Przegląd pneumatycznej wykrawarki i modyfikacji narzędzia dziurkującego w celu zmniejszenia wymaganej siły wykrawania

STRESZCZENIE: - Praca projektowa dotyczy projektu sterowanej pneumatycznie małej wykrawarki do wykonywania operacji przebijania cienkich arkuszy (1-2 mm) z różnych materiałów (aluminium i tworzywo sztuczne). Głównym celem prac projektowych jest zmniejszenie wymaganej siły przebijania poprzez modyfikację konstrukcji narzędzia wykrawającego, tj. zapewnienie ścinania na powierzchni stempla. W dalszej kolejności powoduje to zmniejszenie wymaganej siły przebijania. Następnie na podstawie obliczeń dotyczących zapotrzebowania na siłę przebijania opracowywany jest model maszyny CATIA.

SŁOWA KLUCZOWE: -Siła przebijania, siła zdzierania, przebijak, ścinanie pojedyncze i podwójne, penetracja procentowa i cylinder pneumatyczny.

ⅠWprowadzenie

Pneumatyczna wykrawarka jest zawsze lepszym wyborem niż hydrauliczna wykrawarka do produkcji podobnych wyrobów, jeśli jest dostosowana do metody. Jest stosunkowo bardziej ekonomiczny w przypadku produkcji dużych ilości produktów, ponieważ wykorzystuje sprężone powietrze zamiast płynu hydraulicznego, który jest dość drogi. Pneumatyczna wykrawarka wykorzystuje sprężone powietrze do wytworzenia wysokiego ciśnienia, które ma zostać przyłożone do tłoka. Zawór elektromagnetyczny steruje kierunkowym przepływem powietrza do i z cylindra. Rury poliuretanowe służą do przenoszenia ciśnienia z cylindra pneumatycznego na zespół stempla. Powietrze pod wysokim ciśnieniem podawane do stempla naciska je na materiał, a gdy stempel opada na arkusz, nacisk wywierany przez stempel najpierw powoduje odkształcenie plastyczne arkusza. Ponieważ luz pomiędzy stemplem a matrycą jest bardzo mały, odkształcenie plastyczne ma miejsce lokalnie, a materiał arkusza przylegający do krawędzi tnących krawędzi stempla i matrycy ulega dużym naprężeniom, co powoduje początek pękania po obu stronach arkusza w miarę postępu deformacji.

Ⅱ Opis Maszyny

Pneumatyczna wykrawarka została opracowana przy użyciu różnych komponentów. Elementy to cylinder pneumatyczny, regulator ciśnienia, zawór elektromagnetyczny/kierunkowy, zawór kontroli przepływu, sprężarka, stół montażowy. Cylinder służy do ruchu w górę i w dół stempla, który wykonuje operację wykrawania w arkuszu aluminium/tworzywa sztucznego. Sprężarka dostarcza do cylindra sprężone powietrze, co powoduje ruch tłoczyska. W elementach automatyki pneumatycznej szeroko stosuje się materiały uszczelniające wykonane z mieszanek gumowych. Aby zapewnić wydajną i bezproblemową pracę tych uszczelek, należy je naoliwić lub nasmarować w celu zmniejszenia tarcia i korozji. Najbardziej efektywną i ekonomiczną metodą smarowania urządzeń napędzanych sprężonym powietrzem jest wtryskiwanie środka smarnego do sprężonego powietrza napędzającego to urządzenie. Zawór elektromagnetyczny/kierunkowy służy do sterowania kierunkiem powietrza.

