Автоматизация технологического процесса получения детали "Корпус инструментального ящика"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Автомобильное производство характеризуется чрезвычайно широкой номенклатурой изделий, получаемых листовой штамповкой. В этой номенклатуре подавляющее большинство составляют детали, которые технологическими подразделениями ЗИЛа относятся к среднегабаритным.

Годовая программа выпуска современных автомобилей в нормальных условиях производства составляет, как правило, 100 000 и более машин в год. Соответственно годовая номенклатура каждого типоразмера изделия как минимум не менее этой цифры, а в случае парных деталей существенно увеличивается. Соответственно, данное производство можно отнести к крупносерийному.

Листовая штамповка является широко распространенной (практически монопольной) и весьма прогрессивной разновидностью технологии обработки листового материала (листа, полосы, ленты, штучной заготовки). Листовая штамповка позволяет изготавливать самые разнообразные плоские и пространственные изделия, в связи с чем находит применение во всех отраслях производства, связанных с изготовлением металлических деталей.

Листовая штамповка имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов, как в технологическом, так и в экономическом отношении. В технологическом отношении листовая штамповка позволяет:

- получать детали весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки либо невозможно, либо затруднительно;

- создавать прочные и жесткие, но легкие по массе конструкции деталей при небольшом расходе материала;

- получать взаимозаменяемые детали с достаточно высокой точностью размеров, преимущественно без последующей механической обработки. В экономическом отношении холодная штамповка обладает следующими преимуществами:

- экономным использованием материала и сравнительно небольшими отходами;

- высокой производительностью оборудования (несложная механизация и автоматизация производственных процессов);

- низкой стоимостью изготовляемых изделий и возможностью массового производства.

Наибольший эффект от применения листовой штамповки как правило достигается при комплексном решении технических вопросов на всех стадиях подготовки производства, начиная с создания технологичных конструкций деталей, допускающих их экономичное изготовление. Соответственно разработка технологических процессов холодной штамповки и проектирование штампов неразрывно связаны между собой, хотя и могут выполняться разными лицами.

В настоящее время в массовом и крупносерийном производстве наблюдается тенденция преимущественного применения автоматизированных процессов штамповки либо в последовательных штампах, либо на многопозиционных листовых автоматах. Преимущества таких процессов очевидны: человек управляет процессом с пульта управления и не попадает в рабочую зону, повышается качество изделий (брак, обнаруживающийся после конечной операции, устраняется сразу, количество бракованных изделий не превышает количества переходов), повышение производительности (80-100 деталей в минуту) [1].

Исходя из вышесказанного я хочу автоматизировать технологический процесс получения детали "Корпус инструментального ящика", применив автоматизированную линию штамповки и штамп последовательного действия, использующий заготовку - ленту. Так же требуется рассчитать экономический эффект предлагаемой технологии, повысить безопасность рабочих на производстве и уделить равное всему внимание экологии листоштамповочного производства.



1. Технологическая часть

1.1 Описание существующего производства и задачи по его совершенствованию

При существующем технологическом процессе рисунок 1.1, изготовление детали "корпус инструментального ящика" осуществляется штамповкой за семь технологических переходов:

Рисунок 1.1- Существующий технологический процесс

- На заготовительном участке из листа 1 ? 1250 ? 2500 мм нарезаются карточки размером 1 ? 1250 ? 600 мм.

- Затем транспортировщик доставляет их участок штамповки.

- Осуществляется формовка рёбер жёсткости на прессе под управлением и наблюдением оператора наладчика.

- Полученные заготовки доставляются транспортировщиком к следующему прессу.

- Осуществляется пробивка отверстий на прессе под управлением и наблюдением оператора наладчика.

- Следующий этап получение детали "корпус инструментального ящика" заключается в транспортировке к очередному прессу

- Осуществляется операция отрезка полуфабриката по шагу.

- Далее заготовки транспортируют на следующую операцию.

- Осуществляется гибка полок, предварительная завивка двух петлей диаметром 4мм.

- Транспортировщик доставляет заготовки к следующему прессу.

- На прессе осуществляется окончательная завивка.

- Далее заготовка транспортируется на участок "Молдинги"

- Окончательная гибка боковых стенок ящика.

Закладка заготовок в штамп и удаление деталей из штампа осуществляется вручную. Это значительно увеличивает время на производство изделия и может привести к получению травмы рабочего, обслуживающего данный технологический процесс.

Существующий технологический процесс имеет ряд недостатков:

- отсутствие автоматизации;

- использование малоэффективного ручного труда;

- низкая производительность;

- большая трудоемкость изготовления детали;

- затраты времени на наладку техпроцесса;

- затраты времени на транспортировку заготовок от пресса к прессу.

Подходя к вопросу о возможном совершенствовании технологического процесса, следует отметить, возможные варианты, а именно:

- уменьшение количества и трудоемкости операций;

- выбор более технологичного материала;

- усовершенствование заготовки;

- изменение конструкции детали с целью повышения технологичности;

- использование более нового и производительного оборудования;

- применение средств автоматизации и механизации процесса;

- снижение различных видов расходов.

Самым приемлемым можно считать выбор более производительного оборудования и изменение техпроцесса, а именно изготовление деталей на одном прессе - автомате путем совмещения всех операций в штампе последовательного действия, применение средств автоматизации и механизации.

1.2 Предлагаемый технологический процесс

Деталь "корпус инструментального ящика" рисунок 1.2 имеет довольно сложную форму. Она относится к классу средних деталей. Наиболее оптимальным вариантом изготовления данной детали является последовательная штамповка, которую целесообразно осуществлять на прессе - автомате. Известно, что при штамповке на прессе - автомате применяют сложные штампы последовательного действия. [14]

Деталь изготавливается в три технологических перехода: 1 - обрезка по шагу, пробивка, формовка; 2 - надрезка ленты, пробивка; 3 - отрезка (вырезка перемычки). Предлагаемый типовой технологический процесс представлен на рисунке 1.3.



Рисунок 1.2 - Корпус инструментального ящика

Рисунок 1.3 - Предлагаемый технологический процесс

Деталь "Корпус инструментального ящика" не является силовой, к внешнему виду специальных требований не предъявляется, она должна быть достаточно прочной.

