Циклограммы работы холодновысадочного автомата

Контрольная работа

Циклограммы работы холодновысадочного автомата

Содержание

1. Холодная высадка деталей

2. Проектирование цикловых диаграмм работы холодновысадочных автоматов

3. Конструкция автомата А111А

4. Методика построения циклограммы работы ХВА А111А

5. Разработка технологических процессов холодной высадки деталей "заклепка"

5.1 Разработка технологии холодной высадки детали "заклепка" с конусной головкой

5.2 Разработка технологии холодной высадки детали "заклепка" со сферической головкой

6. Построение и анализ циклограммы работы холодновысадочного автомата

6.1 Анализ исходных данных для построения циклограммы

6.2 Построение циклограммы работы автомата А111А при высадке заклепки в полость матрицы

6.3 Анализ циклограммы работы автомата А111А

6.3.1 Высадка короткой заготовки в полость матрицы

6.3.2 Высадка длинной заготовки в полость матрицы

6.3.3 Штамповка детали с малым объемом высаженной части в полость матрицы

6.3.4 Штамповка детали с большим объемом высаженной части в полость матрицы

6.3.5 Высадка заготовки в полость пуансона

Список источников

1. Холодная высадка деталей

Холодная высадка (ХВ) - это операция холодной объемной штамповки, заключающаяся в изготовлении деталей или заготовок с местными утолщениями путем уменьшения длины части заготовок без нагрева металла. ХВ - основная операция изготовления деталей типа болтов, винтов, заклепок. Для изготовления подобных деталей применяются холодновысадочные автоматы (ХВА), на которых, кроме высадки, производятся другие операции (отрезка, прошивка, накатка резьбы и т.д.), что позволяет получать детали, не требующие обработки резанием, с производительностью до нескольких сотен в минуту.

ХВ динамически развивающийся процесс, который обусловливает следующие преимущества [1, 2]:

·        возможность изготовления сложных по форме деталей с повышенным коэффициентом использования металла и многократно увеличенной производительностью;

·        высокая точность, достигающая 1-2-го класса, и шероховатость R_a = 0,04 - 0,35 мкм поверхности детали;

·        улучшение механических характеристик;

·        снижение требований к квалификации обслуживающего персонала;

·        повышение возможности механизации и автоматизации технологического процесса;

·        сокращение объема машинного парка.

В процессе холодного деформирования при увеличенных степенях деформации изменяются механические показатели обрабатываемого металла. Он упрочняется, а его склонность к пластической деформации уменьшается. Холодная обработка металла связана со следующими характерными особенностями:

·        изменением ориентировки зерен;

·        изменением геометрической формы зерен;

·        появлением остаточных зональных межкристаллических и внутрикристаллических напряжений;

·        высокими давлениями в деформационных пространствах 1000 - 2500 МПа, а некоторых участках и до 3000 МПа;

·        нагревом обрабатываемого металла, температура которого в месте контакта может достичь 400°С;

·        повышенными возможностями проявления адгезионных сил между инструментом и обрабатываемым металлом и др.

Существенным недостатком этого вида обработки металлов является повышенная энергоемкость процесса, зависящая от многих факторов и влияющая на изменение условий деформации (химический состав и механические свойства обрабатываемого металла; метод и качество предварительной подготовки металла; вид, форма и геометрические размеры деформационного инструмента; степень деформации и др.).

В общем случае последовательность разработки технологии ХВ на ХВА состоит из следующих операций:

·        анализ технологичности изделия (рассматривают форму. размеры детали, оценивают материал, точность поверхности и т.п.);

·        определение формы и размеров исходной заготовки;

·        выбор принципиальной схемы ХВ и последовательности технологических переходов с точки зрения качества изделия после ХВ;

·        расчет силы высадки на всех переходах и выбор типоразмера ХВА;

·        конструирование рабочих деталей комплекса сменного инструмента;

·        выбор последовательности и оборудования для выполнения финишных операций ХВ на ХВА.

2. Проектирование цикловых диаграмм работы холодновысадочных автоматов

Проектирование каждого автомата должно начинаться с построения цикловой диаграммы. Правильно построенная цикловая диаграмма обеспечивает взаимодействие работы всех механизмов автомата, так как с ее помощью определяется их точное относительное положение.

С помощью цикловой диаграммы определяются основные размеры профиля кулачков, расположение деталей на распределительных валах, основные размеры и положение рычагов, различных механизмов и т.п. [3].

Цикловые диаграммы строятся двух видов: а) в полярных координатах (круговая диаграмма) и б) в декартовых координатах (прямоугольная диаграмма). Прямоугольная, развернутая цикловая диаграмма более понятна и удобна для пользования. Над цикловыми диаграммами следует располагать графики путей исполнительных механизмов.

Составление цикловой диаграммы работы ХВА начинается с выбора основного циклового механизма, в качестве которого используется обычно ползун пресса [4]. Началом цикла считается одно из крайних положений циклового механизма, обычно крайнее верхнее (заднее) положение ползуна. Полный цикл работы ХВА состоит из интервалов времен, характеризующих периоды холостого и рабочего перемещений, выстоя, разгона, торможения каждого механизма. Если в полном цикле работы ХВА содержится по одному интервалу одинакового содержания, то такой цикл называется простым, если два или больше - сложным.

При автоматизации машин возможны три основных типа циклов работы: последовательный, совмещенный и комбинированный.

Последовательный цикл характеризуется тем, что в нем все движения механизмов средств автоматизации и основные движения машины-орудия происходят последовательно. Машины в этом случае работают в режиме одиночных ходов, в перерыве между которыми совершают последовательно (друг за другом) необходимые движения средства автоматизации. Последовательный цикл работы позволяет:

·        комбинировать в различном порядке очередность срабатывания отдельных элементов средств автоматизации, что может оказаться весьма важным при автоматизации различных операций штамповки, в том числе штамповки крупногабаритных деталей;

·        установить средства автоматизации и механизации на универсальные машины без модернизации последних;

·        компоновать универсальные машины во вновь проектируемые автоматические линии без синхронизации числа ходов отдельных агрегатов;

Наряду с отмеченными преимуществами последовательный цикл имеет и следующие недостатки:

·        снижение производительности автоматизированных машин-орудий из-за того, что продолжительность времени t последовательного цикла является суммой периодов работы собственно машины-орудия обслуживающих ее средств и времени включения и выключения этих средств.

