Материал: Волочение, сварка и холодная листовая штамповка

Волочение, сварка и холодная листовая штамповка

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

Кафедра СЛ и ТКМ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Технология конструкционных материалов»

Тула 2012

1. Изложите сущность процесса волочения и укажите области его применения. Изобразите схему процесса. Опишите типы волочильных станков. Укажите условия, необходимые для успешного ведения процесса

Сущность процесса волочения заключается в протаскивании обрабатываемой заготовки через отверстие, размеры которого меньше размеров сечения исходной заготовки (рис. 1, а). При волочении площадь поперечного сечения заготовки уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине, а длина увеличивается. Отношение полученной длины l к первоначальной l₀называется вытяжкой.

Рис. 1. Схема волочения: а - прутка; б - трубы на длинной оправке; в - трубы на несмещающейся оправке; г - трубы на плавающей оправке; д - трубы без оправки

Коэффициент вытяжки μ = l / l₀ = F₀ / F, величина которого в первых и последних проходах составляет 1,15 ÷ 1,25, при промежуточном волочении допускают 1,30 ÷ 1,45, а обжатие (обжатие определяется формулой φ = F₀ - F / F0Ì100%, где F₀ - исходное сечение, F - полученное сечение. При калибровке оно бывает 8-12%.) до 30-35%. При волочении труб на длинной оправке (рис. 1, б) коэффициент вытяжки можно довести до 1,8.

Усилие Р, потребное при волочении, называется усилием волочения. Отношение Р к площади поперечного сечения, получаемого после волочения, называется напряжением волочения, которое должно быть меньше предела текучести обрабатываемого металла, иначе выходящий из отверстия волоки пруток будет утрачивать форму и размеры, полученные в отверстии волоки.

Волочение осуществляется в холодном состоянии, поэтому оно вызывает физическое упрочнение (наклеп) металла. Для восстановления первоначальных свойств применяют термообработку (отжиг), которая необходима при волочении в несколько переходов, а также в окончательной продукции.

Волочильный инструмент изготовляют из инструментальной стали, твердых сплавов, а для получения проволоки размером меньше 0,5 мм иногда применяют волоки из естественного алмаза.

Основная часть волоки называется волочильным глазком, или матрицей, и представляет собой рабочее отверстие постепенно уменьшающегося сечения, через которое протягивается металл. Волока с одним отверстием называется фильером, с несколькими - волочильной доской.

Для уменьшения трения при волочении применяют обильную смазку, различные предварительные покрытия, например, омеднение, которое снижает коэффициент трения, а следовательно, и усилие волочения, а также предохраняет поверхность от задира волочильным инструментом; для снижения усилия волочения применяют также роликовую матрицу (рис. 2, а).

Рис. 2. Роликовая матрица и фасонные профили.

Передний конец исходной заготовки перед волочением вытягивается (заостряется) с тем, чтобы он прошел через отверстие полоки и его можно было захватить тянущим устройством. Для волочения применяют декапированный металл - отожженный и протравленный.

Обычно волочение применяют при изготовлении проволоки размером меньше 5 мм; при получении тонкостенных труб (рис. 1, б - д), при калибровке и получении высокого качества поверхностей горячекатанных прутков размером до 150 мм (круг, квадрат); при производстве сложных фасонных профилей (рис. 2, б) для изготовления деталей, которые раньше обрабатывались резанием на станках.

Оборудование, на котором осуществляют волочение, называют волочильными станами <#"788095.files/image003.gif">

Материал: сталь 20 ГОСТ 1050-88 - Сталь конструкционная <#"788095.files/image004.gif">

Технологический процесс: в данном случае наиболее целесообразно применять холодную штамповку.

Холодная штамповка - это процесс формообразования поковок или готовых изделий в штампах при комнатной температуре.

Масса детали:

M = S*H*r,

где S - площадь детали, мм² ;

H - толщина, мм;

r - плотность, г/мм³

 =

 =

(30-20)200

(40-20)00

1004000

 = 2

M = SHr = 5,45408

Определим технологические зазоры между пуансоном и матрицей при вырубке и пробивке: при обычной вырубке и пробивке стали при толщине материала 2 мм наименьший (номинальный) двусторонний зазор составляет 0,06 мм.

Штамп - деформирующий инструмент, под воздействием которого материал или заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру этого инструмента. Основными элементами штампа являются пуансон и матрица.

Конструкция данного штампа включает пуансоны для пробивки отверстий диаметром 10 мм и 16 мм, а также пуансон для вырубки наружного контура детали.

Этот штамп является последовательным многооперационным штампом, который предназначен для штамповки деталей из листового материала. Изготовление заготовки проходит в несколько этапов: сначала пробиваются отверстия диаметром 10 мм и 16 мм, затем получают наружный контур детали.

Деталь представляет собой плоскую фигуру, поэтому она может быть изготовлена из листового материала с помощью штампа.

Маршрут изготовления изделия:

1)   подготовительная операция:

1.1)    выбор заготовок;

1.2)   составление карт раскроя материала;

.3)     расчет режимов обработки;

1)   заготовительная операция - на гильотинных ножницах разрезают листы на полосы согласно карте раскроя; эта операция выполняется низко квалифицированным (1…2 разряд) резчиком с помощью гильотинных ножниц.

2)   штамповочная операция - придание заготовке формы, размеров и качества поверхности, заданных чертежом; эта операция исполняется более квалифицированным (2…3 разряд) рабочим - штамповщиком, с применением штампа, оснащенного прессом.

