UNIVERZITET U BIHAĆU TEHNIĈKI FAKULTET BIHAĆ POSTDIPLOMSKI POSTDIPLOMSKI STUDIJ Odsjek: MAŠINSKI
KONSTRUKCIJA ALATA ZA PROBIJANJE I PROSJECANJE
Predmet: Konstrukcija alata
Profesor-mentor:
Kandidat:
doc.dr. Mehmed Mahmić
Mirza Hadžalić
2013 Bihać, juni 2013
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
ZADATAK :
Proračunati i konstruisati alat za izradu predmeta prikazanog na slici za sljedeće podatke:
Veličina serije: N=200.000 kom.
Materijal lima: Al 99.5 Debljina lima: s=1,2 [mm]
Izradna tolerancija predmeta je IT 10 na osnovu koje je potrebno odrediti toleranciju izrade alata.
Slika 1. Radni komad
1
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
1) Analiza iskorištenja lima
Jednoredni raspored
Slika 2. Jednoredni raspored
Izlazna širina trake za jednoredni raspored reznih elemenata prema sl.2 B1=L+2b
Ulazna širina trake za isti raspored se uvećava za veličinu zasjecanja graničnog noža: B=L+2b+
c
2
=B1+
c
2
Prema tabeli 2.2. (Konstrukcija alata i pribora autor: Himzo Đukić) usv. za zadanu debljinu lima b=1,6 [mm] b1=2,1 [mm]
Pošto se zadani materijal Al 99.5 razlikuje od materijala za kojeg su dati podaci u tabeli 2.2. usvajane veličine se koriguju prema vrijednostima koeficijenta koji je dat na strani 2.20. b= 1,3 * 1,6=2,56 [mm] b1= 1,3 * 2,1=2,73 [mm] U s v a j a m : b= 2,6 [mm]
b1= 2,7 [mm]
Posmak (korak) trake odnosno dužina graničnog noža iznosi: X= L1+b1 X= 90+2,7= 92,7 [mm] 2
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Širinu graničnog noža određujemo iz tabele 5.1. str. 5.5. za X=92,7 [mm] imamo da je: c= 14 [mm] Na osnovu dobijenih podataka imamo da je: B1= L+2b= 44+2*2,6= 49,2 [mm] B= L+2b+(C/2)= 44+2*2,6+(14/2)=56,2 [mm]
Površina radnog komada (A):
A6
A5
A1
A4
A2
A3
Slika 3. Prikaz površina
A A1 A2 A10 A7 A8 A9 A 5 A 6 A 3 A 3088,915 mm2
Početni oblik materijala su table limova dimenzija 1000 x 2000 (mm) iz kojih se odsijecaju trake dimenzija BxLt = Bx1000 (Tab.2.1. obrada metala
plastičnom deformacijom Binko Musafija ). Predpostavlja se da se pri odsijecanju na makazama gubi 3% materijala.
Ako sa ''Z'' označimo broj komada u jednoj traci tada je potreban broj traka za izradu N=200000 kom.