·        тяжелые условия работы систем включения и выключения указанных устройств, которые должны "срабатывать" при каждом ходе машины.

·        трудно обеспечить надежную фиксацию заготовок в период, когда один механизм уже закончил работу, а другой еще не начал;

Совмещенный цикл характеризуется тем, что в нем все основные движения вспомогательных механизмов совмещены по времени с основными рабочими движениями главного рабочего механизма. Машина-орудие в этом случае работает на непрерывных автоматических ходах.

Основными преимуществами такого цикла работы машины являются:

·        высокая производительность;

·        отсутствие необходимости постоянного переключения машины-орудия, что приводит, как правило, к снижению динамических нагрузок в машине и на рабочем месте, значительному (на механических прессах до 25-30 дб) снижению уровня шума, издаваемого машиной, повышению долговечности основных узлов машины.

Основными недостатками цикла являются:

·        сложность его осуществления на машинах, находящихся в эксплуатации;

·        средства автоматизации, встраиваемые в машину-орудие, должны иметь надежные блокировки, вплоть до механической связи привода автоматических машин с приводом машины-орудия.

Комбинированный цикл представляет собой усовершенствованную разновидность последовательного цикла и отличается тем, что в этом случае часть движений, выполняемых средствами автоматизации, совмещена с движениями основных органов машины-орудия и самих средств автоматизации.

Преимущества совмещенного и последовательного циклов:

·        увеличивается производительность машины-орудия по сравнению с последовательным циклом;

·        возможно устанавливать некоторые средства автоматизации на универсальные машины без модернизации последних.

Наряду с приведенными видами циклограмм необходимо знать не только участки, время, углы перемещения отдельных механизмов автомата, но и характер изменения этих перемещений, и их взаимосвязь. Это бывает необходимо, когда главный исполнительный механизм, например кулачковый, поскольку закон перемещения - это, по сути, стойкость механизма и величина динамических нагрузок, действующих в нем. Либо, когда механизм должен выполнить какую-то рабочую функцию совместно с другим механизмом в процессе движения. Это значит, что рабочие элементы этих механизмов в определенные моменты времени должны находиться строго в определенных положениях.

3. Конструкция автомата А111А

ХВА модели А111 был выпущен в 1949 году Одесским заводом кузнечно-прессового оборудования. Первая модернизация автомата произошла в 1956 году. Модель была наименована А111А. В лаборатории КШП находится ХВА выпуска 1961 года.

Автомат нашел применение во всех отраслях машиностроения: особенно востребован автомат был на метизных, тракторных, сельскохозяйственных заводах. Автомат предназначен для холодной высадки из калиброванной проволоки заклепок с головками различной формы, винтов и шурупов.

ХВА модели А111А включает в себя следующие основные подвижные узлы (механизмы):

–   узел подачи материала 1;

–   узел отрезки и переноса отрезанной заготовки с линии подачи на линию высадки детали 2;

–   узел высадки (ползун и коленчатый вал с шатуном);

–   узел выталкивания высаженного изделия или заготовки 3.

ХВА А111А содержит электродвигатель 4, который через клиноременную передачу 5 (для нашей модификации) передает крутящий момент на маховик 6 и далее на коленвал 7. От коленвала 7 вращательное движение преобразуется в поступательное движение ползуна 8 и закрепленного на нем пуансона 9.

холодная высадка холодновысадочный автомат

Рисунок 1 - Общий вид ХВА А111А

Через шестеренчатую передачу 10 от коленвала 7 вращательное движение преобразуется в поступательное движения шатуна ножа 11, который взаимодействует с криволинейным пазом ползуна с расположенными на нем ножевым штоком и ножом (не показаны). Нож при этом перемещается перпендикулярно движению шатуна 11.

Подающие ролики 12 приводятся во вращение от коленвала 7 с помощью эксцентрика и храповика (не показаны), связанных между собою штоком 13. Храповик передает прерывистое вращательное движение через вал 14 на шестеренчатую передачу 15, а оттуда - приводным роликам 12. Пруток или проволока подаются в автомат до контакта торцом с регулируемым упором 16.

Возврат штока 13 после выталкивания детали производится пружиной 17, посаженной на штырь. Работа пружины 17 со штырем очень неустойчива, штырь часто выпадает из направляющих, вследствие чего работа автомата возможна только в режиме одиночных ходов.

Для аварийного останова или окончания работы автомата предусмотрен тормоз 18.

Работа ХВА А111А более наглядно может быть изучена с помощью кинематической схемы автомата, представленной на рис. 2.

Прерывисто вращающиеся ролики 12 с калибрами, соответствующими диаметру и профилю материала, подают проволоку 1 или пруток через отверстие отрезной матрицы 18 до упора 19.

При движении ножа 20, снабженного прижимом 17 для удержания заготовки, по направлению к высадочной матрице 16 отрезается заготовка изделия, которая вталкивается в ручей высадочной матрицы пуансоном 9 до упора в выталкивающий палец 21. После вталкивания заготовки в матрицу 16 на глубину не менее диаметра стержня заготовки, нож отходит от линии высадки в исходное положение. Не зажатая в высадочной матрице часть заготовки высаживается пуансоном. Высаженное изделие выталкивается пальцем 21 через валик 22.

Движение всех механизмов осуществляется от коленчатого вала 7, который приводится во вращение электродвигателем 4 через шестеренную передачу. В нашем случае использована клиноременная передача 5.

Подающие ролики 12 приводятся во вращение от эксцентрика 23 и храповика 24, соединенных штоком 6. От храповика 23 получает прерывистое вращение вал 2 и зубчатая передача 3, передающая вращение через вал 10 на верхний ролик 12. Посредством кривошипно-шатунного механизма получает возвратно-поступательное перемещение ползун 8, несущий впереди державку с пуансоном 9.

Рисунок 2 - Кинематическая схема одноударного холодновысадочного автомата с цельной матрицей

Возвратно-поступательное движение ножевого штока 25 осуществляется от перемещения ползуна 26, снабженного криволинейным пазом 11 соответствующего профиля, в который сходит ролик 27 ножевого штока 25. Привод ползуна 26 осуществляется от шатуна 13, соединенного с одной из шестерен 14, получающих вращение от коленвала 7.

Выталкивание изделий после высадки производится валиком 22 при повороте рычага 28 на оси 15 против часовой стрелки. Привод механизма выталкивания осуществляется кулачковым механизмом 29.