Ⅲ Zasada działania

Sprężone powietrze ze sprężarki pod ciśnieniem od 8 do 12 bar przepuszczane jest rurą połączoną jednym wejściem z elektrozaworem. Zawór elektromagnetyczny jest uruchamiany za pomocą modułu sterującego rozrządu. Zawór elektromagnetyczny ma dwa wyjścia i jedno wejście. Powietrze wchodzące na wejście wychodzi przez dwa wyjścia, gdy uruchomiony jest sterownik rozrządu. Ze względu na wysokie ciśnienie powietrza na dnie tłoka, ciśnienie powietrza pod tłokiem jest większe niż ciśnienie nad tłokiem. Powoduje to przesunięcie tłoczyska w górę, co powoduje dalsze przesunięcie w górę ramienia wyciskowego, obracanego przez jednostkę sterującą. Ta działająca siła jest przekazywana na stempel, który również porusza się w dół. Stempel jest prowadzony przez prowadnicę stempla, która jest zamocowana tak, że stempel jest wyraźnie prowadzony do matrycy. Materiały znajdują się pomiędzy stemplem a matrycą. Gdy stempel opada w dół, materiał jest przycinany do wymaganego profilu stempla, a półfabrykat przesuwa się w dół przez szczelinę matrycy.

Ⅳ Procedura projektowa

⒈Wybór materiału: Aby przygotować dowolną część maszyny, należy odpowiednio dobrać rodzaj materiału, biorąc pod uwagę konstrukcję i bezpieczeństwo. O wyborze materiału do zastosowań inżynieryjnych decydują następujące czynniki:

⑴ Dostępność materiału

⑵ Przydatność materiału do zastosowania produktu.

⑶ Przydatność materiału do pożądanych warunków pracy,

⑷ Koszt materiałów.

Maszyna jest zasadniczo wykonana ze stali miękkiej. Powody wyboru to:

① Stal miękka jest łatwo dostępna na rynku,

② Jest ekonomiczny w użyciu,

③ Jest dostępny w standardowych rozmiarach,

④ Ma dobre właściwości mechaniczne, tj. ma dobrą zdolność maszynową.

⑤ Ma umiarkowany współczynnik bezpieczeństwa, ponieważ wysoki współczynnik bezpieczeństwa powoduje niepotrzebne marnowanie materiału i ciężką selekcję. Niski współczynnik bezpieczeństwa powoduje niepotrzebne ryzyko awarii,

⑥ Ma wysoką wytrzymałość na rozciąganie,

⑦ Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej.

Do materiałów, z których wykonane są wykrawane arkusze, zalicza się aluminium i tworzywa sztuczne, ponieważ w obecnym scenariuszu zastępują one wiele metali ze względu na ich wyjątkowe właściwości i cechy.

⒉ Obliczenia siły dla istniejącego projektu stempla:

Stosowane terminy i formuły:

• Siła cięcia: - Siła, która musi działać na materiał wyjściowy, aby przeciąć półfabrykat lub kawałek materiału.

• Siła odizolowania: - Siła powstająca w wyniku sprężynowania (lub sprężystości) wykrawanego materiału, który chwyta stempel.

• Siła skrawania = L xtx Tmax

• Siła odizolowania =10% -20% siły skrawania

• L= Długość wycinanego obwodu w mm

• t= Grubość blachy w mm

• Tmax= Wytrzymałość na ścinanie w N/mm2

• Wzór na obliczenie siły docisku jest następujący:

• Siła nacisku = siła cięcia + siła usuwania

Przykładowe obliczenia dla blachy aluminiowej

Oto przykładowe obliczenia umożliwiające obliczenie siły przebijania wymaganej dla różnej grubości blachy aluminiowej.

• Całkowita długość cięcia, L = 50 mm.

• Jeżeli grubość blachy, t = 1mm.

• Maksymalna wytrzymałość aluminium na rozciąganie, Tmax = 180 N/mm2

• Całkowita siła skrawania = L xtx Tmax

• Całkowita siła skrawania = 50 × 1 × 180

• Całkowita siła skrawania = 9000 N

• Siła odizolowania = 15% siły skrawania = 1350 N

• Siła nacisku = siła cięcia + siła odizolowania = 9000 N + 1350 N= 10350 N

Przykładowe obliczenia dla arkusza z tworzywa sztucznego

Oto przykładowe obliczenia umożliwiające obliczenie siły przebijania wymaganej dla różnych grubości arkusza tworzywa sztucznego.

• Całkowita długość cięcia L = 50 mm.

• Jeżeli grubość blachy, t = 1mm.

