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DISEÑO Y FABRICACIÓN DE UNA MÁQUINA DE DIBUJO PROFUNDA: ESTUDIO EXPERIMENTAL DE LA FUERZA DE DIBUJO VS DESPLIEGUE DE TIEMPO

Número Navegar:20     Autor:Editor del Sitio     publicar Tiempo: 2017-10-13      Origen:motorizado Su mensaje

ABSTRACTO

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

Como se sabe, el embutido profundo es un proceso de trabajo de chapa metálica en el que un punzón atrae una hoja en blanco dentro de una cavidad de matriz para formar piezas en forma de copa o de 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 de DDM se completaron en función de las especificaciones del producto (taza) que se dibujaría.El segundo 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, la experiencia adquirida en el diseño y construcción de un equipo de laboratorio mecánico resultó exitosa en términos de obtener resultados prácticos que concuerden con los disponibles en la literatura, ahorrando dinero en relación con el costo de un equipo similar comprado, así comomejorando las habilidades de los estudiantes para comprender el proceso de dibujo profundo en particular y los conceptos de diseño de elementos de máquina en general.

  Palabras clave: Dibujo profundo, Diseño de elementos de la máquina, Diseño de Dei, Montaje y fabricación de máquinas, Investigación experimental de Draw Force y Draw Stroke

1. INTRODUCCIÓN

  Dibujo profundo es un proceso de trabajo de chapa metálica que se utiliza para formar piezas en forma de copa o caja mediante el uso de un punzón que dibuja un espacio en blanco en la cavidad de un troquel.Este proceso se lleva a cabo colocando una hoja en blanco de cierto tamaño sobre la abertura del troquel y presionando este espacio en blanco en la cavidad del troquel con un punzón, como se muestra en la Figura 1, [1].Los productos típicos hechos 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 de dibujo básico, que es el dibujo de una pieza en forma de copa con parámetros como se muestra en la figura 1, en esta operación básica se coloca una lámina en blanco circular de un diámetro Db y un espesor tsobre la apertura del dado de un dado que tiene un radio de esquina Rd.Luego, el espacio en blanco se sujeta con un soporte en blanco (anillo de sujeción) con cierta fuerza.Después de eso, se utiliza un golpe de diámetro Dp y un radio de esquina de Rp para perforar la lámina en blanco en la cavidad del molde, formando así la parte en forma de copa.

  Además, el punzón se mueve a cierta velocidad V y aplica una cierta fuerza hacia abajo F para lograr la deformación del metal, mientras que el sujetador en blanco aplica la fuerza de retención Fh para evitar el blanco

arrugas

  En realidad, este documento presenta el diseño y la fabricación de una máquina de embutición profunda "DDM" que produce un producto en forma de copa previamente identificado; el DDM ahora está montado y se usa para la experimentación en el Laboratorio de procesos de fabricación en el departamento de IE enEn la Universidad An-Najah, el documento presenta el diseño detallado de los elementos principales de DDM, incluido el punzón y el troquel, y la fabricación y el diseño.ensamblaje del DDM, también presenta la operación y prueba del DDM a través de la realización de experimentos de fuerza de dibujo frente a trazo de dibujo y comparar los resultados con los datos publicados.

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2.DIBUJO PROFUNDO: ANTECEDENTES GENERALES

  Esta sección trata sobre algunos conceptos generales del proceso de embutición profunda, incluidas las medidas de dibujo, la fuerza de tracción y la fuerza de sujeción

Medidas de dibujo profundo:

  Una de las medidas más importantes de la operación de embutición profunda es la relación de dibujo límite LDR.La relación de dibujo límite se define como la relación máxima entre el diámetro de la hoja en blanco y el diámetro del punzón que se puede dibujar en condiciones ideales en una carrera sin falla [2].

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La fuerza de dibujo:

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

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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 mantenimiento puede establecerse en un valor igual a 0.015 del límite elástico de la chapa metálica [1].

De este modo, al multiplicar la presión de mantenimiento por la parte del área de inicio de la pieza elemental que va a ser sujetada por el soporte de pieza en bruto, podemos estimar la fuerza de retención (h F) como [1].