Автомат представляет собой автоматизированный горизонтальный пресс с параллельным расположением осей штамповки и подачи материала. Матрица - цельная, высадка производится за один удар (т.е. автомат - одноударный). Подача материала, отрезка и сама высадка полностью автоматизирована. Включение и выключение подачи производится независимо от работы автомата.

Фундамент под автомат кладется обыкновенный цементный. Перед установкой пресса на фундамент стелется виброизоляционный ковер. Система смазки - централизованная (маслораспределительная станция обеспечивает подвод смазки к автомату) и индивидуальная (принудительной смазки требуют подшипники коленчатого вала, трущиеся части в высадочном ползуне и траверсы).

Основной рабочий орган автомата - высадочный ползун. Ползун жестко соединен с пуансоном. Корпус ползуна должен быть выполнен из чугуна марки СЧ 24-44. Под направляющие ползуна подложены планки, которые должны быть изготовлены из стали 20Х.

В качестве исходного материала для производства метиза рекомендуется использовать проволоку алюминиевую калиброванную в бухтах по ГОСТ 7871-75, стальную углеродистую для холодной высадки по ГОСТ 17305-71 либо прутки стальные из стали с временным сопротивлением до 600 МПа.

Осевая регулировка пуансона производится клином, размещенным в ползуне. Шатун целый по длине, нерегулируемый. Механизм автоматической подачи выполняется одной парой роликов. Устройство для осуществления прерывистого вращения подающих роликов монтируется на нижнем валу механизма подачи.

Механизм отрезки и переноса заготовки на линию высадки в данном автомате выполнен с поступательно движущимся ножом (хотя некоторые автоматы из этой линейки моделей выполнены и с ножом, перемещающимся по дуге). Регулировка механизма отрезки осуществляется путем установки специальной кривошипной шайбы в заданное положение, путем регулировки длины шатуна и положения ножевого штока. Регулировка упора производится винтом. Поворотом кривошипной шайбы изменяется взаимное расположение интервалов цикла отрезки и высадки, изменением длины шатуна устанавливается та или иная продолжительность выстаивания ножа в крайних положениях.

В таблице приведены паспортные характеристики ХВА А111А.

Таблица - Паспортные характеристики холодновысадочного автомата

модели А111А

Номинальная сила - 0,63 МН;

Наибольшие размеры стержня (мм): диаметр - 6, длина - 50;

Наименьший диаметр стержня - 3 мм;

Длина заготовки перед матрицей (мм) - 17÷50;

Число ходов высадочного ползуна в минуту - 225;

Производительность в минуту (изделий) - 225;

Ход ползуна (мм) - 90 мм;

Электродвигатель - АД52/6 (n = 1000 об/мин. N = 6 кВт);

Габариты в плане (мм) - 1230х2060;

Наибольшая высота над уровнем пола (мм) - 1305;

4. Методика построения циклограммы работы ХВА А111А

Циклограмма работы ХВА зависит от многих факторов, которые можно условно разделить на два типа. Факторы первого типа относятся к конструкции автомата. К ним относятся: скорости перемещения подвижных узлов автомата, расстояния, на которые перемещаются подвижные детали автомата и заготовка, координаты регулировочных элементов, определяющие начало и окончание перемещения подвижных деталей, временной диапазон относительного включения/выключения подвижных узлов автомата и т.д. Факторы второго типа относятся к форме и размерам заготовок и штампуемых деталей на автомате. К ним относятся: габариты готовых деталей: габариты высаживаемых головок деталей; форма головок деталей; габаритные размеры заготовок.

Перед тем, как приступить к построению циклограммы высадки заклепки, параметры которой заданы в таблице исходных данных (см. главу 7), необходимо изучить процесс высадки заклепки Ø5х26 мм с конусной головкой, на который настроены все подвижные узлы ХВА А111А. Для этого вначале надо разработать технологию высадки заклепки, в частности, определить размеры заготовки и установить, в какую полость - матрицы или пуансона - следует высаживать головку заклепки. Поскольку в вариантах задания предусмотрены и заклепки с полупотайной головкой, то же надо сделать и для этого вида заклепок.

Для построения циклограммы работы ХВА при высадке заклепки размерами Ø5х26 мм необходима методика определения последовательности и длительности включения/выключения подвижных частей ХВА. Примеры расчета технологий высадки заклепок с конической и полупотайной головками приведены в следующей главе.

Циклограмму работы ХВА при высадке заклепки Ø5х26 мм воспроизводят следующим образом. Переключают автомат (рис.4.1) в ручное управление. Далее, прокручивая маховик 2 вручную, отводят ползун в исходное положение.

Отмечают мелом или грифелем позицию обода маховика относительно станины автомата (рис. 4.2). В исходном положении метки на станине и ободе маховика должны располагаться на одной линии. Затем прокручивают вручную маховик до прекращения подачи проволоки механизмом подачи.

Рисунок 4.1 - Общий вид пресс-автомата А111А:

- электродвигатель; 2 - маховик; 4 - механизм торможения коленвала; 5 - механизм выталкивателя; 10 - шатун механизма выталкивателя;

- станина; 12 - шкив; 15 - пружина возврата выталкивателя; 16 - коленвал; 18 - механизм отрезки заготовки; 19 - лампа

После этого соединяют с осью вращения маховика два отрезка толстой нитки или отрезки веревки. Длина ниток/веревок должна быть чуть более радиуса маховика. Вторые концы ниток/веревок располагают:

)        одну - на отмеченном мелом/грифелем ободе маховика;

2)      вторую - на ободе маховика напротив метки на станине автомата.

Угломером замеряют угол Z (см. рис.4.2) поворота маховика (кривошипа). Для повышения точности измерений замеряют также рулеткой длину дуги на ободе маховика между нитками/веревками, а угол определяют по формуле:

Где l - длина дуги, мм;

R - радиус маховика, R = 340 мм.

Прокручивают маховик до момента начала перемещения ножа. Замеряют угол Z₁ поворота маховика по аналогии с замером угла Z.

