CC BY
6УДК 621.7.043/.044:631.3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СТЕРЖНЕВЫХ ШТАМПОВОЧНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕНОЙ
ТЕХНИКИ
В. Е. Степанов, Н. И. Мозговой
Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова
Аннотация. Холодная листовая штамповка как один из прогрессивных методов широко применяется в современном приборостроении и других отраслях металлообрабатывающей промышленности. Процессы штамповки обеспечивают получение точных, сложных по форме и разнообразных по размерам деталей при большом коэффициенте использования материала, минимальной трудоемкости и невысокой стоимости.
В холодноштамповочном производстве используется большое количество разновидностей штампов, причем наблюдается тенденция к повышению сложности их конструкций, обусловленная появлением новых прогрессивных процессов штамповки. В связи с этим имеется необходимость по применению рациональных конструкций штампов, методы расчета которых, базирующиеся на основах прикладной теории пластичности, не требуют серьезного математического аппарата и предназначены для использования в повседневной инженерной технологии и практике.
В данной статье представлено описание конструкции штампа для вытяжки корпуса конденсатора и его деталей, обеспечивающих эффективную штамповку.
Изложена методика расчета конкретных штамповочных операций, необходимая для разработки технологических процессов штамповки корпуса конденсатора.
Выдвинута идея создания производства корпусов конденсаторов из тантала на производственных мощностях Алтайского края.
Ключевые слова: вытяжной штамп, технологический процесс, вытяжка, выдавливание, обработка металлов давлением, пуансон, оптимизация, тантал, моделирование, штамповка.
Введение. Распоряжением Правительства РФ от 17 января 2020 г. № 20-р была утверждена «Стратегия развития электронной промышленности РФ на период до 2030 г.».
Стратегия направлена на создание нового конкурентоспособного облика электронной промышленности Российской Федерации на основе развития научно-технического и кадрового потенциала, оптимизации производственных мощностей, их модернизации и технического перевооружения, создания новых технологических направлений и технологий, освоения прорывных промышленных электронных технологий, а также совершенствования нормативно-правовой базы для удовлетворения потребностей государства и иных заказчиков в современной продукции отрасли электронной промышленности.
Одни из важнейших целей отображены во 2-й главе текста «Стратегии» «Мероприятия и целевые индикаторы реализации Стратегии» в части ключевого направления "Научно-техническое развитие" предусматривается: «разработать и промышленно освоить технологии создания и производства цифровой электроники
(процессор, контроллер, память) и системного программного обеспечения, силовой электроники, радиоэлектроники, включая СВЧ-электронику и аналоговую электронику, оптоэлектронику, фотонику и радиофотонику».
Отработка данной цели «Стратегии» невозможна без применения таких металлов как ниобий и тантал.
Тантал обладает уникальной совокупностью физических и химических свойств, таких как высокие плотность и удельная электроемкость, тугоплавкость и исключительная стойкость к химическому воздействию. Благодаря своим характеристикам тантал находит применение в целом ряде областей, при этом в 2007 г. на электронную промышленность приходилось около половины его мирового потребления.
В электронной промышленности тантал применяется в основном в форме порошка и проволоки. Тантал используется в производстве миниатюрных конденсаторов для таких высокотехнологичных сфер потребления, как телекоммуникационная связь, производство запоминающих устройств, электронных схем для имплантируемых медицинских приборов, электронного автомобильного оборудования, компьютеров, сотовых телефонов, видеокамер, цифровых фотокамер и прочих продуктов электронной промышленности.
Благодаря высокой химической инертности как самого тантала, так и его окисной пленки, электролитические танталовые конденсаторы весьма стабильны в работе, надежны и долговечны: срок их службы достигает 12 лет, а иногда и больше.
Одним из уникальных свойств танталовых конденсаторов является «саморемонт» -они могут сами себя ремонтировать: предположим, возникшая при высоком напряжении искра разрушила изоляцию - тотчас же в месте пробоя вновь образуется изолирующая пленка окисла, и конденсатор продолжает работать, как ни в чем не бывало. Для производства конденсаторов требуются высокочистые порошки тантала с развитой поверхностью.