Для штамповки применяется большое количество металлов, а также неметаллических материалов. Материал, применяемый для изготовления холодноштампованных деталей должен соответствовать не только назначению и условиям работы детали (обеспечивать эксплуатационные свойства изделия), он должен удовлетворять также технологическим требованиям и обеспечивать экономический эффект. Поэтому наибольшее применение в машиностроении имеет тонколистовая, качественная низкоуглеродистая сталь. Это наиболее дешевый материал, обладающий хорошими механическими и технологическими свойствами.

Основные механические свойства[5]:

Временное сопротивление разрыву

_р. = 320 МПа

Предел текучести

_т = 200 МПа

Сопротивление срезу

_ср. = 230 МПа

Относительное удлинение

= 33

Относительное сужение

= 60%

Таблица 1.1 - Химический состав

Массовая доля элементов, %
углерода	кремния	марганца	хрома, не более
0,05- 0,12	Не более 0,03	0,25 - 0,50	0,10

Массовая доля серы в стали должна быть не более 0,040 %, фосфора - не более 0,035 %.

Остаточная массовая доля никеля в стали не должна превышать 0,30 %, меди - 0,30 %. В стали допускается массовая доля мышьяка не более 0,08%.

В прокате, заготовках, поковках и изделиях дальнейшего передела допускаются отклонения по химическому составу от норм, приведенных в табл. 1.1, в соответствии с табл. 1.2. [11]



Таблица 1.2 - Отклонение по химическому составу

Наименование элемента	Допускаемые отклонения, %
Углерод	±0,01
Кремний	±0,02
Марганец	±0,03
Фосфор	+0,005

При изготовлении детали "Корпус инструментального ящика" применяется сталь 08кп - это низкоуглеродистая, качественная конструкционная сталь общего назначения.

ГОСТ 9045 - 93 - на сталь;

ГОСТ 503 - 81 - на прокат.

Применяемый в листоштамповочном производстве материал по виду заготовки подразделяется на:

- листы;

- полосы;

- ленты;

- штучные заготовки.

В крупносерийном производстве наиболее целесообразно применять непрерывный материал, так как для каждого размера заготовки можно заказать ленту соответствующей ширины, сокращая, таким образом, до минимума отходы. Кроме того, лента дает возможность широко применять средства автоматизации, которые значительно увеличивают производительность, уменьшают затраты на рабочую силу и способствуют безопасности в работе. Для производства детали "Корпус инструментального ящика" выбираем холоднокатаную сталь в рулоне по ГОСТ 503 - 81.

Штамповка будет осуществляться без перемычек, поскольку это даёт существенную экономию материала, большую точность изготавливаемой детали.

При развертке на плоскость данная деталь дает заготовку с размерами 520 ? 1206 мм, следовательно, выбираем ленту шириной 1250 мм (ближайшую по сортаменту). Шаг подачи равен 520 мм.

1.3 Определение коэффициента использования материала

Раскрой должен обеспечивать экономию металла, высокое качество детали, высокую производительность, простоту штампа, а также простоту и безопасность работы.

Существуют прямой, наклонный, встречный, комбинированный, многорядный и другие типы раскроя с отходами.

При наклонном типе раскроя будет очень большой отход. При встречном, комбинированном, многорядном, усложняется конструкция штампа. Для данного типа детали удобнее применить цепочечный тип раскроя. Схема раскроя исходного материала представлена на листе А1 № 2.

Коэффициент использования материала для существующего технологического процесса определяется по формуле [2]:

КИМ = (М_д/Н_р.р) ?100%, (1.1)

где М_д - масса детали, кг.;

Н_р.р. - норма расхода для рулона, кг.

КИМ=(4,800/5,164) ?100%=93 %

КИМ = 93% для предлагаемого технологического процесса изготовления детали ''корпус инструментального ящика''.

Определение усилий и работ по переходам:

Требуется отформовать 8 рёбер жёсткости, пробить 7 отверстий

30 ?11,5мм , 4 отверстия 8?16 мм и 2 технологических отверстия диаметром 15 мм, отрезать полуфабрикат по шагу.

Усилие деформирования при формовке определяется по формуле [2]:

Р_ф = LS_бk, (1.2)

где L - длинна формуемого элемента, мм.;

S - толщина материала, мм.;

k - коэффициент, зависящий от ширины рифта.

K=0,7-1,0

- предел прочности, МПа

= 300 МПа

Р_Ф. = 540?8?1?300?0,7 = 907200 (Н)

Работа пластической деформации при формовке определяется по формуле:

А_ч. = л Р_ч. h/1000, (1.3)

где л - коэффициент полноты диаграммы;

Р_ч. - усилие формовки, Н;

h - ход формовки, мм.

А_Ф. = 0,65?907200?3/1000 = 1769,04 (Дж)

Усилие деформирования при пробивке определяется по формуле:



P_пр. = К L S _ср, (1.4)

где К = 1,2 - коэффициент учитывающий неоднородность материала и притупление режущих кромок;

L - длина пробиваемого контура, мм.;

S - толщина металла, мм.;

_ср - сопротивление срезу, МПа.

Пробивка семи отверстий 8?11,5 мм.

P_пр.1 = 1,2?83?7?1?250 = 174300 (H)

Пробивка 4^х отверстия 8?16 мм.

P_пр.2 = 1,2?48?4?1?250 = 57600 (H)

Пробивка 2^х технологических отверстий диаметром 15 мм.

P_пр.3 = 1,2?47?2?1?250 = 28200 (H)

Полное усилие при пробивке определяется по формуле

P_{пр.полное}= P_пр.1+P_пр.2 +P_пр.3 , (1.5)

P_{пр.полное}= 174300+57600+28200=260100 (Н)

Работа пластической деформации при пробивке определяется по формуле:

А_пр. = л Р_пр. S/1000, (1.6)



где л - коэффициент полноты диаграммы;

Р_пр. - полное усилие пробивки, Н

А_пр. = 0,65?260100/1000 = 169 (Дж)

Усилие деформирования при отрезке по шагу определяется по формуле:

P_отр. = К L S _ср, (1.7)

где К = 1,2 - коэффициент учитывающий неоднородность материала и притупление режущих кромок;

L - длина отрезаемого контура, мм.;

S - толщина металла, мм.;

_ср - сопротивление срезу, МПа.