Прокрутив маховик до момента:

останова хода ножа, замеряют угол Z₂ поворота маховика;

Рисунок 4.2 - Схема к замеру угла Z

начала вталкивания заготовки в штамповочную матрицу пуансоном, замеряют угол Z₃ поворота маховика;

начала возвращения ножа в исходное положение, замеряют угол Z₄ поворота маховика;

начала высадки головки заклепки пуансоном замеряют угол Z₅ поворота маховика; в этом случае заготовка вручную предварительно заложена в матрицу, а моментом начала высадки считаем контакт пуансона с торцом заготовки; после замера угла Z₅ заготовку вручную извлекают из матрицы;

останова ножа при его ходе назад, замеряют угол Z₆ поворота маховика;

начала подачи проволоки механизмом подачи, замеряют угол Z₇ поворота маховика;

окончания подачи проволоки механизмом подачи, замеряют угол Z₈ поворота маховика;

Экспериментально замеренные углы Z_i, циклограммы автомата заносят в таблицу.

Определяют углы предварения по формулам:

Где y - угол предварения между операциями подачи проволоки и ее отрезкой ножом;

x - угол предварения между операциями отвода ножа в исходное положение и началом подачи проволоки в ХВА;

w - угол предварения между началом отвода ножа с линии высадки и началом высадки головки заклепки пуансоном.

За искомые значения углов Z_i принимаются среднеарифметические значения i-го числа результатов замеров. Количество замеров для каждого угла Z_i должно быть не меньше трех.

Далее, строится (без соблюдения масштаба по оси у) график перемещения ползуна из крайнего заднего положения в крайнее переднее и обратно. По горизонтали откладываются углы Z поворота маховика. Один цикл движения ползуна соответствует Z = 360 ⁰. За цикл ползун перемесится на 80 мм к заготовке и на столько же обратно, итого - 160 мм.

Согласно измеренным углам Z_i на сетке у = f (Z) схематично (в виде трапеций) строятся графики перемещения (боковая сторона трапеции) и выстаивания (верхнее основание трапеции) подвижных узлов автомата.

Внизу графиков строится таблица из двух столбцов. В левом указывается перечень подвижных узлов автомата (число узлов равно числу строк таблице). Строки правого столбца для каждого подвижного узла автомата делятся вертикальными отрезками, расположенными над углами Z_i, которые характеризуют работу или выстаивание данного узла в конкретный промежуток времени работы автомата.

5. Разработка технологических процессов холодной высадки деталей "заклепка"

5.1 Разработка технологии холодной высадки детали "заклепка" с конусной головкой

На ХВА А111А установлены матрица и пуансон с плоской рабочей поверхностью для высадки детали заклепки. Замерами установлено, что глубина матрицы равна 26 мм, диаметр полости под стержень равен 5 мм, а больший диаметр полости под высадку головки равен 10 мм.

В связи с этим, ниже приведен расчет технологического процесса высадки детали "заклепка 5х26, 00 ГОСТ 10300-80". Эскиз детали приведен на рис. 5.1.

Головка заклепки в форме обратного конуса обусловливает целесообразность ее высадки в полость матрицы по схеме, приведенной на рис. 5.2.

Материал - сварочная проволока ВСвА99М 5,00хБР

Рисунок 5.1 - Эскиз детали "заклепка 5х26, 00 ГОСТ 10300-80"

Материал. Материалом для заклепки является сварочная отожженная проволока ВСвА99М 5,00хБР диаметром 5 мм из технически чистого алюминия марки А99 по ГОСТ 7871-75.

Химический состав и механические свойства проволоки приведены в табл. 5.1 и 5.2.

Рисунок 5.2 - Схема штамповки заклепки с высадкой головки в полость матрицы:

- проволока; 2 - отрезная матрица; 3 - нож; 4 - упор; 5 - высадочная матрица; 6 - пуансон; 7 - выталкиватель;

- 0 - позиция отрезки; 1 - 1 - позиция высадки

Таблица 5.1 - Химический состав сварочной проволоки из алюминия А99 (массовая доля элементов, %)

Таблица 5.2 - Механические свойства сварочной проволоки ВСвА0М 5,00хБР

В исходном состоянии проволока была получена холодным волочением с последующим отжигом и намотана на катушку. Алюминий А99 характеризуется высокой пластичностью, низкими значениями сопротивления деформации и твердости.

Из всех алюминиевых сплавов чистый алюминий отличается лучшей химической стойкостью, но меньшей прочностью. Поэтому его применяют там, где при малых прочностных требованиях желательна высокая устойчивость против атмосферных и химических воздействий. Чистый алюминий имеет лучшую деформируемость в холодном состоянии, чем другие легкие сплавы, и в мягком состоянии допускает любые пластические деформации. Для деталей, деформируемых незначительно, исходный материал может быть взят в нагартованном состоянии, особенно при высоких требованиях к прочности готовых деталей.

Выбранная сварочная проволока ВСвА99М 5,00хБР является высокопластичным материалом, что позволит высаживать из нее детали за один переход без опасности разрушения металла вследствие больших значений деформации при местной осадке части заготовки.

Анализ технологичности детали. Согласно ГОСТ 10304-80 шероховатость поверхности заклепок класса В (наш случай) не должна превышать R_a = 6,3 мкм. Шероховатость поверхности заклепок, изготовленных холодной штамповкой, и шероховатость торцов стержней не контролируются. Поле допусков и предельные отклонения на размеры заклепок: Ø 5 мм - js14, Ø 10 мм - js15, 3 мм - js16. Косой срез торца стержня - не более 5 ⁰. Допуск перпендикулярности опорной поверхности головки и торцовой поверхности стержня к оси стержня равен 0,0175х10 = 0,18 мм. Высота цилиндрического пояска головки заклепки не должна превышать 0, 3 мм. Допуск соосности оси головки относительно оси стержня - 0, 4 мм.

Материал заклепки высокопластичный алюминий марки А99, допускаемый предельные деформации до 90 %.

Анализ конструкции и технических условий на заклепку позволяет сделать вывод о возможности ее изготовления холодной штамповкой без последующей обработки резанием.

Определение исходных размеров заготовки. Поскольку изготовление заклепки будем осуществлять холодной высадкой, поэтому исходной заготовкой будет проволока диаметром 5 мм.

Определим длину высаживаемой части проволоки - головки заклепки. Форма головки - усеченный конус высотой 3 мм и диаметрами оснований 5 и 10 мм. Объем конуса определяем по формуле

Таким образом, длина высаживаемой цилиндрической части заготовки l составит

Общая длина заготовки L будет равна

L = (26 - 3) + 7 = 30 мм.

Определение числа переходов высадки.