Целью данной научно-исследовательской работы является разработка уникальной конструкции вытяжного штампа, обеспечивающего эффективную штамповку корпуса конденсатора.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
1. Предложить метод получения заготовки.
2. Спроектировать процесс обработки металла давлением.
3. Разработать уникальную конструкцию вытяжного штампа.
Описание теоретических или экспериментальных исследований
Глубокая вытяжка — процесс, при котором из плоской заготовки получают полую деталь любой формы. Формообразование представляет собой результат пластической деформации, сопровождаемой смещением значительной части обрабатываемого металла по высоте изделия [1, 2, 3].
Корпус конденсатора (рис.1) получают глубокой вытяжкой с без утонения стенки. При глубокой вытяжке без утонения стенки процесс осуществляется посредством непрерывного перемещения пуансона с заготовкой в матрицу, в результате чего внешний диаметр заготовки непрерывно уменьшается.
Рисунок 1 - Корпуса конденсатора
Технологические расчеты при вытяжке цилиндрических деталей состоят в определении допустимой степени деформации, нахождении требуемого количества последовательных операций вытяжки и подсчете пооперационных размеров деталей.
Расчеты для данной работы были выполнены по справочнику - Романовский В. П.
Справочник по холодной штамповке. — 6-е изд., перераб, и доп--Л.: Машиностроение.
Ленингр. отд-ние. 1979. — 520 с., ил. [18], а также были использованы материалы научных статей при разработке конструкции штампа [2, 3, 5, 6 ,8, 10].
Подробный расчет вытяжки приводить в статье нет смысла, так как расчет производился по стандартной методике РТМ. Полученные данные сведены в таблицу.
Таблица 1 - «Данные расчета»
с1 И Шаг игас , *1,15 т с11 т2 с12 тЗ с13 т4 с)4 ш5 (15 тб с16 т7 с17 ||| Ь2 НЗ 1.4 Ь5 Ь6 Ь7
4,80 6,00 17,94 19,93 19,17 22,68 22,05 0,66 26,08 0,66 14,55 17.21 0,84 0,84 12,22 14,46 0,85 0.85 10.39 12.29 0,83 0,83 8,62 0.86 10,20 0,86 7,42 0,84 8,77 0,84 6,23 7,37 0,86 0,86 5,36 6,34 4,71 5,58 6,89 8,15 9.10 10,76 ! 1,94 14,53 15,22 14,12 17,1918,00 21,34 25,25
7,50 21,93 26,72 30,73 0,66 20,28 0,84 17,04 0,85 14.48 0,83 12,02 0,86 10,34 0,84 8,68 0,86 7,47 6.57 9.60 12,68 16,64 20,2621,21 29,75
9,00 30.04 34,09 39,21 0,66 25,88 0,84 21.74 0.85 18.48 0,83 15,34 0,86 13,19 0,84 11,08 0.86 9,53 8.38 12,25 16.18 21,23 25,8427,07 37.96
11,00 9,83 31,93 26,30 39,06 33,63 44,92 0,66 38,67 0,66 29,65 25,52 0,84 0,84 24,91 21,44 0,85 0,85 21,17 18.22 0,83 0,83 17,57 0,86 15,13 0,86 15,11 0,84 13,01 0,84 12,69 10.93 0,86 0,86 10,92 9,40 9,60 8,27 14,03 12,08 18,54 15.96 24,32 29,61 31,01 20,94 25,4926,69 43,49 37,44
9,83 18.59 28,77 33,08 0,66 21.83 0,84 18,34 0.85 15,59 0,83 12,94 0.86 11,13 0,84 9,35 0,86 8,04 7,07 10,33 13,65 17,91 21,8122,84 32,03
7,34 15,67 22,67 26,07 0,66 17,21 0,84 14,45 0,85 12,29 0,83 10,20 0,86 8,77 0,84 7,37 0,86 6,34 5,57 8,14 1 0,76 14,11 17,1818,00 25,24
5,10 1 1.68 16,26 18,70 0,66 12,34 0,84 10,36 0,85 8,81 0,83 7,31 0.86 6.29 0,84 5,28 0,86 4,54 4,00 5,84 7,72 ¡0,12 12,32 12,91 18,10
Для производства корпусов конденсаторов на базе машиностроительных предприятий города Барнаула предлагается изготовить штамп для глубокой вытяжки (рис. 2).
