Разработка технологии производства универсального штампа для пробивки отверстий диаметром 20 мм

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

 филиал в г. Белорецке

 

Кафедра Машиностроительных технологий и металлургического оборудования

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕТ

 

РАСЧЕТНО ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

по дисциплине Технология производства кузнечно-штамповочного оборудования и штамповой оснастки

 

на тему: Разработка технологии производства универсального штампа для пробивки отверстий диаметром 20 мм

 

 

 

 

 

 

 

        Исполнитель:    Мустафин А.Р.  студент 5 курса, группа КАБ-09

                                                    (Ф.И.О.)                       

        Руководитель: Терентьев.Д.В. доцент, к.т.н.

                                          (Ф.И.О. должность,уч.степень,уч.звание)

 

        Работа  допущена к защите «     »_______________ 2013 г. ________

                                                                                                                                                (подпись)

        Работа защищена «___» __________2013 г. с оценкой ________    ____________

                                                                                                                                        (оценка)       (подпись)                                                   

 

 

 

 

Белорецк, 2013

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

 филиал в г. Белорецке

 

Кафедра МТ и МО

 

 

Задание на курсовой проект

 

Разработать технологию производства универсального штампа для пробивки отверстий диаметром 20 мм

 

 

Исходные данные:   вариант – 10;

приложение – Е;

Деталь штампа:   матрица, сталь У8А, твердость HRC 56-60.

 

 

Исходные данные заготовки: сталь 45;

S = 10 мм;      

количество деталей в год – 20 шт.

 

 

 

 

 

 

Срок сдачи: «___» ______________ 2013г.

Руководитель: _________________ / Терентьев Д.В. к.т.н., доцент /

                                                 (подпись)

Задание получил:  _______________ / Мустафин А.Р. студент 5 курса гр. КАБ-09 /

                                                            (подпись)

 

 

 

Белорецк, 2013

 

Содержание

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Как показывает анализ состояния производства заготовок деталей машин, в настоящее время кузнечно-штамповочное производство ни по качеству, ни по количеству производимых заготовок не отвечает требованиям, предъявляемым к нему современным машиностроением.

Объем и темпы роста заготовок отстают от темпов роста машиностроения по ряду причин, и прежде всего вследствие недостаточного развития специализированных предприятий кузнечно-штамповочного производства.

В целом в нашей стране насчитывается свыше 600 крупных кузнечно-штамповочных цехов. Из них только 76 выпускают больше 20 тысяч тонн поковок в год. Поэтому многие действующие кузнечно-штамповочные цехи в настоящее время имеют низкие технико-экономические показатели.

У крупных кузниц эти показатели значительно выше: коэффициент использования металла выше на 12%, выработка на одного рабочего — на 30%, а себестоимость 1 тонны поковок ниже на 18%.

Другая причина недостаточного развития кузнечно-штамповочного производства — несовершенная структура парка этого оборудования. До сих пор основным кузнечным оборудованием являются ковочные и штамповочные молоты. В частности, в автомобильной промышленности на паровоздушных штамповочных молотах штампуется около 55% всех поковок по весу, несколько более 25% штампуется на горизонтально- ковочных машинах и около 20% на кривошипных горячештамповочных прессах. Недостаточно количество современного производственного оборудования — кривошипных горячештамповочных и чеканочных прессов, горизонтально-ковочных машин. Соотношение между штамповочными молотами и кривошипными горячештамповочными прессами в стране составляет 1,8:1.

В настоящее время самый высокий уровень прогрессивного кузнечно-прессового оборудования достигнут в автомобильной промышленности и тракторном и сельскохозяйственном машиностроении. Эти отрасли промышленности выпускают более 60% штампованных поковок и во многом определяют направление развития кузнечно-штамповочного производства. Здесь достигнут высокий уровень механизации производственных процессов — 85%- Однако уровень механизированного труда в кузнечно-штамповочных цехах других отраслей ниже этого уровня в 1,5—2 раза. Особенно низким остается уровень механизации погрузочно-разгрузочных и транспортных операций.

Несмотря на наличие примеров эффективной работы, для российского машиностроительного комплекса характерен ряд тяжелейших проблем: отставание технологического уровня ряда отраслей от мировых стандартов на 20-30 лет, низкий уровень качества продукции, высокая энергозатратность, недостаточная развитость трансфера технологий и инноваций между оборонным и гражданским машиностроением, дефицит высококвалифицированных кадров, неумение сохранять и завоевывать новые рынки сбыта, что ведет к низкой конкурентоспособности большей части продукции российского машиностроительного комплекса на мировом рынке.