Число переходов высадки зависит от относительной высоты высаживаемой части заготовки.

В нашем случае l /d = 7/5 = 1,4 < 2,5,Степень деформации высаженной части заготовки равна

ε = [ (7 - 3) / 7] 100 % = 57 %.

Для алюминия [ε] = 90 %, т.е. ε < [ε].

Следовательно, заклепку можно высадить за один удар на ХВА А111А.

Расчет силовых параметров изготовления заклепки. Силу отрезки Р₀ определяем по формуле

Р₀ = d ∙ t ∙ F,

где d - коэффициент запаса, d = 1,2;

F - площадь сечения проволоки, F = 19,625 мм² = 0,0019625 м²

Р₀ = 1,2 · 0,7 · 180 · 0,0019625 = 0,30 МН.

Силу высадки головки заклепки определяем по формуле:

,

для нашего случая формула принимает вид:

Где σ - предел прочности материала заготовки с учетом упрочнения, σ = 1,6s_в = 288 МПа [10];

F - площадь поперечного сечения головки;

m = 0,15 - коэффициент внешнего трения со смазкой.

Сила выталкивания - 10% силы высадки - 0,034 МН.

Операции отрезки, высадки и выталкивания выполняются последовательно, поэтому выбор оборудования производим по наибольшей силы - силе высадки, равной 0,34 МН.

С учетом 30 % - ного запаса номинальная сила требуемого автомата будет равна 1,3 · 0,34 = 0, 44 МН.

Таким образом, ХВА А111А, имеющий номинальную силу 0,63 МН, является подходящим оборудованием для изготовления детали "заклепка 5х26, 00 ГОСТ 10300-80".

5.2 Разработка технологии холодной высадки детали "заклепка" со сферической головкой

Кинематические режимы работы основных узлов автомата А111А зависят, в частности от того, где находится полость, в которую высаживается головка: в матрице или в пуансоне. Заклепки с конической головкой целесообразно штамповать с высадкой головки в полость матрицы. Для того, чтобы изучить кинематические режимы работы автомата при высадке металла в полость пуансона была выбрана заклепка со сферической головкой по ГОСТ 10301-80. Схема высадки заклепки в полость пуансона представлена на рис. 5.3.

Рисунок 5.3 - Схема высадки заклепки со сферической головкой в полость пуансона (обозначения см. рис. 5.2)

С целью сравнения циклограмм работы ХВА А111А при высадке металла в полости как матрицы, так и пуансона для разработки технологического процесса изготовления была выбрана заклепка такой же длины - 26 мм и диаметра стержня - 5 мм.

Эскиз детали "заклепка 5х26 ГОСТ 10301-80 приведен на рис.5.4.

Исходный материал и анализ технологичности детали - см. п.5.1 Анализ конструкции и технических условий на заклепку позволяет сделать вывод о возможности ее изготовления холодной штамповкой без последующей обработки резанием.

Определение исходных размеров заготовки. Поскольку изготовление заклепки будем осуществлять холодной высадкой, исходной заготовкой будет проволока диаметром 5 мм.

Определим длину высаживаемой части проволоки - головки заклепки. Форма головки - сферический сегмент диаметром 14 мм и высотой 3 мм. Для такой формы головки длину заготовки l, подвергаемую высадке, определяем по формуле:

,

Где h - высота сферической головки, мм;

R - радиус головки, мм;

d_{min -} наименьший предельный диаметр заготовки, мм.

Материал - сварочная проволока ВСвА99М 5,00хБР

Рисунок 5.4 - Эскиз детали "заклепка 5х26 ГОСТ 10301-80"

Общая длина заготовки L будет равна

L = (26 - 3) + 11 = 34 мм.

Определение числа переходов высадки. Число переходов высадки зависит от относительной высоты высаживаемой части заготовки. В нашем случае l /d = 11/5 = 2,2 < 2,5, Степень деформации высаженной части заготовки равна

ε = [ (11 - 3) / 11] ·100 % = 73 %

Для алюминия [ε] = 90 %, т.е. ε < [ε].

Следовательно, заклепку можно высадить за один удар на ХВА А111А.

Расчет силовых параметров изготовления заклепки. Силу отрезки Р₀ определяем по формуле

Р₀ = d ∙ t ∙ F,

где d - коэффициент запаса, d = 1,2;

F - площадь сечения проволоки, F = 19,625 мм² = 0,0019625 м²

t - сопротивление срезу t = 0,7s_в, для алюминия А99 s_в = 180 МПа.

Р₀ = 1,2 · 0,7 · 180 · 0,0019625 = 0,30 МН.

Силу высадки головки заклепки определяем по формуле:

,

для нашего случая формула принимает вид:

Где σ - предел прочности материала заготовки с учетом упрочнения,

σ = 1,6s_в = 288 МПа;

F - площадь поперечного сечения головки;

m = 0,15 - коэффициент внешнего трения со смазкой.

Сила выталкивания - 10 % от силы высадки - 0,05 МН.

Поскольку операции отрезки заготовки, высадки и выталкивания заклепки производятся последовательно, выбор оборудования производится по наибольшей силе деформирования, т.е. по силе высадки.

С учетом 30 % -ного запаса номинальная сила требуемого автомата будет равна 1,3 · 0,45 = 0, 585 МН.

Таким образом, ХВА А111А, имеющий номинальную силу 0,63 МН, является подходящим оборудованием для изготовления детали "заклепка 5х26, 00 ГОСТ 10300-80".

Для обеих заклепок разработанный технологический процесс будет включать следующие операции:

·        очистка и правка исходной проволоки;

·        подача проволоки приводными роликами в автомат до упора;

·        отрезка заготовки ножом и передача ее на линию высадки;

·        высадка за один удар головки заклепки в полость матрицы или в полость пуансона;

·        выталкивание заклепки из матрицы.

6. Построение и анализ циклограммы работы холодновысадочного автомата

6.1 Анализ исходных данных для построения циклограммы

Цикловую диаграмму работы ХВА А111А будем строить в декартовых координатах. Прямоугольная, развернутая цикловая диаграмма более понятна и удобна для пользования. Над цикловыми диаграммами будем располагать графики путей исполнительных механизмов.