Штамп представляет собой магазин пуансонов и составную матрицу. За каждый ход пресса выполняется поворот магазина патронов и заготовка корпуса поочередно проходит операции вытяжки от вырубки для обрезки корпуса конденсатора [13, 14, 15, 16, 17].
Уникальность такой конструкции штампа в отсутствие механизма перемещения заготовки в горизонтальном направлении, который применяется в классических шаговых штампах.
В представленном штампе заготовка перемещается вертикально, что значительно снижает время операций вытяжки и фактически за каждый ход пресса мы получаем готовый корпус.
Также конструкция штампа позволяет его внедрить и использовать с прессами, выпускаемыми ООО «Завод механических прессов».
Рисунок 2 - Штамп для глубокой вытяжки корпуса конденсатора
Таким образом, представленный выше материал наглядно показывает высокий интерес и спрос на тантал. В последние годы также активно развиваются экспериментальные разработки высокоэффективных радиоэлектронных изделий, микросхем, микрочипов и прочей современной электроники в которой применяется минимизация габаритных размеров.
Все это позволяет с надеждой смотреть на перспективное будущее тантала -уникального металла XXI века.
Выводы
1. Предложена технология усовершенствования процесса вытяжки корпуса конденсатора для сельскохозяйственой техники, в которой операция штамповки заменяет операции токарной обработки.
2. Спроектирована уникальная конструкция вытяжного штампа, в которой отсутствует механизм перемещения заготовки в горизонтальном направлении, применяемый
в классических шаговых штампах, что значительно удешевляет конструкцию и повышает точность за счет снижения погрешности позиционирования отдельных элементов в конструкции.
3. Выполнен технологический расчет вытяжки на каждой операции и подобраны коэффициенты вытяжки танталла, что позволило повысить коэффициент использования материала и снизить затраты на механическую обработку.
Список используемых источников:
1. Аверкиев А. Ю. Методы оценки штампуемости тонколистового металла [Текст] : Учеб. пособие по курсу "Листовая штамповка" : Для студентов специальности 0503 "Машины и технология обраб. металлов давлением" / А. Ю. Аверкиев ; Рост. н/Д ин-т с.-х. машиностроения. - Ростов н/Д : РИСХМ, 1974 [обл. 1975]. - 95 с., 1 л. табл. : ил.; 20 см.
2. Автоматизация и механизация штамповочного производства [Текст] : Материалы семинара. - Москва : МДНТП, 1978. - 195 с. : ил.; 20 см.
3. Антоненков О. Д. и др. Коэффициент вытяжки при взрывной штамповке. — Кузнечно-штамповочное производство, 1966, № 5.
4. Бакулин, С. Б. Технологические расчеты процессов листовой штамповки [Текст] / Науч.-техн. о-во машиностроит. пром-сти. Обществ. ун-т. Заоч. курсы усовершенствования ИТР по технологии холодной штамповки. - Москва : [б. и.], 1964. - 49 с. : черт.; 22 см.
5. Балин А. И.» Веретенова Т, Н. и др. Процесс чистовой вырубки и технологические смазки. — Кузнечно-штамповочное производство, 1977, № 2.
6. Бебрис А. А. Определение усилия прижима при вытяжке. — Изв. вузов. Машиностроение, 1963, № 3.
7. Белянин П. Н. Промышленные роботы. М., 1975. - 400с.
8. Бер В. И., Суяров Д. И. Выбор мощности кривошипного пресса для вырубки** пробивки в горячем состоянии (методом муаровых полос). — Информационный листок. Красноярск, ЦНТИ. 1977, № 170-77.
9. Богданов В. М. Холодная штамповка деталей по элементам в мелкосерийном производстве. М., 1963.- 188с.
10. Богданов В. М. Новые универсальные штампы для мелкосерийного опытного производства. — Кузнечно-штамповочное производство, 1974, N° 10.