Y=
3
1,03 N Z
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
Z=
Lt x
=
1000 92,7
= 10,787
Usv. prvi manji cijeli broj Z=10
Y
=
1,03 N Z
=
1,03 200000 10
Y = 20600 traka
Procentualna vrijednost odpadka se računa po sljedećem izrazu:
1 =
Y1 B Lt N A Y B Lt
100%
N- broj komada u seriji A- površina jednog radnog komada Y- broj traka lima potrebnih za izradu serije od N komada B- ulazna širina trake Lt - dužina trake
1
20600 56,2 1000 - 200000 3088,9 100% 20600 56,2 1000
1 = 46,63 %
4
2013
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Dvoredni raspored
Slika 4. Dvoredni raspored - I varijanta
Izlazna širina trake prema sl.4 iznosi: B1 = L1 + 2b + b1 = 90+2,7+2,6*2 B1 = 97,9 [mm]
Ulazna širina trake iznosi: B = B1 +
C 2
= 97,9 +
14 2
B = 104,9 [mm]
Posmak (korak) trake odnosno dužina graničnog noža i znosi: X = L1 + 2*b1 = 44+2,7*2 X = 49,4 [mm] Trake dimenzija B x Lt = B x 1000 (mm) se odsijecaju iz početne table 1000 x
2000 (mm) pri čemu se pretpostavlja da se pri odsijecanju na makazama gubi 3 % materijala. Broj komada koji se dobije iz jedne trake:
5
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
Lt 1000 Z = 2 2 = 20,24 X 49,4 Usv. prvi manji cijeli paran broj Z=20
y=
1,03 N 1,03 200000 10300 - traka Z 20
Procentualna vrijednost otpadka iznosi:
2 =
y B Lt N A 100 % y B L t
2 = 42,82 %
6
2013
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
2) Određivanje rasporeda reznih elemenata i dim enzionis anje rezne
ploče
Iz konstrukcijskih razloga usvajam d v o r e d n i r a s p o r e d
Slika 6. Raspored reznih elemenata
Za limove debljine do 6 (mm) i otvore do 300 (mm) visinu rezne ploče možemo odrediti po obrascu: H = ( 10 + 5 s 0,7 a b ) c S - debljina lima a,b - dimenzije najvećeg otvora c - koeficient koji zavisi od čvrstoće lima, bira se prema tabeli (str.2.28,
Konstrukcija alata i pribora Himzo Đ. )
Visinu rezne ploče možemo odrediti i prema tabeli 2.9 strana 2.29 za [b = 50 –100 (mm) i s = 1 – 3 (mm)] H = ( 0,22 – 0,35 )b H = ( 0,22 – 0,35) 90 H = 19,8 – 31,5 [mm] 7
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Usvajamo standardnu vrijednost visine, prvi veći stabdardni broj (str.2.29) H = 32 [mm] -
Širina rezne ploče B = b + e4 + e6 = (90+2,7+45)+64+64 = 265,7 [mm]
e4 = e6 = 2 H = 2*32= 64 [mm] B = 2 66 [ m m ] – Usvojena vrijednost iz konstrukcionih razloga -
Dužina rezne ploče
e1 i e2 određujemo prema odabranim vijcima i cilindričnim kočićima iz tabele 3.9 strana 3.10 za max. dimenziju matrice od 1 25 – 160 (mm) te za silu manju od 500 (KN) biramo: Vrijednosti
-
vijak M10
-
cilindrični kočić 8
Iz tabele 3.10 strana 3.13 za max. dimenzije matrice 125 – 160 te za vijak M10 i cilindrični kočić 8 biramo vrijednosti e1 i e2. e1 = 12 (mm) e2 = 20 (mm)
Prema tabeli 2.8 strana 2.28 određujemo preostala najmanja rastojanja između otvora: e3 =0,6*d 0 =0,6 *10=6 [mm] e5 =0,8*d 0 =0,8 *10=8 [mm] e7 =1,2*d 0 =1,2 *10=12 [mm] e8 =1,5*s = 1,5 *1.2=1,8 [mm]
Uzimajući u obzir najmanja rastojanja između otvora, dužina rezne ploče iznosi . A = 270,9 [mm] B = 2 71 [ m m ] – Usvojena vrijednost iz konstrukcionih razloga
8
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
3) Određivanje sile prosijecanja i probijanja, ukupna sila
Sila potrebna za probijanje otvora Ф10 [mm]
F1 O s m s debljina lima
m 60 70 N mm2 čvrstoća za smicanje za Al 99.5 F1 d s m F1 2449,2 N
Sila pot rebna za pro bijanje otvor a
F2 O s m F2 4188,6 N
9
2013
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Sila potrebna za pro sijecanje
F3 O s m 227,345 1,2 65 F3 17732,91N
Sila zasijecanja graničnog noža
7
91,9
FZ X
c
s m 49,4 7 1,2 65
2
FZ 4399,2 N
Ukupna sila sastoji se od sile potrebne za probijanje, sile potrebne za
prosijecanje i sile na graničnom nožu. F = 2*F 1 + 2*F 2 +2* F 3 +F Z F = 53140,62 [N] Silu mjerodavnu za izbor prese dobijemo ak o ukupnu silu povećamo za 30 % F M = 1,3 * F F = 69082,86 [N] M
10
70 [kN]
Konstrukcija alata
4)
MASTER STUDIJ
2013
Proračun probojaca i prosjekača
Probojci i prosijekači se provjeravaju na izvijanje i pritisak. Tanki probojci se provjeravaju na izvijanje. a) Prov jera na izvijanje pro bojc a za 10 (mm )
Izjednačavanjem kritične sile izvijanja po Euler -ovom kriteriju sa već određenom silom probijanja dolazimo do izraza za maksimalnu dužinu probojca uzimajući u obzir da je alat izveden sa vodećom pločom. F kr
2 2 E I min. L2
Gdje je: E=215*10 3 [N/mm2 ] – modul elastičnosti za alatni čelik I min – najmanji moment inercije poprečnog presjeka probojca L – slobodna dužina probojca
Za probijanje otvora potrebna je sila probijanja F 1 =2445,2 [N] => F k r =F 1 Moment inercije:
Imin .
