Diseño y fabricación de una máquina de dibujo profundo: estudio experimental de la fuerza de dibujo frente a trazo de dibujo

Resumen

Este documento representa el trabajo implementado en el diseño, fabricación y operación de un modelo de una máquina de dibujo profundo hidráulico barato (DDM), que actualmente se utiliza en el laboratorio de procesos de fabricación en el Departamento de Ingeniería Industrial (IED) en la Universidad Nacional de An-Najah. La máquina se está utilizando para realizar diferentes experimentos relacionados con el proceso de dibujo profundo.

Como se conoce, el dibujo profundo es un proceso de trabajo de metal en la hoja en el que un golpe dibuja una hoja en blanco en una cavidad de troquel para formar partes en forma de copa o en forma de caja [1].

Este trabajo se llevó a cabo en tres etapas; La primera fue la etapa de diseño, en la que todos los cálculos de diseño de los elementos DDM se completaron en función de las especificaciones del producto (CUP) a dibujar. La segunda fue la etapa de construcción, en la que los elementos DDM fueron fabricados y ensamblados en los talleres de ingeniería de la universidad. La última fue la etapa de operación y experimentación, en la que se probó el DDM realizando diferentes experimentos.

En conclusión, se encontró que la experiencia adquirida en el diseño y la construcción de un equipo de laboratorio mecánico tenía éxito en términos de obtener resultados prácticos que están de acuerdo con los disponibles en la literatura, ahorrando dinero en relación con el costo de un equipo comprado similar, así como para mejorar los estudiantes. 'Habilidades para comprender el proceso de dibujo profundo en particular y los conceptos de diseño de elementos de la máquina en general.

Palabras clave: dibujo profundo, diseño de elementos de máquina, diseño dei, ensamblaje y fabricación de máquinas, investigación experimental de fuerza de dibujo y trazo de dibujo

1. Introducción

El dibujo profundo es un proceso de trabajo de metal utilizado para formar piezas en forma de copa o en forma de caja usando un golpe que atrae un blanco en una cavidad de troquel. Este proceso se lleva a cabo colocando una hoja en blanco de cierto tamaño sobre la abertura de la matriz y presionando este blanco en la cavidad del troquel con un golpe, como se muestra en la Figura 1, [1]. Los productos típicos realizados por este proceso son latas de bebidas, bañeras, contenedores de diferentes tamaños y formas, fregaderos y paneles de automóviles.

En este documento, se estudia la operación básica de dibujo, que es el dibujo de una parte en forma de copa con los parámetros como se muestra en la Figura 1, en esta operación básica se coloca una hoja circular en blanco de un DI de diámetro y un grosor T, se coloca sobre el La apertura de un dado tiene un radio de esquina rd. Luego, el en blanco lo sostiene por un soporte en blanco (anillo de sujeción) con cierta fuerza. Después de eso, se usa un golpe de diámetro DP y un radio de esquina de RP para golpear la hoja en blanco en la cavidad del troquel, formando así la parte en forma de copa.

Además, el golpe se mueve a una cierta velocidad V y aplica una cierta fuerza de la sala de la sala F para lograr la deformación del metal, mientras que el soporte en blanco aplica la fuerza de retención FH para evitar en blanco

arrugas.

En realidad, este documento presenta el diseño y la fabricación de una máquina de dibujo profunda barata \"DDM \" que produce un producto en forma de copa preidentificado, el DDM ahora se monta y se utiliza para experimentar en el laboratorio de procesos de fabricación en el departamento de IE en An-Najah University, el documento presenta el diseño detallado de los elementos principales de DDM, incluido el Punch and the Die, y la fabricación y el ensamblaje del DDM, también presenta la operación y prueba del DDM mediante la realización de experimentos sobre la fuerza de dibujo versus dibujo accidente cerebrovascular y comparar los resultados con los datos publicados.

2.Dibujo profundo: fondo general

Esta sección discute algunos conceptos generales del proceso de dibujo profundo, incluidas las medidas de dibujo, la fuerza de dibujo y la fuerza de retención

Medidas de dibujo profundo:

Una de las medidas más importantes de la operación de dibujo profundo es la relación de dibujo limitante LDR. La relación limitante de dibujo se define como la relación máxima del diámetro de la lámina en blanco al diámetro del golpe que se puede dibujar en condiciones ideales en una carrera sin falla [2].

La fuerza de dibujo:

La fuerza en el golpe requerida para producir una copa es la suma de la fuerza de deformación ideal, las fuerzas de fricción y la fuerza requerida para producir planchar. La Figura 2 muestra la relación entre la fuerza de dibujo y la carrera de dibujo [2].

Fuerza de retención en blanco:

La fuerza de retención H F juega un papel importante en el dibujo profundo. Como una aproximación aproximada, la presión de retención se puede establecer en un valor es igual a 0.015 de la resistencia de rendimiento de la chapa [1].

Por lo tanto, al multiplicar la presión de retención por la porción del área de inicio del espacio en blanco que debe ser retenido por el soporte en blanco, podemos estimar la fuerza de retención (H f) como [1].

Herramientas y equipos:

Generalmente se usa una prensa mecánica de doble acción para el dibujo profundo, también se usan prensas hidráulicas. La prensa de doble acción controla el golpe y el soporte en blanco de forma independiente y forma la pieza a una velocidad constante.