P_отр. = 1,2?1206?1?250 = 361800 (H)

Работа пластической деформации при отрезке определяется по формуле:

А_отр. = л · Р_отр. · S/1000, (1.8)

где л - коэффициент полноты диаграммы;

Р_отр. - усилие отрезки, Н.

А_отр. = 0,65?361800?1/1000 = 235,17 (Дж)

Расчет усилия проталкивания производится по формуле:



Р_прот. = k_пр. · Р · n, (1.9)

где Р - суммарное усилие пробивки и обрезки, Н;

k_пр. - коэффициент, равный 0,05 - 0,10 при вырубке на провал;

n - количество деталей, находящихся в шейке матрицы.

Р_прот. = 0,05? (260100+361800) ?1 = 31095 (Н)

Работа пластической деформации при проталкивании определяется по формуле:

А_пр. = л Р_пр. S/1000, (1.10)

где л - коэффициент полноты диаграммы;

Р_пр. - усилие проталкивания, Н.

А_прот. = 0,65?31095?1/1000 = 20,2 (Дж)

Суммарное усилие штамповки определяется по формуле:

Р_сум. = Р_Ф. + Р_{пр.полное} + Р_отр.+ Р_прот. (1.11)

Р_сум. = 907200+360100+361800+31095 = 1660195 (Н) = 166 (т.с.) [10]

Суммарная работа деформации определяется по формуле:

А =А_Ф.+А_пр. +А_отр.+А_прот. (1. 12)

А = 1769,04+169+235,17+20,2=2193,41 (Дж)



Согласно расчету суммарное усилие для выполнения технологических операций составляет 160 т. с., по этой величине выбирается листоштамповочное оборудование.

1.4 Выбор оборудования

При выборе номинального усилия и габаритов штампового пространства пресса исходили из следующих соображений:

- Тип пресса и величина хода ползуна должны соответствовать технологической операции.

- Номинальное усилие пресса должно быть больше усилия, требуемого для штамповки.

- Мощность пресса должна быть достаточной для выполнения работы, необходимой для данной операции.

- Закрытая высота пресса должна соответствовать или быть больше закрытой высоты штампов.

- Габаритные размеры стола и ползуна пресса должны давать возможность установки и закрепления штампов.

- Число ходов пресса должно обеспечивать достаточную производительность штамповки.

- В зависимости от рода работы должно быть предусмотрено наличие специальных устройств и приспособлений (выталкивателей и подушек).

- Удобство и безопасность в обслуживании пресса должны соответствовать требованиям техники безопасности. [6]

Таблица 1.3 - Техническая характеристика пресса

Наименование параметра	Величина
Номинальное усилие, т. с.	315
Ход ползуна, мм	450
Регулировка закрытой высоты, мм	400
Частота ходов ползуна, мин-1	непрерывных	20
	одиночных	17
Закрытая высота пресса	900
Высота выдвижного стола	500
Регулируемость ползуна	400
Размеры стола, мм	Слева направо	2550
	Спереди назад	3400
Толщина подштамповой плиты, мм	100
Мощность электродвигателя главного привода, кВт	55

В данном случае максимальное усилие технологической операции составляет 160 т.с. Так как прессы изготовляют в определенном интервале по номинальному усилию, то обычно при выборе пресса расчетное усилие не соответствует точно номинальному усилию. Поэтому пресс выбирается заведомо большего усилия, чем требуется по расчету. Применение более сильного пресса обеспечивает более высокую жесткость и меньшую деформацию станины, что позволяет получать более точные детали по высоте. С учетом того что, при разделительных операциях усилие штамповки, как правило, не должно превышать 0.7 от номинального усилия пресса (кроме специальных прессов для разделительных операций), а также с учетом того, что во всей номенклатуре деталей возможен разброс усилий, выбираем усилие пресса равным 315 тс.

В качестве основного оборудования для производства вышеуказанной детали предлагается автоматизированная линия на базе листоштамповочного пресса усилием 315 тс, общий вид линии представлен на рис. 1.5



2. Конструкторская часть

2.1 Выбор типа и технологической схемы штампа

Штампы для листовой штамповки классифицируются по трем признакам: технологическому (по роду и совмещенности операций), конструктивному (по способу направления) и эксплуатационному (по способу подачи заготовок и удалению деталей).

По технологическому признаку штампы разделяются на типовые группы по роду выполнения операций.

По совмещенности операций штампы разделяются на простые и комбинированные, выполняющие одновременно несколько операций. Комбинированные штампы, в свою очередь, подразделяются по характеру совмещения операций во времени на:

- штампы последовательного действия, в которых изготовление детали производится за несколько переходов под различными пуансонами при последовательном перемещении заготовки;

- штампы совмещенного действия, в которых изготовление деталей производится за один ход пресса концентрированно расположенными пуансонами при неизменном положении заготовки;

- штампы последовательно - совмещенного действия, в которых изготовление детали происходит путем сочетания последовательной и совмещенной штамповок.

По конструктивному признаку штампы разделяются на штампы без направления и штампы с направляющими устройствами. Штампы без направляющих более просты в изготовлении, имеют малую массу и габаритные размеры, но неудобны при установке, небезопасны в эксплуатации и обладают невысокой стойкостью. Применяются только в мелкосерийном и опытном хозяйстве. Штампы с направляющими просты и надежны в эксплуатации, удобны при установке, обладают повышенной стойкостью, но боле сложны в изготовлении. Применяются в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Наибольшее распространение получили штампы с направляющими колонками, которые в большинстве случаев снабжаются неподвижным или подвижным съемником.

По эксплуатационному признаку, определяемому приемами и способами работ, штампы различаются: по способу подачи и установки заготовок; по способу удаления деталей; по способу удаления отходов.