d 4
Lmax .
Imin 490,625 mm4 64 2 2 E I min. F1
2 2 215 10 3 490,625 2449,2
Lmax . 520,06 mm
Usvajam ukupnu dužinu probojca prema preporukama 65 mm (T. 3.2, str. 3.5), pri čemu radni dio 16 mm prema izračunatoj kritičnoj dužini. b) Provjera na pritisak probojca opterećenog silom F 2
11
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
A2 20 * 9 A8 A2 337 mm p2 p2
F 2 A2
pdoz
4188,6 12,429 pdoz zadovoljava 337
c) Provjera prosjekač a na pritisak A2 A1 A2 A10 A7 A6 A5
A2 3484,415 mm2 p3
F 3 A31
pdoz
p2
17732,91 5,089 pdoz zadovoljava 3484,415
5)
Proračun rezne ploče
Rezna ploča se provjerava na mjestu najvećeg otvora na reznoj ploči odnosno u zoni kritičnog presjeka (str.2.41) Napon savijanja u reznoj ploči mora biti manji od dozvoljenog napona na savijanje. F L s = 0,75 sdoz (B b) H 2 H [mm] – visina rezne ploče F [N] – sila probijanja / prosijecanja L [mm] – raspon oslonca ispod rezne ploče B [mm] – dužina rezne ploče b [mm] – dužina otvora rezne ploče sdoz = 500 [N/ mm2 ] – slici 2.22, str 2.41
dozvoljeni napon na savijanje za alatne čelike prema
Da bi mogli odrediti napon savijanja u reznoj ploči potrebno je prije toga usvojiti oblik rezne ploče. 12
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Prema preporukama u tabeli 2.10 strana 2.30 usvajamo oblik presjeka rezne ploče – TIP A matrice.
Za već određenu visinu rezne ploče i zadanu debljinu lima imamo:
+
°
0 9
h H
(H-h)sin ~1,26
H=32 [mm] h=7 [mm] =4 =20' s=0,75
F4 L (B b) H 2
= 93,496 (mm) usvajamo L = 94 [mm] L = 90 + 2 x
17732,91* 94 s=0,75 (266 90) 32 2 2
2
s=6,899 (N/ mm ) sdoz =500 (N/ mm ) uslov zadovoljen
6)
Proračun međuploče
Kod većeg broja alata između probojaca / prosjekača i gornje ploče kućišta postavlja se međuploča koja služi za ravnomjerno prenošenje pritiska sa glava probojaca / prosjekača na gornju ploču kućišta. Kriterij za ugradnju među ploče je dozvoljeni pritisak između probojaca / prosjekača i gornje ploče ili ako alat ima veći broj probojaca odnosno ako se radi o većim serijama izrade radnog komada.
13
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
Pritisak se određuje po obrascu F=
P A
2013
2
P doz =250 [N/ mm ]
F – sila probijanja/prosjecanja A – površina poprečnog presjeka probojca/prosjekača P doz – dozvoljeni specifični pritisak
Pritisak na probojcu je već određen u tačci 4.
p
17732,91 N 5,089 N 2 < pdoz 250 2 mm mm 3484,415
I ako je pritisak manji od dozvoljenog usvajam međuploču jer ima veći broj alata i radnih komada.
