CC BY
15
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.98.044
Выбор оптимального технологического процесса штамповки
на листоштамповочных многопозиционных автоматах
Е. П. Орлова, Ю. Г. Носков
Повышение точности и качества штампуемых деталей, производительности, надежности, долговечности прессов и износостойкости инструмента неразрывно связано с созданием и совершенствованием на научной основе наиболее прогрессивных технологических процессов, развитием методики расчета и обоснованием энергосиловых параметров машин.
Особую актуальность решение этих проблем приобретает для листоштамповочных многопозиционных автоматов.
При одной и той же конструкции многопозиционного пресса автомата технологический процесс оказывает большое влияние на изыскание возможностей по изменению силовых режимов на каждой операции для обеспечения лучших показателей точности штампуемых деталей [1].
Ранее вопросы повышения точности штампуемых деталей и рационального использования характеристик машин решались путем изменения или только технологических процессов и способов деформирования [2, 3], или только конструктивных элементов пресса [4].
Повысить точность и качество штампуемых деталей на автоматах можно за счет комплексного учета влияния конструктивных и технологических факторов на построение оптимального технологического процесса. Оптимизировать процесс можно по ряду признаков, из которых должны быть выбраны основные.
В процессе многопозиционной штамповки на автоматах оптимальным процессом может считаться тот, при котором на рабочих позициях будут допустимый перекос ползуна и смещение инструмента в плоскости транспортировки полуфабрикатов, достигаемые варьированием распределения усилий по позициям и ходу ползуна и внедрением различных способов вытяжки. В данном случае критерием точности штамповки может служить допустимое смещение инструмента 8 х, не
превышающее односторонний зазор между пуансоном и матрицей г на технологических операциях, т. е.
8тах ^
Целью работы является выбор из числа возможных реализаций технологического процесса оптимального, при котором смещение инструмента будет меньше одностороннего зазора на любом технологическом переходе.
Реализация различных вариантов изготовления типовой детали, принятой при проектировании автомата, может быть достигнута совмещением или расчленением технологических переходов исходного процесса, изменением их последовательности, а также изменением размещения технологических переходов по позициям автомата и ходу ползуна. Типовой технологический процесс листовой штамповки включает в себя следующие операции: вырубка заготовки, две-три операции вытяжки, калибровка и завершающие операции (табл. 1).
Число возможных реализаций типового технологического процесса для десятипозици-онного автомата при числе технологических переходов п = 6 будет равно N = 1686, а для двенадцати- и тринадцатипозиционных автоматов число возможных реализаций типового технологического процесса при п = 6 и п = 7 может достигать нескольких тысяч [5].
Изменить усилия на позициях пресса, а следовательно, сократить количество вытяжных переходов можно, применяя вариации различных способов вытяжки: с утонением стенки, комбинированную и с проталкиванием [3].
Из установленного количества возможных реализаций технологического процесса требуется найти оптимальный процесс согласно принятому критерию, когда смещение инструмента будет меньше одностороннего зазора на любом технологическом переходе.
Таблица 1
Технологический процесс штамповки детали, принятый при создании автомата А6130А усилием 1000 кН
№ перехода
Наименование перехода
Эскиз перехода
Л,
Вырубка заготовки
1-я вытяжка
2-я вытяжка
3-я вытяжка
4-я вытяжка
Я
фл
Формовка дна (калибровка)
Я
фл
Правка фланца (калибровка)
ч
йфл
Обрезка фланца
) V
- йобр -
1
й
1
2
й
2
3
4
й
3
5
й
ф
6
7
8
Для отыскания оптимального технологического процесса, обеспечивающего равномерное распределение суммарных усилий на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей, была составлена прикладная программа в С++ Builder 6 [6], позволяющая с помощью анализа графиков распределения нагрузок на кривошипно-ползунные группы деталей многопозиционного листоштамповоч-ного автомата выбрать из числа возможных реализаций технологического процесса оптимальный по принятому критерию.
Графики усилий по переходам в зависимости от угла поворота приводного вала для типового технологического процесса, принятого при проектировании автомата А6130А номинальным усилием 1000 кН, описаны в виде кусочно-линейных функций (табл. 2).
Расчет усилий, описанных в виде кусочно-линейных функций, позволил построить графики распределения нагрузок на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей и суммарный график нагрузок.
На рис. 1 представлены графики распределения нагрузок на левую и правую кривошип-но-ползунные группы деталей для типового технологического процесса (табл. 1).
Из полученного графика (рис. 1) видно, что при угле поворота кривошипа ф = 23° вследствие скола металла происходит «срыв» нагрузки, в результате чего на правом шатуне она изменяет знак на обратный и равна -0,01Рн, а на левом вследствие суммирования нагрузок составляет 0,49Рн без изменения знака. Разница между усилиями составляет 0,50Рн, что ведет к смещению ползуна и перекосу инструмента.
Используя данную программу, можно выбрать оптимальный технологический процесс по принятому критерию, построив графики нагрузки на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей и суммарный график нагрузки (рис. 2).