Выход из сложившейся ситуации видится в комплексном, взаимосвязанном решении этих и других проблем машиностроения в рамках эффективной государственной промышленной политики, подкрепленной нормативно-правовой базой, продуманной кадровой политикой, деятельностью соответствующих финансовых институтов, согласованными действиями государства и машиностроительных предприятий.

Некоторые научно-технические достижения в области машиностроения: нанотехнологии в приложении к новым задачам техники, разработка и использование новых материалов с новыми служебными свойствами и памятью формы, применение которых дает колоссальный экономический эффект. Следует также отметить прорыв в области вибрационных технологий, технологий на основе сверхпластичности металлов и др., использование которых позволяет улучшить служебные свойства принципы обработки материалов давлением и т.д.

 

1 РАСЧЕТ ШТАМПОВКИ

 

1. Расчет усилия штамповки

 

1.1.1 Пробивка и вырубка

 

Пробивка - образование в заготовке сквозных отверстий с удалением материала в отход  (рис. 1.1).

Вырубка - разделение заготовки по замкнутому контуру для получения плоского полуфабриката или детали с заданным контуром (рис. 1.2).

 

                Рисунок 1.1 - Схема пробивки                  Рисунок 1.2 - Схема вырубки

 

Для штампов с параллельными режущими кромками пуансонов и матриц усилие вырубки (пробивки) подсчитывается по формуле:

                                    

                                                        

,                                                                      (1.1)

 

где - наибольшее усилие, Н;

       - периметр пробиваемого (вырубаемого) контура, мм;

       S - толщина материала, мм;

      - сопротивление срезу, МПа.

 

Для вырубки небольших деталей (d/s=5-250) при относительном зазоре z/s=0,05-0,09

 

                                                              

                                                               (1.2)

При других условиях табличные значения следует умножить на коэффициент корректировки (табл. 1.1).

 

Таблица 1.1 - Значение коэффициентов корректировки

d/s	z/s		d/s	z/s
	0,15	0,005		0,15	0,005
св. 100	0,80	0,86	2,5-5	1,40	2,20
50-100	0,90	1,0	1,5-2,5	1,73	3,05
5-50	1,0	1,45	1,0-1,5	2,40	4,80

 

В остальных случаях коэффициенты корректировки определяют соответствующим интерполированием.

 

                                                           

                                                        (1.3)

 

 

 

 

2. Проверочный расчет на прочность рабочих деталей и штампа

 

1.2.1 Расчет матрицы

 

Минимальную толщину стенки матрицы можно определить, исходя из допускаемых номинальных напряжений в радиальном и тангенциальных напряжениях. Стенки цилиндрической матрицы испытывают распирающее усилие виде номинального давления Pp, возникающего от деформируемого материала в процессе резания. К этому давлению приплюсовывается давление торцов PT, детали или отхода, отделяемого от исходной заготовки.

Стенка матрицы в момент резания испытывает максимальное ударное давление:

Сила возникающая от деформирования:

 

                                                                       

,                                                                 (1.4)

 

                                                                         

                                                                    (1.5)

 

Эта сила распределяется равномерно по всему режущему контуру.

Удельная нагрузка этой силы:

 

                                                                     

                                                                   (1.6)

 

где Pс – потребное усилие для вырубки;

       d – диаметр рабочего отверстия в матрице;

       hn – высота цилиндрического пояска на отделяемой части материала, погруженной в матрицу:

                                         

                                                           (1.7)

 

                                             

 

                                            

                                                                (1.8)

 

где δ – величина натяга,

       d – диаметр рабочего контура матрицы;

       E1 и Е2 – модули упругости штампуемого материала и матрицы;

       µ - коэффициент пуансона отделяемого материала.

 

 

 

Уравнение напряжений в теле матрицы в рассматриваемый момент для приближенных расчетов выводим на основании формулы Ляме [4].

1. Среднее напряжение на контактной поверхности в осевом направлении z зависит от продольной силы Pc

 

                                                   

                                                              (1.9)

 

где R3 – наибольший радиус пояска на отходе или детали, образованной в результате смятия материала инструментом, R3 = R1 + 0,5·s

                                   R1 = 10 мм

                                  R3 = 10 + 0,5·10 = 15 мм

 

 

2. Главное номинальное напряжение в радиальном направлении:

 

                                             

                                                 (1.10)

 

где ρ – координаты произвольной точки.

 

при

 

при

3. Главное номинальное напряжение в тангенциальном направлении (напряжение от расстояния):