7)
Određivanje težišta alata
Težište svih sila na alatu određuje se s ciljem definisanja položaja cilindričnog rukavca. Postavljanjem cilindričnog rukavca u težište svih sila izbjegavamo dodatno opterećenje alata na savijanje i izvijanje i tako povećavamo vijek trajanja alata. Položaj težišta svih sila može se odrediti grafički i analitički. Analitički se određuje prema izrazima: n
n
F X i
i 1
X c =
Fi y i
i
n
F
;
Y c =
i 1 n
F i
i
i 1
i 1
F i – sila probijanja/prosjecanja pojedinog elementa X i – rastojanje od y-ose Y i – rastojanje od x-ose
Kako sila probijanja/prosjecanja zavisi od materijala, dužine i debljine rezne ivice gornji izrazi se mogu svesti na oblik: n
n
Li X i X c =
i 1 n
Li y i ;
i 1 n
Li
Li
i 1
i 1
Li – dužina rezne ivice pojedinog elementa
14
Y c =
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
Y
X4
4 Y X
91.9
7
2
X 4
L X i
i
i 1 2
49,4 * 24,7 7 * 49,4 49,4 7
L
i
i 1
X 4 27,76 mm 2
Y 4
L Y i
i
i 1 2
49,4 0 7 ( 3,5 )
L
49 ,4 7
i
i 1
Y4 0,434 mm
5
3
2
1,5
4
15
2013
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
X1 198,3 mm X 2 193,236 mm X 3 171,5 mm X 4 176,564 mm X 5 117,014 mm X 6 55,086 mm X Z 208,3 mm Y1 76,15 mm Y2 181,85 mm Y3 189,85 mm Y4 84,15 mm Y5 159,239 mm Y6 109,761 mm YZ 54,45 mm
n
Fi X i X c
i 1 n
F i i 1
X c 120,85 mm n
Fi Y i Y c
i 1 n
F i i 1
Yc 126,49 mm
8)
Tolerancije i zrade alata
Tolerantno polje alata za probijanje/prosjecanje je manje za t ri od tolerantnog
polja radnog predmeta. Spoj rezna ploča – probojac/prosjekač: Re zna ploča probojac / prosjekač 16
=
H7 H8 H9 ; ; h6 h7 h8
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Kod probijanja – probojac je jednak nazivnoj mjeri otvora a kod prosjecanja
rezna ploča ( otvor ) je jednaka nazivnoj mjeri radnog predmeta koji se treba prosjeći.
a)prosjecanje
Probijanje
d s = d + t d m = d s + z = d + t + z d s – nazivna mjera probojca t – tolerancija probijanog otvora d – dimenzija probijanog otvora z – zazor
Za maksimalni broj oštrenja : d smin=d s-t s t s – izradna tolerancija probojca
17
Prosijecanje
b)probijanje
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
d M = D – t d S = d M – z = D – t –z d M – nazivna mjera rezne ploče d S – prečnik prosjekača t M – izradna tolerancija rezne ploče
Za maksimalni broj oštrenja : d Mmax = d M + t M
Materijal obradka (trake) je Al 99.5, debljine s=1,2 (mm), zazor iznosi z=0,12 (mm) prema tabeli 2.17 strana 2.53. Kvalitet izrade alata je IT 7 ( 10-3=7 ) odnosno
Re zna ploča H7 h6 probojac / prosijekač
Probojac za probijanje otvora
1 0 [mm]
Prečnik probojca D= 10 [mm] , za područje mjera od 6 – 10 i kvalitet izrade IT10 izradna tolerancija iznosi: Δ = 0,058 [mm]
Najveći prečnik otvora pri probijanju je: d max = d + Δ = 10 + 0,058 =10,058 [mm]
Prečnik probojca jednak je max. prečniku otvora: d s = d max = 10,058 [mm]
Tolerancija izrade probojca t s = 0,009 [mm] za tolerancijsko polje h6 u području od 6 – 10 (mm)
Najmanji prečnik probojca d smin = d s – t s = 10,058 – 0,009 = 10,049 [mm]
Prečnik otvora na reznoj ploči: d m = d s + z = 10,058 +0,05 = 10,108 [mm]
18
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Tolerancija prečnika otvora na reznoj ploči iznosi t m = 0,015 [mm] – za H7 u području od 6 – 10 [mm]
Najveći prečnik otvora na reznoj ploči je: d mmax = d m + t m = 10,108 + 0,015 = 10,123 [mm]
Prob ojac za pro bijanje otvor a 20x19
Pošto je u pitanju kvalitet izrade predmeta IT10 za područje 18 –30 izradna tolerancija iznosi Δ=0,084.