Составление цикловой диаграммы работы ХВА начинается с выбора основного циклового механизма. В качестве такого механизма в циклограмме будет использован ползун пресса. Началом цикла будем считать крайнее заднее положение ползуна. Полный цикл работы ХВА будет состоять из интервалов времен, характеризующих периоды холостого и рабочего перемещений, выстоя, разгона, торможения каждого механизма. Анализ работы ХВА показал, что имеет место комбинированный цикл работы, когда часть движений, выполняемых средствами автоматизации, совмещена с движениями основных органов машины-орудия и самих средств автоматизации.

Цикловая диаграмма составляется применительно к изготовлению на ХВА детали "заклепка 5х26, 00 ГОСТ 10300-80" с конусной головкой, технологический процесс которой был разработан в главе 5. Согласно этому процессу необходимо использовать проволоку диаметром 5 мм. Учитывая это, соответствующим образом регулируем межосевое расстояние между верхним и нижним приводными роликами, а из двух калибров, нарезанных на рабочих поверхностях роликов, выбираем наибольший, у которого радиус кривизны ручья равен 4 мм. Через этот калибр проволока будет подаваться в ХВА.

Заготовка для заклепки имеет длину 30 мм, поэтому регулируем (отодвигаем) упор от втулочной отрезной матрицы на расстояние, равное длине заготовки.

Одноударная высадка головки заклепки предусматривается пуансоном с плоской рабочей поверхностью в полость матрицы.

Угол поворота маховика z будем отсчитывать от крайнего заднего положения ползуна. Графики перемещения и выстоя исполнительных механизмов ХВА будут масштабированы только по оси z, поскольку для данной диаграммы важны не абсолютные значения перемещений механизмов, а значения углов z, при которых они происходят.

После завершения предыдущего цикла работы ползун на участке z = 180 - 360 ⁰ отходит в крайнее заднее положение (КЗП).

Когда пуансон отойдет от матрицы на расстояние, равное не менее длины высаженной заклепки, последнюю можно выталкивать из матрицы. В данном случае механизм выталкивания начинает работать значительно позже и выталкивает заклепку при углах поворота маховика z = 300 - 360 ⁰, т.е. при расстоянии между пуансоном и матрицей, заведомо большем, чем длина заклепки. Это объясняется большим люфтом в механизме выталкивания, который приводит к запаздыванию выполнения команды на выталкивание. Однако наличие люфта не влияет на выполнение условий для безопасной работы автомата.

При угле поворота маховика z = 270 ⁰ начинается подача проволоки в автомат вращающимися роликами, которая продолжается и при движении ползуна от КЗП в сторону матрицы (крайнее переднее положение - КПП). Таким образом, работа механизма подачи проволоки происходит при повороте маховика на угол z = 270 - 360 ⁰ и 0 - 20 ⁰ (Σz = 110 ⁰). Подача проволоки прекращается при касании ее торцевой поверхности регулируемого упора.

Рисунок 6.1 - Циклограмма работы ХВА А111А для высадки заклепки из заготовки длиной 30 мм и высотой головки 3 мм

При угле z = 60 - 100 ⁰ нож движется вперед, отрезает заготовку, перемещая ее на линию высадки к штамповочной матрице. В интервале z = 100 - 170 ⁰ нож стоит у штамповочной матрицы, а пуансон продолжает движение в ее сторону и вталкивает заготовку в матрицу. Вталкивание заготовки начинается при угле поворота маховика z = 120 ⁰.

В принципе, как только цилиндрическая часть заготовки затолкнется пуансоном в матрицу на глубину, равную сумме высоты головки и диаметра заготовки, нож должен отойти от матрицы, чтобы не помешать пуансону произвести высадку. Вторым условием начала отхода ножа от матрицы является расстояние пуансона от матрицы, которое должно быть равным, а лучше - чуть больше, чем размер ножа в направлении линии высадки. При таких условиях заготовка не потеряет устойчивость, а пуансон не столкнется с ножом при высадке головки заклепки. Для рассматриваемого техпроцесса высадки отход ножа от матрицы и начало высадки головки пуансоном начинаются при угле z = 170 ⁰.

При угле z = 172 - 180 ⁰ происходит высадка пуансоном головки заклепки в штамповочной матрице. В этот период ролики подачи и выталкиватель неподвижны. Одновременно нож начинает отход назад на линию подачи, заканчивая движение при z = 210°, т.е. тогда, когда пуансон уже начал отход от матрицы в исходное КЗП.

В диапазоне углов z = 210 - 360 и 0 - 60 ⁰ нож стоит у отрезной матрицы.

В интервале z = 270 - 360 и 0 - 20 ⁰ работает механизм подачи, подавая пруток или проволоку к отрезной матрице. При углах поворота кривошипа z = 300-360⁰ включается механизм выталкивания, и высаженная заклепка выталкивается из матрицы. Т.е. цикл высадки заклепки повторяется.

Поскольку совмещать операции выталкивания заклепки и отрезки заготовки нецелесообразно из-за возрастания общей силы деформирования, которая может превысить 0,63 МН, операцию отрезки сместили относительно операции выталкивания (отрезка начинается при угле z = 60 ⁰). В связи с этим, подача проволоки в автомат должна была заканчиваться при z > 360 ⁰. В нашем случае окончание подачи проволоки происходит при угле поворота маховика z = 20 ⁰.

6.3 Анализ циклограммы работы автомата А111А

Построенная цикловая диаграмма работы ХВА А111А при высадке заклепки Ø10хØ5х26 мм показывает, что угол предварения y между концом операции подачи проволоки к отрезной матрице (до контакта с упором) и началом хода отрезного ножа составляет y = 60 - 20 = 40 ⁰. Угол предварения х между завершением хода ножа назад к отрезной матрицей и началом подачи проволоки к отрезной матрице составляет х = 270 - 210 = 60 ⁰. Кроме этого, угол предварения w между остановкой ножа при его ходе вперед и началом заталкивания заготовки пуансоном в штамповочную матрицу составляет w = 120 - 100 = 20 ⁰.

В соответствии с рекомендациями авторов [5] углы предварения при автоматизированной штамповке деталей на прессах автоматах должны находиться в диапазоне 8 - 16 ⁰. Следовательно, углы предварения 20 - 60 ⁰ в нашем случае следует считать приемлемыми, тем более, что высадка заклепки происходит в режиме одиночных ходов, что предполагает значения углов предварения даже ниже, чем рекомендуемые [5].

Вид циклограммы будет изменен, если надо высаживать детали больших или меньших габаритных размеров и размеров высаживаемой части.