• Maksymalna wytrzymałość tworzywa sztucznego na rozciąganie, Tmax = 90 N/mm2

• Całkowita siła skrawania = 4500 N

• Siła ściągania = 675 N

• Siła docisku = siła cięcia + siła odizolowania = 4500 + 675 N= 5175 N

⒊Modyfikacja w projekcie stempla:

Ścinanie stempla: Jeśli czoło stempla jest prostopadłe do osi ruchu, cały obwód jest wycinany jednocześnie. Pochylając powierzchnię stempla pod kątem, co jest cechą znaną jako ścinanie, można znacznie zmniejszyć siłę skrawania. Obwód jest teraz wycięty w sposób progresywny, przypominający działanie nożyczek lub otwieranie puszki z napojem.

Fmax = Maksymalna siła potrzebna do przebicia blachy o grubości t w Newtonach (N)

K= Procent penetracji

t= Grubość blachy w mm

I= Wielkość ścinania nadana narzędziu (w t) w mm

i) Blacha aluminiowa

1) Dla I=t/5 i K=0,6

F=0,75Fmaks

2) Dla I=t/4 i K=0,6

F=0,705Fmaks

3) Dla I=t/3 i K=0,6

F=0,643Fmaks

4) Dla I=t/2 i K=0,6

F=0,545Fmaks

5) Dla I=t/1 i K=0,6

F=0,375Fmaks

⒋ Porównanie siły dla blachy aluminiowej i plastikowej:

• Dla aluminium siła przebicia (F) = 11643,75 N

• W przypadku tworzyw sztucznych siła przebijania (F) = 5796 N

• Ponieważ cylinder zostanie zaprojektowany na maksymalną siłę przebijania (w tym przypadku aluminium), grubość arkusza z tworzywa sztucznego może być dalej zmieniana.

• Dlatego też maksymalną grubość arkusza tworzywa sztucznego, który można wykrawać, oblicza się jako

Faluminium = 1,15 x (L x Tmax xt) tworzywo sztuczne

11643,75 = 1,15 x 50 x 90 xt

t = 2,25 mm

Maksymalna grubość arkusza tworzywa sztucznego, który można dziurkować = 2,25 mm

⒌ Projektowanie cylindra:

• Wymagana siła = 12000 N (zaokrąglenie 11643,75 do 12000 N)

• Ciśnienie robocze = 10 barów

• Aby znaleźć średnicę otworu cylindra, używamy następującego wzoru:-

• Według wzoru średnica otworu cylindra wynosi = 123,6 mm

• Zgodnie ze standardami średnica otworu = 125 mm

W zależności od średnicy otworu,

• Średnica tłoczyska wynosi = 32 mm

• Długość skoku = 200 mm

Ⅴ Zaprojektowana pneumatyczna wykrawarka IN Catia

Na podstawie obliczeń wykonanych pod kątem wymaganej siły przebijania opracowano model CATIA pneumatycznej wykrawarki.

Ⅵ Wniosek

Pneumatyczna wykrawarka jest odpowiednia dla małych i średnich gałęzi przemysłu. W oparciu o ścinanie na powierzchni stempla redukcja siły przebijania o 25% do 60%, zwiększając w ten sposób trwałość narzędzia i obniżenie kosztów obróbki narzędzi. Dlatego przy tej redukcji siły jesteśmy w stanie z łatwością dziurkować blachy o grubości do 2,25 mm dla blachy z tworzywa sztucznego o wytrzymałości na rozciąganie 90 N/mm2 i do 1,5 mm blachy aluminiowej o wytrzymałości na rozciąganie 180 N/mm2.

Ⅶ Przyszły zakres

W tej maszynie sprężone powietrze jest wykorzystywane do poruszania narzędzia wykrawającego w celu przeprowadzenia operacji wykrawania. Po zakończeniu cyklu powietrze wypływa przez otwór wylotowy zaworu elektromagnetycznego. To powietrze jest uwalniane do atmosfera. W przyszłości można opracować mechanizm umożliwiający ponowne wykorzystanie tego powietrza do pracy cylindra.