По способу подачи и установки заготовок различают штампы с ручной подачей и штампы с автоматической подачей, являющейся принадлежностью штампа или пресса. Штампы с ручной подачей отличаются один от другого лишь конструкцией применяемого упора или фиксатора, а штампы с автоматической подачей различаются по типу подачи ленты или штучных заготовок.

По способу удаления деталей различают следующие типы штампов:

- с провалом через отверстие матрицы;

- с обратной вставкой в ленту и удалением вместе с ней;

- с обратным выталкиванием на поверхность штампа и ручным удалением;

- с обратным выталкиванием и автоматическим удалением.

Обратное удаление осуществляется от пружин выбрасывателя или выталкивателя, от буфера или от пресса.

По совмещенности операций выбираем комбинированный штамп последовательного действия.

По конструктивному признаку выбираем штамп с направляющими колонками.

По эксплуатационному признаку выбираем штамп с автоматической валковой подачей и с автоматическим удалением деталей по склизу в кроватку. [7]



2.2 Предлагаемая конструкция штампа

Чертежи штампа представлены на рисунках 2.1 - 2.3 Верхняя часть штампа направляется и центруется относительно нижней части с помощью четырех направляющих колонок. Подача материала в штамп осуществляется валковой подачей с приводом от вала пресса. Для повышения точности подачи в верхнюю плиту штампа встроены ловители.

Верхняя и нижняя плиты штампов крепятся непосредственно к прессу при помощи пневматических зажимов. На всякий случай в штампе предусмотрены пазы для крепления болтами и хвостовик для крепления за хвостовик верхней части штампа.



К верхней плите крепятся: пуансонодержатель пробивного пуансона и шаговых ножей, а также непосредственно гибочные пунсоны. Последний гибочный пуансон также отрезает готовую деталь от ленты, после чего она по склизу попадает на ленточный конвейер и транспортируется в тару для деталей. При вырубке осуществляется прижим заготовки пружинным съемником, при окончательной гибке - выталкивателем. И тот и другой работают от пружин.

На входе ленты для ее точного направления установлен специальный кронштейн с направляющими планками, предотвращающими боковые смещения ленты.

Удаление отходов от обрезки ленты шаговыми ножами происходит в специальный паз в нижней плите штампа, откуда периодически сдуваются пневмосдувом.

2.3 Выбор материала и термообработки деталей штампа

Рабочие детали штампов подвергаются ударной нагрузке с сильной концентрацией напряжений на рабочих кромках или на рабочей поверхности. Поэтому к материалу пуансонов и матриц предъявляются требования высокой или повышенной твердости и износостойкости при наличии достаточной вязкости.

Материал должен хорошо сопротивляться износу от трения, должен сохранять острые режущие кромки без разрушения и затупления в течение как можно большего времени. Материал должен быть дешевым и не дефицитным.

Выбор материала ведем с учетом локальной фактической нагрузки режущих кромок пуансонов и матриц в зависимости от отношения S/d /3/. При вырубке до 5 мм можно деталей простой конфигурации из материала толщиной применять:

- углеродистые инструментальные стали небольшой прокаливаемости (диаметром до 25 мм) У8А, У10А, У8, У10;

- легированные стали повышенной прокаливаемости (диаметром до 45 мм) Х09 (ШХ9), 9Х, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ;

- высокохромистые стали (диаметром до 80 мм) Х12Ф1, Х12Ф, Х12М, Х12ТФ, Х12М;

- легированные стали повышенной вязкости 4ХС, 6ХС, 5ХВ2С, 5ХВГ.

Исходя из рекомендаций УГК-ТОС ЗИЛа выбираем следующие материалы для деталей штампа:

Пробивные матрицы - У10А, HRC_э 57...61

Пробивные пуансоны - У10А, HRC_э 57...61

Гибочная матрица - У10А, HRC_э 57...61

Гибочный пуансон - У10А, HRC_э 55...59

Шаговые ножи - У10А, HRC_э 55...59

Плиты - Сталь 35Л

Державка - Сталь 45

Прижимы - Сталь 20

Направляющие колонки и втулки - Сталь 20, цементация на глубину 0.5 мм до твердости HRC_э 61...65.

Штампы для холодной листовой штамповки представляют собой сложную конструкцию, состоящую из большого количества деталей разнообразного технологического и конструктивного назначения. Исходя из условий работы и различного характера сопряжения, эти детали требуют различной точности изготовления.

Поверхности деталей, не соприкасающихся с другими деталями, а так же поверхность отверстий после сверления должны иметь шероховатость поверхности не ниже величины 6.3;

Опорные поверхности плит обычной твердости, не каленых держателей пуансонов и матриц - шероховатость поверхности 1.6;

Рабочие поверхности гибочных и вытяжных пуансонов - не ниже 0.8;

Рабочие поверхности вырубных, пробивных пуансонов, рабочие поверхности вытяжных матриц, направляющие поверхности колонок и отверстия направляющих втулок изготавливаются с шероховатостью поверхности не ниже 0.4. [3]

2.4 Расчет исполнительных размеров разделительных пуансонов и матриц

деталь штамп пуансон матрица

При определении исполнительных размеров пуансонов и матриц для разделительных операций необходимо предусмотреть правильный выбор зазоров и допусков на рабочие размеры инструмента. Величина вырубаемой детали определяется размером матрицы, а величина пробиваемого отверстия определяется размером пуансона. При пробивке отверстий размеры пуансона и матрицы определяются зависимостями (2.1) [7]

(2.1)

где - номинальный размер детали;

- верхнее отклонение допуска на этот размер;

- величина одностороннего зазора;

- допуски на изготовление пуансона и матрицы, соответственно.

При вырубке отверстий размеры пуансона и матрицы определяются зависимостями (2.2)

,(2.2)



где - нижнее отклонение допуска на этот размер;

В данном случае расчету подвергаем размеры инструмента для пробивки отверстия диаметром 8.3 мм.