6.3.1 Высадка короткой заготовки в полость матрицы

Для ХВА А111А самая короткая заготовка имеет длину 17 мм. Экспериментально установлено, что при установке регулируемого упора на расстоянии 17 мм от отрезной матрицы проволока упрется в него при повороте пары роликов на угол 10±2 ⁰, а маховика - на угол 100±5 ⁰.

Высота головки остается неизменной (3 мм), поэтому высадка головки будет при угле z = 172 ⁰, а отход ножа в исходное положение начнется при z = 170 ⁰ и закончится при z = 210 ⁰.

Заталкивание короткой заготовки пуансоном в матрицу начнется при большем угле поворота маховика: z = 145 ⁰. К этому времени нож должен отрезать заготовку и подать ее на линию высадки. Это станет возможным, если отрезка заготовки начнется при z = 85 ⁰ и нож станет на линии высадки при z = 125 ⁰. При этом угол предварения составляет 20 ^0,Выталкиватель должен совершить меньший рабочий ход для выталкивания короткой детали, т.е. его движение будет в меньшем диапазоне углов z: 300 ⁰ ≤ z ≤ 340 ⁰.

В интервале z = 270 - 360 и 0 - 10 ⁰ должен работать механизм подачи, подавая пруток или проволоку к отрезной матрице. При углах поворота кривошипа z = 300 - 340 ⁰ включается механизм выталкивания, и высаженная заклепка выталкивается из матрицы. Т.е. цикл высадки заклепки повторяется.

На рис. 6.2 представлена цикловая диаграмма для высадки короткой заготовки.

Рисунок 6.2 - Циклограмма работы ХВА А111А для высадки заклепки из заготовки длиной 17 мм и высотой головки 3 мм

6.3.2 Высадка длинной заготовки в полость матрицы

Самая длинная заготовка, которую можно высаживать на ХВА А111А, имеет длину 50 мм. Экспериментами определили, что при установке регулируемого упора на расстоянии 50 мм от отрезной матрицы проволока упрется в него при повороте пары роликов на угол 30±2 ⁰, а маховика - на угол 160±5 ⁰.

Размеры головки остаются неизменными (Ø10х3 мм), поэтому высадка головки будет при угле z = 172 ⁰, а отход ножа в исходное положение начнется при z = 170 ⁰ и закончится при z = 210 ⁰.

Заталкивание длинной заготовки пуансоном в матрицу начнется при меньшем угле поворота маховика: z = 80 ⁰. К этому времени нож должен отрезать заготовку и подать ее на линию высадки. Это станет возможным, если отрезка заготовки начнется при z = 30 ⁰ и нож станет на линии высадки при z = 70 ⁰. При этом угол предварения составляет 10 ^0,Выталкиватель должен совершить наибольший среди рассматриваемых случаев рабочий ход для выталкивания длинной детали, т.е. его движение будет в большем диапазоне углов z: 280 ⁰ ≤ z ≤ 360 ⁰.

В интервале z = 220 - 360 и 0 - 20 ⁰ (Σz = 160 ⁰) должен работать механизм подачи, подавая проволоку к отрезной матрице. При углах поворота кривошипа z = 280 - 360 ⁰ включается механизм выталкивания, и высаженная заклепка выталкивается из матрицы. Поскольку заклепка имеет наибольшую длину, то ход выталкивателя также будет наибольшим, следовательно, цикл выталкивания начнется несколько раньше при z = 280 ⁰. Т.е. цикл высадки заклепки повторяется.

На рис. 6.3 представлена цикловая диаграмма для высадки длинной заготовки.

Рисунок 6.3 - Циклограмма работы ХВА А111А для высадки заклепки из заготовки длиной 50 мм и высотой головки 3 мм

6.3.3 Штамповка детали с малым объемом высаженной части в полость матрицы

Если, к примеру, потайная головка будет иметь уменьшенные размеры (Ø8х1,5 мм), это обусловит уменьшение длины высаживаемой части заготовки с 7 до 4 мм и ход пуансона при высадке 4 - 1,5 = 2,5 мм (z = 5 ⁰).

Высадка деформируемой части заготовки пуансоном начнется при угле поворота маховика z = 180 - 5 =175 ⁰.

Отрезной нож начнет отход с позиции высадки также, как и при базовом варианте циклограммы, т.е. при угле z =170 ⁰ и закончит при z = 210 ⁰.

Подача проволоки начнется при угле z =270 ⁰ и закончится при z = 360 ⁰, так как заготовка имеет длину 27.5 мм (а не 30 мм как в базовом варианте) и для ее подачи в ХВА достаточно поворота угла на 360 - 270 = 90 ⁰.

Выталкивание заклепки такой же длины, как в базовом варианте (26 мм) будет происходить в том же диапазоне углов z = 300 - 360 ⁰.

Заталкивание заготовки длиной 27,5 мм пуансоном в матрицу начнется при угле поворота маховика: z = 125 ⁰. В интервале углов 0 (360 ⁰) и 125 ⁰, т.е. между окончанием подачи проволоки и началом вталкивания заготовки в матрицу настраиваем работу ножа. В частности, отрезка заготовки начнется при z = 40 ⁰ и нож станет на линии высадки при z = 80 ⁰. При этом углы предварения составят y = 40 ⁰, w = 45 ⁰.

На рис. 6.4 представлена цикловая диаграмма для высадки детали с малым объемом высаженной части.

6.3.4 Штамповка детали с большим объемом высаженной части в полость матрицы

Отношение высоты высаживаемой части к диаметру стержня заготовки не должно превышать 2,5. Если оставить диаметр исходной заготовки 5 мм, то при размерах головки Ø12х4,5 мм высота высаживаемой части заготовки будет равна 12,5 мм, а отношение высоты к диаметру - 2,5. Длина исходной заготовки при этом составит 26 - 4,5 + 12,5 = 34 мм.

Рисунок 6.4 - Циклограмма работы ХВА А111А для высадки заклепки из заготовки длиной 27,5 мм и размерами головки Ø8х1,5 мм

Высадка деформируемой части заготовки пуансоном начнется при угле поворота маховика z =180 - 16 = 164 ⁰, поскольку высаживать надо будет не 4 мм высоты заготовки, как в базовом варианте, а 34 - 26 = 8 мм, что соответствует углу поворота маховика z =16 ⁰.