Из рис. 2 видно, что при таком технологическом процессе максимальное усилие снизилось с 0,49Рн до 0,373Рн, а разница усилий
Таблица 2
Графики усилий по переходам и их описание кусочно-линейными функциями
Переход Расчетный график усилий Математическое описание
P1, кН
250 P1 = 0; 0 < ф < 20°; P1 = 694,4ф - 2416,5; 20 < Ф < 22°; P1 = 3008,6 - 7183,9ф; 22 < ф < 24°; P1 = 0; ф > 24°
Вырубка заготовки \
0 20 22 24 Ф
P1? кН
110 90 38 0
P2 = 135,4ф; 0 < ф < 22°;
1-я вытяжка \ \ P2 = 141ф + 36,19; 22 < ф < 31°; P2 = 248,8 - 252,8ф; 31 < ф < 36°; P2 = 449,7 - 572,8ф; 36 < ф < 45°; P2 = 0; ф > 45°
22 31 36 45 Ф
P1, кН
70 40 20
2-я вытяжка P3 = 124,68ф + 20; 0 < ф < 23°; P3 = 94,128 - 60ф; 23 < ф < 43°; P3 = 468 - 558,7; 43 < ф < 48°; P3 = 0; ф > 48°
0 23 43 48 Ф
Продолжение табл. 2
Переход Расчетный график усилий Математическое описание
3-я вытяжка Р, 49 40 15 0 кН Р4 = 77,98ф + 15; 0 < ф < 25°; Р4 = 62,625 - 31,25ф; 25 < ф < 47°; Р4 = 253,8 - 264,47ф; 47 < ф < 55°; Р4 = 0; ф > 55°
\
25 47 55 Ф
4-я вытяжка Р5, кН Р5 = 63,4у + 10; 0 < у < 28°; Р5 = 60,486 - 39,87у; 28 < ф < 51°; Р5 = 210,4 - 208,3у; 51у < у < 58°; Р5 = 0; у > 52°
41 25 10 0
28 51 58 Ф
Формовка дна Р6, 173 0 кН 13 Ф Р6 = 172,9 - 762,4у; 6 0 < у < 13°; Рв = 0; у > 13°
Правка фланца Р7, 196 0 кН 13 Ф Р7 = 196 - 863,84у; 0 < ф < 13°; Р7 = 0; у > 13°
Обрезка фланца Р8, 109 кН / Р8 = 0; 0 < у < 13°; Р8 = 6246,4у - 1417; 13 < у < 14°; Р8 = 163,3 - 624,0у; 14 < у < 15°; Р8 = 0; у > 15°
0 13 1415 Ф
ЕРу1 = 1,4Р1 + 0,774Р2 + 0,684Р3 + 0,574Р4 + 0,474Р5 + 0,374Р6 + 0,274Р7 + 0,174Р8; ЕРу2 = -0,4Р10,226Ра + 0,326Р3 + 0,426Р4 + 0,526Р5 + 0,626Р6 + 0,726Р7 + 0,826Р8.
50 40 30 20 10 0 Л
\
\ \
\ \ \1
\1
, £
1 20 3 0 5 6 8 9
График1 График2 Выход
Рис. 1. График распределения нагрузок на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей для типового технологического процесса
490-
480 470
460 450 — —
440 1
420
390- 380
360—
340-
ззо 320
\
290 —^^— -^^ /
270 260 -— \ /
240 230 /
220 210 — V—
200 190
180 170 ^Ч^— -—
160 150 - л
140 130 120 - / /
110 100 90 \
70 60 \
50 40 — - \\
30 20
10
10 10 20 30 40 50 60 70 80 90
График1 Выход
Графпк2
Рис. 2. График распределения нагрузок на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей для оптимального технологического процесса
между левой и правой кривошипно-ползун-ными группами деталей составила 0,333Рн вместо 0,50Рн, что позволит более равномерно распределить усилия на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей многопозиционного листоштамповочного автомата, уменьшить перекос и смещение инструмента и обеспечить точность штампуемых деталей.
Выводы
1. Применение разработанного программного продукта позволило выбрать из числа возможных реализаций технологического процесса оптимальный, при котором нагрузка на левую и правую кривошипно-ползунные группы деталей будет распределена равномерно, а смещение инструмента будет меньше одностороннего зазора на любом технологическом переходе, обеспечивающего получение точных и качественных деталей.
2. С учетом простоты использования получаемой информации описанную методику и программу можно рекомендовать для практического использования при решении различных технологических задач.
Литература
1. Орлов П. Г. Штамповка деталей на листоштампо-вочных автоматах. М.: Машиностроение, 1984. 160 с.
2. Норицын И. А., Орлов П. Г. Многопозиционная листовая штамповка и конструкция автоматов. М.: Машиностроение, 1973. 70 с.
3. Попов Е. А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.
4. Ланской Е. Н., Банкетов А. Н. Элементы расчета деталей и узлов кривошипных прессов. М.: Машиностроение, 1966. 300 с.
5. Аксенов Л. Б., Куммер К., Аксенова О. А. Применение функционального анализа к технологическим процессам многопозиционной листовой штамповки // Вестн. машиностроения. 1981. № 5. С. 59-61.
6. Архангельский А. Я. Программирование в С++ Builder 6. М.: Бином-Пресс, 2005. 1152 с.
/Г
Издательство «Политехника» предлагает
Конструкционные стали и сплавы : учеб. пособие / Г. А. Воробьева, Е. Е. Складнова, В. К. Ерофеев, А. А. Устинова; под ред. Г. А. Воробьевой. — СПб.: Политехника, 2012. — 440 с. : ил. ISBN 978-5-7325-1010-2 Цена: 480 руб
В книге изложены основы металловедения черных и цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены положения теории и технологии термической обработки сталей, чугунов, цветных металлов и сплавов. Приведены закономерности формирования структуры и свойств основных промышленных сталей и сплавов, справочные данные по режимам их упрочнения.
Предназначено для студентов технических специальностей машиностроительных вузов, может быть полезно для студентов, обучающихся по смежным специальностям, а также аспирантов и инженерно-технических работников.
Принимаются заявки на приобретение книги по издательской цене. Обращаться в отдел реализации по тел.: (812) 312-44-95, 710-62-73, тел./факсу: (812) 312-57-68, e-mail: sales@polytechnics.ru, на сайт: www.polytechnics.ru.
Jr