Допуски на размеры изделия заданы по 14-му квалитету ЕСДП составляют: диаметр 15^+0.52. Величина одностороннего зазора для металла толщиной 1 мм из стали с составляет 0.030 мм [3]. Таким образом, имеем следующие исполнительные размеры пуансонов и матриц:

d_м=15^+0,040

d_n=(15-2?0.030)_-0.040=14.94_-0.040

2.5 Расчет основных деталей штампа на прочность и жесткость

Матрица и пуансон определяют работоспособность, надежность и долговечность штампа. Их расчет - важнейший этап разработки документации штампа.

Проверочному расчету на прочность подлежат обычно наиболее нагруженные пробивные пуансоны небольших размеров. При пробивке отверстий, размеры которых сопоставимы с толщиной материала, локальные удельные нагрузки на режущие кромки пуансона в два - три раза больше, чем на режущие кромки матриц. В данном случае таких отверстий нет, поэтому расчет удельных давлений на режущие кромки пуансонов проводить не обязательно.

Пуансон следует проверить на сжатие по наименьшему сечению. Условие удовлетворительной прочности на сжатие может быть выражено зависимостью (2.3):

(2.3)



где - усилие реза, Н;

- площадь режущей кромки, мм;

- допустимое напряжение сжатия для закаленной стали У10А.

у_сж=1,2?3,14?15?0,9?300?1/3,14?7.5²=86,4 (МПа)

При неточности изготовления штампа возникает некоторое смещение пуансона относительно матрицы. Из-за этого возникает изгибающий момент, поэтому следует дополнительно проверить пуансон на смещение от изгиба. Принимаем величину смещения пуансона равной половине зазора между матрицей и пуансоном. В нашем случае присутствует поперечный изгиб стержня (пуансона), нагруженного с одного конца (жестко закрепленного) некоторым изгибающим моментом М_и. [7]

Условие изгибной прочности определяется по формуле (2.4):

(2.4)

где - изгибающий момент;

- момент сопротивления сечения, мм³;

- допустимое напряжение изгиба для стали У10А.

у_u=1.2?3.14?15?0.9?300?1/0.1?15³=45,2 (МПа)

Также необходимо проверить плиту штампа под опорной головкой пуансона на смятие. Условие допустимой прочности на смятие определяется формулой (2.19).



(2.5)

где - опорная поверхность головки пуансона, мм²;

- допустимое напряжение смятия для плиты штампа из стали Ст.3, в которую упирается пуансон.

у_см=1.2?3.14?15?0.9?300?1/0.1?25²=9,8

Поскольку , то под головку пуансона можно не подкладывать стальную каленую пластину.

Также необходимо проверить пуансон на продольный изгиб, согласно формуле (2.6):

,(2.6)

где - модуль упругости первого рода для стали;

- момент инерции сечения пуансона, м⁴;

- коэффициент запаса.

L=4.43? (200?0.05?0.015⁴/2.5?1.2?3.14?15?0.9?300?2.5)^-1/2=16 мм

В нашем случае свободная длина пуансона составляет 16 мм.

Подвергнутый расчету пуансон удовлетворяет всем необходимым условиям прочности и жесткости.



2.6 Расчет стойкости штампа

Долговечность штампов измеряется количеством деталей отштампованных до полного износа рабочих частей, определяемого невозможностью их восстановления и получением размерного брака штампуемых деталей.

Значительно раньше этого брака возникает брак по снижению качества штампуемых деталей (заусенцы при вырубке и пробивке, задиры, риски и царапины при вытяжке и гибке). Этот вид брака сравнительно легко устранить путем перешлифовки вырубных и пробивных штампов или зачистки наростов металла на поверхности вытяжных и гибочных штампов.

Таким образом, следует различать долговечность, или полную стойкость штампов, и промежуточную стойкость или стойкость между двумя перешлифовками.

Полная стойкость штампов находится в прямой зависимости от качественной стойкости, так как количество допустимых перешлифовок и зачисток ограничено полным использованием рабочих деталей штампов.

Стойкость штампов зависит от следующих факторов: сорта и механических свойств штампуемого материала; конфигурации детали; относительной толщины материала; конструкции штампа и типа производимой операции; величины зазора; материала и термообработки рабочих деталей штампа; состояния пресса; способа и типа смазки.

Стойкость штампов является условным понятием, так как различные рабочие части изнашиваются по-разному.

Расчет стойкости штампа производится по разделительной операции пробивки.

Расчетная формула для определения стойкости пробивных штампов до перешлифовки имеет вид (2.7) [7]:



(2.7)

где - предел прочности штампуемого материала, МПа;

К₁ = 0.3 - коэффициент материала рабочих частей;

К₂ = 0.55 - коэффициент толщины материала.

Указанная формула выведена для следующих производственно-технологических условий: штампуемый материал - Ст.3, Ст.4, Сталь 08кп, 08пс; толщина материала 1 мм; материал пуансона и матрицы - Сталь У10А; критерий износа - образование заусенца высотой 0.2 мм.

N= K₁?K₂?16000/((1²?300?300^1/2))^1/3=70 тыс.дет.

2.7 Автоматизация участка

Для повышения производительности и улучшения условий труда при штамповке используются средства автоматизации. На данном пресс - автомате используются разматывающее устройство, правильное устройство и валковая подача толкающего типа. Рассмотрим каждый механизм подробнее.

2.7.1 Расчет разматывающего устройства

Основными требованиями, предъявляемыми к разматывающе-правильным устройствам, являются их универсальность, т.е. возможность использования с различными технологическими агрегатами, и постоянство скорости подачи.

Тип разматывающих устройств рекомендуется выбирать в зависимости от массы рулона: до 100 кг применяются неприводные типа катушек; до 150 кг - приводные типа катушек; до 500 кг - приводные с установкой на катки; свыше 500 кг - приводные установки барабанного типа [4].

При выборе приводного разматывающего устройства типа катушки следует учитывать передаточное число редуктора, исходя из того, чтобы скорость разматывания была немного больше средней скорости подачи (произведение числа ходов в минуту на шаг подачи). При этом во время работы автоматизированной установки между подающим и разматывающим устройством будет образовываться компенсационная петля. Для поддержания длины петли в определенных заданных пределах, обеспечивающих спокойную работу подачи, разматывающее устройство снабжено командным щупом. При образовании большой петли щуп через конечные выключатели отключает электродвигатель привода. По мере расходования петли лента будет натягиваться и при достижении заданной длинны подаётся команда на включение электродвигателя привода.