Отрезной нож начнет отход с позиции высадки раньше, чем в базовом варианте (z = 170 ⁰), а именно: при угле z = 155 ⁰ и закончит при z = 195 ⁰. Угол предварения - 164 - 155 = 9 ⁰.

Подача проволоки начнется при угле z = 270 ⁰. Для подачи проволоки на длину 34 мм понадобится поворот маховика на 110 ⁰, следовательно, закончится подача при z = 270 + 110 = 360 + 20 = 20 ⁰.

Выталкивание заклепки будет происходить так же, как и в базовом варианте, т.е. в диапазоне углов z = 300 - 360 ⁰.

Заталкивание заготовки длиной 34 мм пуансоном в матрицу начнется несколько раньше, чем в базовом варианте, т.е. при угле поворота маховика z = 110 ⁰. В интервале углов 20 ⁰ (окончание подачи проволоки) и 110 ^{0 (}начало заталкивания заготовки в матрицу) настраиваем работу ножа. Отрезка заготовки начнется при z = 40 ⁰ и нож станет на линии высадки при z = 80 ⁰. При этом углы предварения составят y = 30 ⁰, w = 30 ⁰.

На рис. 6.5 представлена цикловая диаграмма для высадки детали с предельно допустимым для высадки за один удар объемом высаженной части заготовки.

Рисунок 6.5 - Циклограмма работы ХВА А111А для высадки заклепки из заготовки длиной 34 мм и размерами головки Ø12х4,5 мм

6.3.5 Высадка заготовки в полость пуансона

Цикловую диаграмму работы ХВА А111А при высадке заготовки в полость пуансона будем рассматривать на примере изготовления детали "заклепка 5х26 ГОСТ 10301-80" со сферической головкой. Технология такой заклепки разработана в главе 5, параграф 5.2 Отличие технологий "заклепки 5х26,00 ГОСТ 10300-80" с конусной головкой и "заклепки 5х26 ГОСТ 10301-80" со сферической головкой состоит в том, что сферическую поверхность головки следует оформлять в полости пуансона, а не матрицы.

При длине заклепки со сферической головкой 26 мм, диаметре стержня 5 мм и высоте головки 3 мм (как в базовом варианте для заклепки с конусной головкой) диаметр сферы головки равен 14 мм, следовательно, общая длина заготовки будет равна 34 мм, а высадка будет происходить с уменьшением выступаемой из матрицы высоты заготовки на 11 - 3 = 8 мм.

Начнется высадка на расстоянии 11 мм от плоскости разъема матрицы, т. е при угле поворота маховика z = 164 ⁰, который определяется величиной абсолютной деформации заготовки по высоте, т.е.8 мм. Однако в сравнении с высадкой в полость матрицы отрезной нож надо отвести с позиции высадки раньше, так как торец заготовки упирается в дно полости пуансона, а плоскость разъема пуансона, соответственно, ближе к матрице на расстояние, равное высоте высаживаемой головки, т.е.3 мм.

Исходя из этого, отрезной нож должен начать свое движение от линии высадки примерно на 5 ⁰ раньше, чем в случае, рассмотренном в параграфе 6.3.4, в котором высадка также начинается при z =164 ⁰. Таким образом, нож начинает отход от линии высадки при z =150 ⁰ и заканчивает при z =190 ⁰. Угол предварения при этом нужен несколько большим: 164 - 150 = 14 ⁰.

Подача проволоки начнется при угле z = 270 ⁰. Для подачи проволоки на длину 34 мм понадобится поворот маховика на 110 ⁰, следовательно, закончится подача при z = 20 ⁰.

Выталкивание заклепки будет происходить на длине 26 - 3 = 23 мм, поэтому в несколько меньшем диапазоне углов, чем в базовом варианте, т.е. z = 305 - 360 ⁰.

Заталкивание заготовки длиной 34 мм пуансоном в матрицу начнется несколько позже, чем в варианте, рассмотренном в п.6.3.4 (там длина заготовки также равна 34 мм), так как пуансон пройдет в сторону матрицы расстояние, на 3 мм больше, прежде чем дно его полости коснется торца заготовки и начнет заталкивать последнюю в матрицу. Т.е. для рассматриваемого случая заталкивание начнется при угле поворота маховика z = 120 ^{0 (}а не z = 110 ⁰). В интервале углов 20 ⁰ (окончание подачи проволоки) и 120 ^{0 (}начало заталкивания заготовки в матрицу) настраиваем работу ножа. Отрезка заготовки начнется при z = 50 ⁰ и нож станет на линии высадки при z = 90 ⁰. При этом углы предварения составят y = 30 ⁰, w = 30 ⁰.

На рис.6.6 представлена цикловая диаграмма для высадки детали заклепка со сферической головкой в полость пуансона.

Таким образом, кинематические режимы работы основных подвижных узлов ХВА А111А зависят от следующих факторов:

·        длины заготовки и ее высаживаемой части заготовки;

·        формы и соотношения размеров детали;

·        скоростей перемещения ползуна, ножа, выталкивателя и роликов;

·        требуемых углов предварения при последовательном включении и выключении подвижных узлов в течение одного цикла.

Кроме того, при использовании длинных заготовок возможен случай, когда работа автомата может быть только при углах предварения, меньших 8 ⁰, что не гарантирует устойчивой и безопасной работы автомата.

Рисунок 6.6 - Циклограмма работы ХВА А111А для высадки заклепки со сферической головкой в полость пуансона из заготовки длиной 34 мм и размерами головки Ø14х3мм

Список источников

1. Кухарь В.В. Технология холодной объемной штамповки: Конспект лекций / В.В. Кухарь, А.С. Рыженина. - Мариуполь: ПГТУ, 2009. - 121 с.

. Машиностроение. Энциклопедия в 40 т. Раздел 3. Технология производства машин. Т 3-2. Технология заготовительных производств / М.: Машиностроение, 1996. - 736 с.

3. Навроцкий Г.А. Высадочные и обрезные пресс-автоматы / Г.А. Навроцкий. - М.: Машгиз, 1949. - 254 с.

. Навроцкий Г.А. Кузнечно-штамповочные автоматы / Г.А. Навроцкий. - М.: Машиностроение, 1965. - 424 с.

5. Норицын И.А. Автоматизация и механизация технологических процессов ковки и штамповки / И.А. Норицын, В.П. Власов. - М.: Машиностроение, 1967. - 314 с.