11. Зеликман А.Н., Коршунов Б.Г., Елютин А.В., Захаров А.М. Ниобий и тантал. М.: Металлургия, 1990. - 296 с.
12. Мозговой Н.И., Мозговая Я. Г. Проектирование операций изготовления отверстий в деталях из стеклопластика. Обработка металлов. №1(54)/2012, НГТУ: Новосибирск, 2012. -С. 45-50.
13. Мозговой Н.И., Мозговая Я. Г. Особенности обработки отверстий в деталях из стеклопластика. Информационные технологии в промышленности: тезисы докладов седьмой междунар.науч. -техн.конф. 30 - 31 октября 2012 года. - Минск: ОИПИ НАН Беларусии, 2012. - С. 207-209. - ISBN 978-985-6744-78-8.
14. Мозговой Н.И., Мозговая Я. Г., Пашкова Е. А. Экспериментальные исследования внутренних дефектов пластичных материалов методом неразрушающего контроля. Инновации в машиностроении: материалы VII международной науч. - практ. конф. 23-25 сентября 2015 г. КузГТУ: Кемерово, 2015. - С. 512-515.
15. Мозговой Н.И., Мозговая Я. Г. Разработка программно-аппаратного комплекса для контроля внутренних дефектов и остаточного ресурса инженерных конструкций и
изделий из стеклопластика. Обработка металлов. №4(73)/2016, НГТУ: Новосибирск, 2016. -С. 06-15.
16. Мозговой Н.И., Мозговая Я. Г. Контроль внутренних дефектов и остаточного ресурса инженерных конструкций и изделий из композиционных материалов в сельском хозяйстве. Инновации в сельском хозяйстве. ГНУВИЭСХ, 2017. - №3 (24) / 2017 С. 230-238.
17. Мозговой Н.И. Совершенствование технологии изготовления вырубного штампового инструмента для изготовления деталей для сельскохозяйственной техники. Инновации в сельском хозяйстве. ГНУВИЭСХ, 2017. - №4 (25) / 2019 С. 110-121.
18. Романовский, В.П. Справочник по холодной штамповке / В.П. Романовский - Л. : Машиностроение, 1979. - 520с.
19. Савицкий ЕМ., Бурханов Г.С., Поварова К.Б. и др. Тугоплавкие металлы и сплавы. — М.: Металлургия, 1986. -352с.
20. Смолин, Е.Л. Основы конструирования штамповой оснастки : учеб. пособие для вузов / Е.Л. Смолин. - Тольятти : ТГУ, 2004. - 44 с.
В. Е. Степанов, Н. И. Мозговой Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова
TECHNOLOGICAL IMPROVEMENT OF ROD PUNCHING TOOLS MANUFACTURING
Abstract. Cold sheet-metal stamping as one of the progressive methods is widely used in modern instrument engineering and other branches of the metalworking industry. Stamping processes provide accurate, complex-shaped and various-sized parts with a high material utilization rate, minimal labor intensity and low cost.
In cold stamping production, a large number of dies are used, and there is a tendency towards an increase in the complexity of their designs, due to the emergence of new progressive stamping processes. In this regard, there is a need for the use of rational designs of stamps, the calculation methods of which, based on the foundations of the applied theory of plasticity, do not require a solid mathematical tool and are intended for use in everyday engineering technology and practice.
The article presents a description of the design of a die for stretching the capacitor body and its parts, which ensure efficient stamping.
The methodology for calculating specific stamping operations, which is necessary for the development of technological processes for stamping the capacitor body, is described.
The idea of creating a production of capacitor bodies made of tantalum at the production facilities of the Altai region has been put forward.
Keywords: stretch die, technological process, stretching, pressing, metal forming, upper die, optimization, tantalum, modelling, stamping.
Mozgovoy N.I., Ph.D. (Engineering), e - mail: nick_3@mail.ru , Stepanov V., e - vadim_stepanov_92@inbox.ru,
FSAEI HE Polzunov Altai State Technical University, 656038, Lenina avenue, 46, Barnaul,
Altai region, Russian Federation Altai State University, 656049, Lenina avenue, 61, Barnaul, Altai region, Russian Federation