Необходимое усилие для распрямления материала рассчитывается по формуле:

(2.7)

где Q_з-усилие, необходимое для передачи рабочего момента;

у_S - истинное напряжение, которое в данном случае может быть принято равным пределу текучести;

s - толщина материала;

b_пр - ширина материала;

µ - коэффициент трения; для металла по металлу со смазкой принимают µ = 0,08 ? 0,12;

z - число зажимных кулачков захватного органа, обычно равно 3;



2.7.2 Расчет правильного устройства

Стабильная работа подающего устройства, а так же получение качественных деталей из непрерывного материала в значительной степени зависят от правки материала. Для непрерывного материала правка желательна во всех случаях. Для этого правильные ролики расположены в шахматном порядке, накладка их осуществляется исходя из того, что каждый участок материала должен получить знакопеременные изгибающие напряжения, превышающие предел текучести материала. В результате имеющиеся на материале выпуклости и другие неровности устраняются. Для улучшения качества материала возникающие при этом напряжения должны превышать предел текучести. [4]

В настоящее время правильные устройства компонуются вместе с разматывающим устройством, реже с подающим. Специализированные правильные устройства устанавливаются очень редко, в основном, для широкорулонной стали.

Число правильных роликов зависит от толщины ленты, в нашем случае число роликов принимаем равным 9.

(2.8)

где Q_пр - суммарное усилие, необходимое для продвижения непрерывного материала через z_пр непрерывных валков;

у_S - истинное напряжение, которое в данном случае может быть принято равным пределу текучести;

s - толщина материала;

b_пр - ширина материала;

r - радиус валков

z_пр - число правильных валков

Мощность электродвигателя привода правильных устройств определяется исходя из расчетного крутящего момента M_р.п:

(2.9)

2.7.3 Расчет валковой подачи

В валковых подачах используется фрикционный захватный орган. В зависимости от числа кареток, в которых устанавливаются валки захватного органа, различаются односторонние, обычно толкающего типа, и двусторонние валковые подачи.

При применении валковых подач для автоматизированного кузнечно-штамповочного производства необходимо учитывать, что они надежно работают при использовании материала толщиной 0,3 - 2,5 мм. При толщине менее 0,3 мм происходит неустойчивое захватывание материала вследствие его малой жесткости; при толщине, большей 2,5 мм, значительно повышаются инерционные нагрузки от материала, которые так же приводят к неустойчивой работе захватного органа валковой подачи. [4]

В современных подачах шарниры преобразующего механизма выполняются на опорах качения; валки захватного органа - полыми и оснащенными постоянно замкнутыми тормозами; диаметры валков выбирают как можно меньшими, а для увеличения угла поворота применяют зубчатую передачу.

Движение валки подачи получают от главного вала пресса при проходе ползуна вверх. При ходе ползуна вниз происходит выстаивание валков за счет срабатывания обгонной муфты.

Угол поворота валков ц_з, обеспечивающий перемещение материала на заданный шаг подачи, находим по формуле:

ц_з = ц₀, (2.10)

где в₀ =1,02 - 1,03 - коэффициент, учитывающий проскальзывание в захватном органе;

h_з - шаг подачи, мм;

D - диаметр валков, мм;

ц₀ - угол, необходимый для заклинивания обгонной муфты, рад.

При подстановке числовых значений:

ц_з = рад. = 545?

И средняя скорость подачи:

V_ср = , (2.11)

где h_з - шаг подачи, мм;

t - время перемещения материала на шаг, сек;

при подстановке числовых значений:

V_ср = (мм/сек.)

Расчетное усилие, развиваемое захватным органом:



(2.12)

где Р_з - Усилие, требуемое для оптимально захвата листового материала;

µ - коэффициент трения; для металла по металлу со смазкой принимают µ = 0,08 ? 0,12;

Z_р - число приводных роликов;

а_шт - ускорение рабочих частей пресса;

g - ускорение силы тяжести;

2.8 Проектирование участка

Согласно проведенным выше расчетам на участке необходимо разместить две автоматизированные линии. В проекте участка предлагается использовать объемную компоновку линии, агрегатированной со складом штампов и рулонов.

Такая компоновка, во-первых, занимает мало производственных площадей, а во-вторых, что самое важное, позволяет значительно сократить время переналадки пресса на новую деталь за счет практически полной автоматизации процесса смены штампов. [9]

Ширина пролета принята равной 24 метра, высота пролета 12 метров. В пролете работает мостовой кран грузоподъемностью Q = 50 т и Q = 5 т. Колонны расположены друг от друга на расстоянии 6 метров (рис. 2.5). На участке так же предусмотрено расположение вспомогательных помещений, в состав которых входят: склад деталей, склад контрольных приспособлений ОТК, склад технологической оснастки, участок ремонта штампов и оборудования, санузел, рассчитанный на 25 человек, контора мастера, помещение отдыха рабочих.

Рисунок 2.5 - Поперечный разрез цеха

2.9 Организация производства на участке

Для осуществления технологического процесса необходимо доставить к рабочему месту исходную ленту и установить новый штамп. Это осуществляется следующим способом:

На складе штампов и монтажных плит производится винтовое крепление плит штампа к адаптерным плитам. Эта операция не отнимает машинное время, поскольку производится вне пресса. Затем штамп вместе с плитами мостовым краном ставится на выдвижной стол пресса, где производится центрирование штампа и крепление адаптерных плит к подштамповой плите восемью пневматическими зажимами. Затем плита пресса вдвигается в рабочую зону, и верхняя часть штампа крепится к ползуну при помощи восьми гидравлических зажимов.

Доставка ленты к разматывающему устройству осуществляется с помощью электрокара со склада рулонного материала по проездам, где он посредством "щек" центрируется по внутреннему диаметру, а затем закрепляется.