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Herramientas y equipo:

  Una prensa mecánica de doble acción generalmente se utiliza para el embutición profunda, también se utilizan prensas hidráulicas.La prensa de doble acción controla el punzón 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 una fuerza de portapapeles variable.En estas prensas, la fuerza del soporte en blanco se varía con la carrera de golpe.

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

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  Prácticamente, se recomienda comenzar con d R igual a 4t y aumentarlo si es necesario.

  De manera similar, el radio de la punta del punzón (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 copa puede romperse.Puede ser necesario hacer que el radio sea más grande de lo necesario y reducir su tamaño en operaciones de dibujo posteriores.Como inicio, se puede usar un grosor de 4 t de radio a blanco.[3].

3. ESPECIFICACIONES Y DIBUJOS DE LA TAZA Y amp;CÁLCULOS DE FUERZA DE ESPERA

  El DDM se diseñó para producir piezas en forma de copa de una sola vez, como se indicó anteriormente, el objetivo del diseño del DDM es proporcionar al laboratorio de procesos de fabricación en la Universidad An-Najah un aparato que pueda demostrar el proceso de embutición profunda ytambién puede ser utilizado por los estudiantes para realizar algunos experimentos básicos relacionados con el proceso de dibujo profundo.En realidad, para diseñar un DDM apropiado, primero es necesario determinar las especificaciones del producto (la taza), la fuerza de extracción y la fuerza de retención.

Especificaciones de la Copa

  El producto del DDM requerido se elige para que sea un vaso simple que tenga un cierto diámetro interior (d) y profundidad (h) y que se produzca utilizando una chapa de espesor (t).

  Las dimensiones de la copa deben seleccionarse de forma tal que la operación de embutición profunda sea factible para producir la copa de una sola vez;para medir la factibilidad de la operación, la relación LDR, grosor-diámetro (t / D) y el porcentaje de reducción (Re) deben cumplir las condiciones de factibilidad mencionadas en la sección 2 de este documento.Para hacerlo, se decidió que el espesor de la chapa metálica que se utilizará para producir la copa es t 1 32in. 0,8 mm, por lo tanto, según las recomendaciones indicadas en la sección 2-

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

  La copa se fabricará con Yellow Brass C 26800 (65% Cu, 35% Zn) con UTS 322MPa, S 98MPa.y   Usando la ecuación (5) con Dp = 50 mm;uno puede calcular la fuerza de estiramiento para producir la copa como F = 36.4 KN.Del mismo modo, a partir de la ecuación (6) Fh = 14 KN.Entonces, la fuerza de dibujo total (Fd) que aplicará el DDM es igual a la suma de F y Fh, es decir Fd = 50.4 KN.Para propósitos de diseño de elementos DDM;el Fd se multiplicará por un factor de carga igual a 1.6.

4. DISEÑO DE LOS ELEMENTOS DE LA MÁQUINA DE DIBUJO PROFUNDO

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

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Diseño de Die and the Punch

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

  A saber, el punzón debe tener un diámetro exterior igual al diámetro interior de la copa, es decir, de 50 mm.También debe ser lo suficientemente alto para producir la profundidad requerida (20 mm) de la taza.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.

  Morir y golpear son las partes de acoplamiento en este proceso;por lo tanto, el diámetro interno del dado serálo mismo que el diámetro exterior del punzón más la compensación del espacio libre entre ellos.Figura (6)ilustra las dimensiones del dado.

Diseño / Análisis de seguridad de la placa de soporte superior

  La placa de soporte superior, como su nombre indica, se usa para soportar el DDM sujetando elcilindro de la máquina.Por lo tanto, el diseño de esta placa debe basarse en la fuerza máximaproporcionado por la unidad hidráulica que es igual a 1.6 Fd = 80 KN.La figura (7) muestra las dimensiones de esteplaca, mientras que la Figura (8) es el diagrama de 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 iguales e iguales a 40 KN, y los momentos en A, B y C son iguales a MA =2090 Nm, MB = 2200 Nm, y MC = 2090 Nm, respectivamente [4].La sección B (el tramo medio) es la críticasección.Bajo esta carga, el esfuerzo normal máximo en esta sección es igual a 27.7 MPa.El platoestá hecho de acero laminado en caliente con Sy = 170 MPa, por lo tanto, el factor de seguridad que protege contra cederde la placa superior es igual a 6.

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