Dado que la fuerza del soporte en blanco controla el flujo de la chapa dentro del troquel, ahora las prensas se han diseñado con fuerza de soporte en blanco variable. En estas prensas, la fuerza del soporte en blanco varía con la carrera de golpe.

El factor más importante en el diseño de la matriz es el radio de la esquina (D R) del dado. Este radio debe tener un valor óptimo ya que el material se detiene sobre él. El valor para el radio óptimo de la matriz depende del requisito de impresión y el tipo de material que se está dibujando. Obviamente, cuanto más pequeño es el radio del troquel, el rallador es la fuerza necesaria para dibujar la copa. El radio del dado puede ser entre cuatro y ocho veces los espesores del blanco [3]. Eso es

Prácticamente, se recomienda comenzar con D R igual 4T y aumentarlo si es necesario.

Del mismo modo, el radio de la nariz de golpe (P R) es importante ya que da forma al radio del fondo de la copa producida. Si P R es demasiado pequeño, el radio inferior de la taza puede arrancarse. Puede ser necesario hacer que el radio sea más grande del necesario y reducir su tamaño en las operaciones de dibujo posteriores. Como comienzo, se puede usar un radio de 4T hasta un grosor en blanco. [3].

3. Especificaciones de copa y cálculos de la fuerza de dibujo y retención

El DDM fue diseñado para producir piezas en forma de copa en una sola carrera, como se indicó anteriormente, el propósito de diseñar el DDM es proporcionar el laboratorio de procesos de fabricación en la Universidad de An-Najah un aparato que puede demostrar el proceso de dibujo profundo y también ser Utilizado por los estudiantes para realizar algunos experimentos básicos relacionados con el proceso de dibujo profundo. En realidad, para diseñar un DDM adecuado, es necesario primero determinar las especificaciones del producto (la copa), la fuerza de dibujo y la fuerza de retención.

Especificaciones de copa

El producto del DDM requerido se elige para que sea una copa simple que tenga un cierto diámetro interno (D) y profundidad (H) y se produzca utilizando una chapa de espesor (t).

Las dimensiones de la copa deben seleccionarse de modo que la operación de dibujo profundo sea factible para producir la copa en un solo trazo; Para medir la viabilidad de la operación, la relación LDR, la relación de espesor-todiametro (T/D) y el porcentaje de reducción (RE) deben satisfacer las condiciones de factibilidad mencionadas en la Sección 2 de este documento. Para hacerlo, se decidió que el grosor de la chapa que se utilizará para producir la copa es t 1 32in.  0.8 mm, por lo tanto, basado en las recomendaciones establecidas en la Sección 2-

Determinación de la fuerza de dibujo y la fuerza de retención en blanco

La copa se producirá a partir de latón amarillo C 26800 (65% Cu, 35% Zn) con UTS 322MPA, S 98MPA. y   usando la ecuación (5) con dp = 50 mm; Se puede calcular la fuerza de dibujo para producir la copa como F = 36.4 kN. Del mismo modo, de la ecuación (6) FH = 14 kN. Entonces, la fuerza de dibujo total (FD) que se aplicará por el DDM es igual a la suma de F y Fh, es decir, FD = 50.4 kN. Para fines de diseño de elementos DDM; El FD se multiplicará por un factor de carga es igual a 1.6.

4. Desing de los elementos de la máquina de dibujo profundo

Esta sección presenta el diseño de elementos principales seleccionados de la máquina de dibujo profundo (DDM). La figura (4) muestra una sección del DDM, sus elementos y la leyenda asociada. La figura (5) es su foto.

Diseño del dado y el golpe

Una vez que las especificaciones de la copa se han determinado como se explicó anteriormente, se puede determinar elEspecificaciones del dado y el golpe que se usa para producir esa copa.

A saber, el golpe debe tener un diámetro exterior igual al diámetro interno de la copa, es decir, de 50 mm.También tiene que ser lo suficientemente alto como para producir la profundidad requerida (20 mm) de la copa. Por lo tanto, el golpe fueDiseñado para tener un diámetro exterior de 50 mm, radio de perforación (P R) de 3.2 mm y una altura de 80 mm.

Die y Punch son las partes de apareamiento en este proceso; Por lo tanto, el diámetro interno del dado seráLo mismo que del diámetro exterior de golpe más la compensación del espacio libre entre ellos. Figura (6)ilustra las dimensiones del dado.

Análisis de diseño/ seguridad de la placa de soporte superior

La placa de soporte superior, como su nombre indica, se utiliza para soportar el DDM manteniendo la hidráulicacilindro de la máquina. Por lo tanto, el diseño de esta placa debe basarse en la fuerza máximaproporcionado por la unidad hidráulica que equivale a 1.6 fd = 80 kN. La figura (7) muestra las dimensiones de estePlaca, mientras que la figura (8) es el diagrama del cuerpo libre de la placa. Como se muestra en la figura (8), la parte cargada deEsta placa se puede aproximar como un soporte fijo de ambos extremos con una carga central aplicada por elunidad hidraulica.

Las reacciones en A y C son las mismas y son iguales a 40 kN, y los momentos en A, B y C iguales a Ma =2090 nm, mb = 2200 nm y mc = 2090 nm, respectivamente [4]. La sección B (el tramo medio) es lo críticosección. Bajo esta carga, la tensión normal máxima en esta sección es igual a 27.7 MPa. El platoestá hecho de acero enrollado en caliente con SY = 170 MPa, por lo tanto, el factor de protección de seguridad contra el rendimientode la placa superior es igual a 6.