Разматывающее устройство подает материал, причем в качестве запаса для последующей подачи образуется компенсирующая петля ленты. Лента протягивается при помощи транспортных валков сквозь правильный аппарат. Правильное устройство обеспечивает правку протягиваемой ленты до ее поступления в последующую штамповку. Верхние валки правильного аппарата можно при каждом ходе автоматически приподнимать, благодаря чему после каждого хода обеспечивается центрирование ленты по середине.

Использование электрических систем, контролирующих положение деталей на рабочей позиции и в процессе перехода, обеспечивает безаварийное обслуживание и работу пресса.

После установки нового рулона и оснастки линия готова к работе. В процессе штамповки в таре для готовых деталей накапливаются изделия.

После заполнения, кроватка с деталями транспортируется электрокаром на участок хранения готовой продукции, по соседству с которым находится участок ОТК и склад контрольных приспособлений. Детали проходят контроль и рассортировываются на годные и бракованные.

Мелкие и средние детали хранят в металлической таре, унифицированной по своим размерам, что позволяет размещать ее в несколько ярусов.

На рабочем месте в процессе штамповки образуется много отходов металла, в среднем не меньше 15% от общего количества перерабатываемого на участке металла. Поэтому при проектировании цеха должно быть уделено большое влияние вопросом удаления, частичного использования и придания отходам вида, удобного для транспортировки и переплавки в металлургических печах.

Существуют несколько способов уборки и транспортировки отходов:

- отходы собирают в тару или напольные тележки, расположенные возле прессов.

- отходы транспортируют тележками в подвальных помещениях под цехом, куда они ссыпаются через люки в перекрытии подвала.

- отходы собирают и транспортируют ленточными транспортерами, установленными в подвалах под цехом или в траншеях.

- отходы собирают и транспортируют комбинированным способом, сочетая наземный и подземный сбор и удаления отходов.

Применительно к спроектированному участку предпочтительнее первый способ удаления отходов, в связи с малыми габаритами отходов и непригодности их дальнейшего использовании.

На разработанном участке предусмотрены ремонтные службы, осуществляющие работы по техническому уходу и малый ремонт. Остальные виды ремонта выполняются в ремонтно-механических и инструментальных цехах завода.

Участок ремонта штампов и приспособлений выполняет периодические осмотры и проверки штампов, приспособлений: малый и средний ремонт. Капитальный ремонт штампов осуществляется в инструментальных цехах.

Общее число вспомогательного оборудования мастерских составляет 40 от числа основных станков, но не менее трех. В состав вспомогательного оборудования входят: обдирочно-шлифовальные станки, настольное точило, настольно-сверлильные станки, ручные прессы.

В состав участка ремонтных служб входят: площади размещения основного и вспомогательного оборудования; рабочих мест для слесарных работ; площади складов металла и запасных частей; площади кладовых инструмента, приспособлений, абразивов, вспомогательных материалов.



Выводы

В настоящей главе рассмотрена конструкция штампа последовательного действия для изготовления детали "Корпус инструментального ящика". Конструкция штампа позволяет обойтись без ручного труда при подаче заготовки (ленты), удалении готовых деталей и удалении отходов. Материал, термообработка и шероховатость поверхностей основных частей штампа выбраны в соответствии с рекомендациями [7]. Проведенные расчеты наиболее нагруженного пуансона показали достаточный запас его жесткости и прочности. Расчетная стойкость вырубного инструмента составляет 70 000 деталей до перешлифовки.

Для точной центрации верхней и нижней плит штамп оснащен четырьмя направляющими колонками. Крепление штампа к прессу может осуществляться как быстродействующими зажимами, что предусматривается в процессе эксплуатации, так и традиционными болтами в случае отказа системы смены штампов. Верхняя плита штампа может быть закреплена за хвостовик.

Описанная компоновка линии обеспечивает, во-первых, существенную экономию производственных площадей за счет использования всего объема, отводимого под нее пролета, и, во-вторых, существенное упрощение конструкции как за счет ликвидации промежуточных магазинов, роль которых берет на себя транспортно складская система, расположенная непосредственно у модулей, так и за счет отборочных транспортеров для готовых изделий и отходов, роль которых берут на себя склизы металлоконструкции, соединяющие прессы с тарой, расположенной на нижнем ярусе.

Расположение линии под мостовыми кранами большой грузоподъемности способствует увеличению ее надежности, ремонтопригодности и, в конечном итоге, производительности. При выходе из строя любого автономно установленного устройства, в том числе пресса, оно оперативно удаляется из линии мостовым краном, затем заменяется исправленным устройством и линия продолжает функционировать. Ремонт неисправного устройства осуществляется вне линии на специально оборудовано площадке.



3. Организационно-экономическая часть

3.1 Описание экономической части производства

При существующем технологическом процессе изготовление детали "корпус инструментального ящика" осуществляется штамповкой на 7 прессах, PKZZ₁₁₁ 315 - 5 шт. и PKZZ₁₁₁ 500 - 2 шт.

Работа подразделений данного участка заключается в:

1) На заготовительном участке из листа 1 ? 1250 ? 2500 мм нарезаются карточки размером 600 ? 600мм.

2) Затем транспортировщик доставляет их участок штамповки.

3) Осуществляется формовка рёбер жёсткости на прессе под управлением и наблюдением оператора наладчика.

4) Полученные заготовки доставляются транспортировщиком к следующему прессу.

5) Осуществляется пробивка отверстий на прессе под управлением и наблюдением оператора наладчика.

6) Следующий этап получение детали "корпус инструментального ящика" заключается в транспортировке к очередному прессу

7) Осуществляется операция отрезка полуфабриката по шагу.

8) Далее заготовки транспортируют на следующую операцию.

9) Осуществляется гибка полок, предварительная завивка 2- х петлей O4мм.

10) Транспортировщик доставляет заготовки к следующему прессу.

11) На прессе осуществляется окончательная завивка.

12) Далее заготовка транспортируется на участок "Молдинги"

13) Окончательная гибка боковых стенок ящика.

Закладка заготовок в штамп и удаление деталей из штампа осуществляется вручную. Это значительно увеличивает время на производство изделия и может привести к получению травмы рабочего, обслуживающего данный технологический процесс.