Najveća mjera širina otvora pri probijanju je: Bmax.= B + Δ= 20+0,084=20,084 [mm]
Širina probojca jednaka je max. širini otvora: bs= Bmax.= 20,084 [mm] Tolerancija izrade probojca je t s= 0,013 za h6 u području 18-30 [mm].
Najmanja mjera širine probojca:
bsmin= bs + t s = 20,084-0,013=20,071 [mm]
Širina otvora na reznoj ploči:
bm = bs + z = 20,084+0,12=20,204 [mm]
Tolerancija širine otvora na reznoj ploči je t m = 0,021 [mm] za H7 u području 18-30 [mm] Najveća mjera širine otvora u reznoj ploči je: bm max. = bm + t m = 20,204+0,021=20,225 [mm]
Dužina probojca L= 1 9 [ m m ] Pošto je u pitanju kvalitet izrade predmeta IT 10 za područje 18-30 izradna tolerancija iznosi Δ=0,0 84.
Najveća dužina otvora pri probijanju je: Lmax.= L + Δ= 19+0,084=19,084 [mm]
Dužina probojca jednaka je max. dužini otvora: l s= Lmax.= 19,084 [mm]
Tolerancija izrade probojca je t s= -0,013 za h6 u području 18-30 [mm]
Najmanja mjera dužine probojca: l smin= l s - t s = 19,084-0,013=19-071 [mm]
19
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Dužina otvora na reznoj ploči:
l m = l s + z = 19,084+0,12=19,204 [mm]
Tolerancija dužine otvora na reznoj ploči je t m = 0,021 [mm] za H7 u području 18-30 [mm] Najveća mjera dužine otvora u reznoj ploči je: l m max. = l m + t m = 19,204+0,021=19,225 [mm]
Prosjekač za prosijecanje otvora 90 x 4 4 [ m m ]
Širina prosjekača B = 90 [mm] Pošto je u pitanju kvalitet obrade IT10 za područje od 80 – 120 [mm] izradna tolerancija iznosi: Δ = 0,140 [mm]
Najmanja mjera širine otvora : Bmin = B – Δ = 90 – 0,14 = 89,86 [mm]
Širina prosijekača jednaka je minimalnoj širini otvora: Bs = Bmin = 89,86 [mm]
Tolerancija izrade prosjekača t s = 0,022 [mm] za tolerancijsko polje h6 u području od 80 – 120 [mm] Najveća širina prosjekača Bsmax = Bs + t s = 89,86 + 0,022 = 89,882 [mm]
Širina otvora na reznoj ploči : Bm = Bs + z = 89,86 +0,12= 89,98 [mm]
Tolerancija širine otvora na reznoj ploči iznosi:T m = 0,035 [mm] za tolerancijsko polje H7 i područje mjera od 80 – 120 [mm] Najmanja širina otvora na reznoj ploči je : Bmmin = Bm + T m = 89,98 – 0,035 = 89,945 [mm]
Dužina prosijekača L = 4 4 [ m m ] Za kvalitet IT10 i područje od 30-50 [mm] izradna tolerancija iznosi: Δ = 0,100 [mm]
Najmanja mjera dužine otvora: Lmin = L – Δ = 44-0,100=43,900 [mm]
Dužina prosjekača jednaka minimalnoj dužini otvora: Ls = Lmin = 43,900 [mm]
20
Tolerancija izrade prosijekača:T s = 0,016 [mm] – za tolerancijsko polje h6 i područje mjera od 30-50 (mm)
Konstrukcija alata
MASTER STUDIJ
2013
Najveća dužina prosjekača: Lsmax = Ls + t s = 43,900+0,016=43,916 [mm]
Dužina otvora na reznoj ploči: Lm = Ls + z = 43,916+0,12=43,928 [mm]
21
Tolerancija visine otvora na reznoj ploči iznosi: t m = 0,025 [mm] – za tolerancijsko polje H7 i područje od 30-50 [mm] Najmanja dužina otvora na reznoj ploči je: Lmmin = Lm – t m =43,928-0,025=43,903 [mm]