3)   галтовочная операция - снятие заусенцев; эту операцию выполняет слесарь 2…3 разряда на вибрационной машине

4)   контрольная операция - контроль после каждой операции (визуальный), выборочный контроль на соответствие чертежу. Контроль размеров проводится с помощью штангенциркуля - для контура детали, и с помощью пробок - для отверстий.

Определяем ширину полосы с боковым прижимом:

В = А + 2а + Δш + 2,5 , (5)

где А = 140 мм - размер вырубаемой заготовки поперек полосы;

а = 2,5 мм - наименьшая боковая перемычка ;

в = 2,5 мм - междетальная перемычка;

Δш = 0,8 мм - односторонний допуск на ширину полосы

В = 140 + 22,5 + 0,8+2,5 = 148,3 мм.

Шаг подачи заготовок определяем из геометрических построений. При поперечном раскрое - t = 72,5 мм

Далее выбираем размер листа с таким расчетом, чтобы ширина полосы была кратна ему (или близка к этому).

С помощью таблицы размеров тонколистового проката выбираем лист размером 1200 х 2000 мм.

При поперечном варианте раскроя листа и полосы количество полос из листа: 2000:148,3 = 13,5; количество заготовок из полосы: 1200:72,5 = 16,6; тогда количество заготовок из листа: 13

Получаем коэффициент использования материала:

Где S_А - площадь детали, мм²;

S_Л - площадь листа, мм²;

n - количество деталей, полученных из листа.

Проанализируем продольный раскрой:

при продольном варианте раскроя листа и полосы количество полос из листа: t=148,3 мм. 1200:145,8 = 8,23 ; количество заготовок из полосы: 2000:72,5 = 25,59; тогда количество заготовок из листа: 8

Получаем коэффициент использования материала:

Таким образом, поперечный раскрой более экономичен, так как при этом раскрое коэффициент использования материала больше, чем при поперечном. Тип раскроя - однорядный.

Приведем схему для продольного раскроя материала :

Исходя из конструкции штампа, базирование заготовки осуществляется с помощью шагового ножа и направляющих планок штампа.

Наибольшую точность обеспечивает совпадение конструкторской и технологической баз. В данном случае будет трудно обеспечить высокую точность, так как последовательный штамп предполагает движение заготовки от пуансона к пуансону, что, естественно, увеличивает погрешность изготовления детали.

Режимы обработки представляют собой совокупность параметров, определяющих условия, при которых изготавливаются изделия.

Штамп последовательного типа обеспечивает среднюю или пониженную точность штамповки (5-8 классы точности), обеспечивает повышенную производительность благодаря автоматической передачи заготовки с операций на операцию. Штамп последовательного действия предполагает сначала пробивку отверстий, а затем вырубку по контуру. Вырубка и пробивка являются операциями отделения части листа по замкнутому контуру в штампе, после которых готовая деталь и отход проталкиваются в матрицу.

Для детали, получаемой штамповкой, расчет режимов заключается в определении усилий штамповки. Полное усилие штамповки складывается из усилий пробивки, вырубки, снятия и проталкивания детали.

Условие пробивки определяется по формуле:

где L - периметр пробиваемого отверстия, мм;

h - толщина детали, мм;

σ_ср - сопротивление срезу, МПа.

Из таблицы находим: σ_ср =270 МПа.

Таким образом,

Усилие вырубки детали по контуру определяется по той же формуле:

Определение требуемых усилий проталкивания детали (отхода) сквозь матрицу производится по формуле:

;

где К_пр - коэффициент проталкивания. Для стали K_пр =0,04

;

Аналогично определяется усилие снятия отхода (детали) с пуансона:

,

где K_сн - коэффициент проталкивания. Для стали K_сн =0,035

;

Полное усилие штамповки найдем по формуле:

где 1,3 - коэффициент запаса на усиление пресса.

Для данной детали получим полное усилие штамповки:

Технологическая оснастка представляет собой дополнительные устройства, применяемые для повышения производительности труда, улучшения качества.

Для изготовления детали, исходя из имеющегося оборудования, целесообразно применять штамп последовательного действия, когда вырубка отверстий и контура детали производится последовательно, что позволяет использовать простую конструкцию штампа, а в качестве оборудования по технологическому процессу требуются гильотинные ножницы и механический пресс.

Гильотинные ножницы представляют собой станок для резки бумажных кип, металлический листов и т.д., в котором один нож неподвижно закреплен в станине, а другой, поставленный наклонно, получает возвратно-поступательное движение.

Главными параметрами, который является наиболее показательным для выбираемого оборудования и который обеспечивает выполнение режимов, предусмотренных технологическим процессом, для пресса является усилия штамповки, прессования, а для гильотинных ножниц - наибольшая толщина разрезаемого листа и его ширина.

Таблица 3

Характеристики ножниц К10.1.15.01

Рассчитанное усилие штамповки Р_п=165,8 кН выбираем пресс таким образом, чтобы его номинальное усилие превышало значение требуемого усилия штамповки.

Таблица 4

Характеристики пресса КД2124Г

Схема штампа для пробивки и вырубки:

В штампе используется пуансон усиленный с буртиком для пробивки отверстий от 5 до 26 мм с применением прокладки (ГОСТ 16623-71).

В матрице имеются 2 типа отверстий: IV типа с цилиндрическим уширением - для пробивки отверстий диаметром до 25 мм с высотой шейки h=8 мм, и I типа с шейкой - для вырубки деталей сложной формы, с высотой шейки h=8 мм