К работе на данном участке цеха привлечены также контролер, слесарь по штампам, слесарь по ремонту оборудования и электромонтер. Все они входят в штат всего цеха холодной листовой штамповки и их подразделения находятся в цеху (в состав проектируемого участка занимаемые площади этими подразделениями не входят). Их скооперированость обеспечивается мастером данной линии цеха, а скооперированость всех линий цеха в лице управляющих мастеров обеспечивается старшим мастером цеха. Мастера и старшие мастера так же ведут управление всей работой, закрепленными за ними линиями цеха. Общее управление и учет работы всего цеха холодной листовой штамповки осуществляет начальник цеха.

3.2 Организация ремонта, транспорта и инструментального хозяйства цеха

Организация обслуживания и ремонта производственного оборудования и инструмента является структурной единицей цеха, так как все оборудование и инструмент применяется и находится только в данном цехе листовой штамповки. Такое решение обосновано тем, что:

- были исключены затраты на перемещение ремонтного и обслуживающего оборудования из спец. ремонтных цехов в данный цех холодной листовой штамповки;

- сэкономлено время реагирования и обслуживания данной службы;

- есть возможность транспортировки рем. и обслуживания оборудования транспортными средствами данного цеха холодной листовой штамповки, благодаря небольших габаритах, а также относительно небольшом весе производственного оборудования и инструмента для мелкой листовой штамповки;

- сэкономлены средства на постройку, содержание и обслуживание отдельного ремонтного цеха.

Организация транспорта предусматривает свободное и организованное перемещение различных грузов по цеху. Цех разбит на параллельно расположенные производственные линии. Расположение прессов на проектируемой линии двухрядное на траншейном фундаменте, посередине между прессами расположен сквозной проезд вдоль всей линии. Центральных проезда 2, проходящих перпендикулярно производственным линиям. Над каждой производственной линией расположен 1 рельсовый мостовой кран с возможностью перемещения вдоль всей линии с зоной охвата соответственных участков центральных проездов.

Перемещение заготовительного материала, штампов и другого оборудования по линии осуществляется 1 краном. Перемещение тары по линии осуществляется 1 электрокаром. Перемещение грузов от линии к линии, а так же межцеховые перемещения осуществляются специализированными электрокарами (не входят в штат проектируемого участка цеха).

Организация контроля произведенной продукции, а так же промежуточных полуфабрикатов осуществляется службой контроля качества продукции, являющейся структурной единицей всего цеха (не входит в состав проектируемого участка цеха).

Все затраты на услуги перечисленных раннее служб не входящих в состав проектируемого участка, но являющимися структурными единицами всего цеха, будут внесены в смету годовых затрат на производство, как "прочие расходы"

Количество и стоимость оборудования при существующей технологии:

Годовой объём выпуска 300000 шт., Стоимость прессов:

1 - PKZZ₁₁₁ 315 - 850 000 руб.

2 - PKZZ₁₁₁ 500 - 1 000 000 руб.



3.3 Расчёт количества оборудования и коэффициента его загрузки

Таблица 3.1 - Расчет потребного количества оборудования

Показатель Деталь "держатель каркаса"	Годовой объем выпуска, шт. (Вr)	Прессы	tшт ПО ДЕТАЛИ
		№ операции	Время, мин.
			tшт	Br*tшт
Формовка Пресс №1 PKZZ111 500	300000	1	0,4	120000	2,3
Пробивка Пресс №2 PKZZ111 500		2	0,3	90000
Отрезка по контуру Пресс №3 PKZZ111 315		3	0,4	120000
Гибка, завивка Пресс №4 PKZZ111 315		4	0,4	120000
Окончательная завивка Пресс № 5 PKZZ111 315		5	0,4	120000
Окончательная гибка Пресс № 6 PKZZ111 315		6	0,4	120000
Итого в нормо-минутах	2,3	690000
Итого в нормо-часах	0,038	11500
Время на переналадку (7%)	805
Время станко-часов с учетом времени на переналадку	12305
Фонд времени единицы оборудования в часах (Фэф)	3600
Расчетное количество оборудования	7
Коэффициент загрузки	85%

Фонд времени работы единицы оборудования Ф_эф в течение планового периода определяется по формуле:

,

где Ф_эф - эффективный фонд времени, [час];

Ф_н=(250?2?8) - номинальный фонд времени, определяемый умножением количества рабочих дней в плановом периоде на число рабочих смен в сутки - n и на продолжительность одной смены в часах, [час];

Р - процент времени простоя оборудования в ремонте к номинальному фонду времени.

(час)

Коэффициент загрузки оборудования определяется по формуле:

,

где С_р = - расчетное количество оборудования;

С_пр = 7 - принятое количество оборудования.

С_р - расчетное количество оборудования, [шт.];

С_пр - принятое количество оборудования, [шт.].

Принятое количество оборудования определяется округлением дробного расчетного числа единиц оборудования до большего целого числа. Таким образом, принятое количество оборудования равно единице.

Коэффициент загрузки по участку должен быть, как правило, в пределах от 0,75 до 0,86. Этот предел показывает недогруженность оборудования, что влечет к выбору лучшего варианта загрузки, а в случае перегрузки следует предусмотреть для оборудования трехсменную работу. [8]



Таблица 3.2 - Ведомость оборудования

С учетом времени работы 33,33%:

- стоимость оборудования составляет (4250000+2000000)0,26 = 2083125 (руб.)

- амортизационные отчисления составляют (327250+154000) ?0,6109 = 25880 (руб.)

Ремонтная сложность пресса - PKZZ 315

механическая 40

электрическая - 28

Ремонтная сложность пресса - PKZZ 500

механическая 45

электрическая - 35

Площадь участка составляет (45?5) +(50?2) =325 (м²)

Определение численности и состава работающих на участке;

Для работы на данных видах оборудования требуется 7 операторов-наладчиков и 1 штамповщиков.

3.4 Организация оплаты труда

Форма оплаты труда для основных рабочих - повременно-премиальная. Это обосновано тем, что данная форма оплаты труда применяется при следующих условиях:

- производственный процесс строго регламентирован и функции оператора-наладчика сводятся к наблюдению за технологическим процессом;