Листовая штамповка: Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Машины и технология обработки металлов давлением». – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленинград. Отделение, 1980. –432 с.

2. Кухтаров В.И. Холодная штамповка. –М.: Машгиз, 1962. –402 с.

3. Боленок В.Е. Производство электроосветительных приборов: Учеб. для техникумов.  –М.: Энергоиздат, 1981. –304 с.

4. Общие требования и правила оформления курсовых и дипломных работ и пояснительных записок к курсовым проектам. СТП Морд. ГУ 006-92. –Саранск, 1992. –40 с.


Приложение А

Прессовое оборудование изготавливается в соответствии с регламентированным рядом усилий 63, 100, 250, 400, 630, 800, 1000, 1250, 1600 и 2000 кН. Прессы с усилием более 2000 кН на светотехнических заводах применяют очень редко. Так как прессы изготавливают в определенном интервале по номинальному усилию, то обычно при выборе пресса расчетное усилие не соответствует точно номинальному усилию, чем требуется по расчету. Применение более сильного пресса обеспечивает повышенную жесткость и меньшее пружинение станины, а следовательно, и большую стойкость штампов, особенно для разделительных операций.

Таблица П.1 – Типы прессов

Тип

Пресса

Модель пресса

Номинальное усилие, кН

25

63

100

160

250

400

630

2000

Однокриво-шипный пресс простого действия

КД

2320

КД

2322

КД

2124А

КД

2126А

КД

21

Однокриво-шипный пресс двойного действия

КА

5530

К

5535

Листоштам-повочный автомат

АБ

6214

АБ

6218А

АБ

6220А

АБ

6222А

АБ

6224А

АБ

6226А

АБ

6228А


КР-02069964-210102-02-09

Лист

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

72624. Правовой механизм государственного контроля в сфере естественных монополий. Методы регулирования деятельности субъектов монополий 21.44 KB
  В целях проведения эффективной государственной политики в сферах деятельности субъектов естественных монополий органы регулирования естественных монополий осуществляют государственный контроль надзор за действиями которые совершаются с участием или в отношении субъектов...
72625. Права и обязанности органов регулирования деятельности субъектов монополий по рассмотрению дел о нарушениях законодательства о монополиях 16.59 KB
  В соответствии с постановлением Правительства РФ от 30 июня 2004 г. N 332 Федеральная служба по тарифам является федеральным органом исполнительной власти по регулированию естественных монополий, осуществляющим функции по определению (установлению) цен (тарифов) и осуществлению контроля по вопросам...
72626. Субъекты монополий и особенности регулирования их деятельности. Орган регулирования деятельности субъектов монополий в РФ: история их становления и правовое положение 26.94 KB
  Исключительность таких субъектов может носить как экономический например в сфере естественной монополии так и юридический характер например временная или государственная монополия. Некоторые права которыми обладает субъект монополии действуют лишь в течение определенного времени и носят срочный...
72627. Допустимость действий (бездействия), соглашений, согласованных действий, сделок, иных действий 16.08 KB
  В силу ст. 13 Закона о защите конкуренции некоторые виды деяний запрещенные ст. 10 того же закона могут быть признаны допустимыми, если они не создают возможность для отдельных лиц устранить конкуренцию на соответствующем товарном рынке, не налагают на их участников или третьих лиц ограничения...
72629. Спецификация оператора FORMAT 13.95 KB
  Спецификация I используется для ввода-вывода информации целого типа. Поэтому переменная, которой присваивается считанная величина, обязательно должна быть целого типа (начинаться с букв I, J, K, L, M, N или должна быть описана при помощи оператора INTEGER). В противном случае при трансляции будет обнаружена ошибка.
72630. Форматный ввод-вывод 13.21 KB
  В памяти данные хранятся в виде последовательностей нулей и единиц. Однако при вводе и выводе входные и выходные данные представляются в виде отличном от внутреннего представления. Преобразование данных из внутреннего представления при выводе и во внутреннее представление при вводе...
72631. Бесформатный ввод-вывод 12.53 KB
  Бесформатную форму ввода вывода чаще всего применяют при вводе а также при отладочной печати. Если важны не только сами значения но и форма их представления то используют форматный вывод рассматриваемый позднее.
72632. Операторы ввода и вывода 23.84 KB
  Опишем процедуру организации ввода-вывода с использованием файлов. В Фортране-90 различают два вида файлов: внешние файлы – это поименованная область во внешней памяти ЭВМ – и внутренние файлы. Файлы Фортрана подразделяются на файлы последовательного и прямого (произвольного) доступа.