Revisión de la punzonadora neumática y modificación de la herramienta de perforación para reducir el requisito de fuerza de punzonado

RESUMEN: -Este trabajo de proyecto trata sobre el diseño de una punzonadora de pequeña escala controlada neumáticamente para realizar la operación de perforación en láminas delgadas (1-2 mm) de diferentes materiales (aluminio y plástico). La reducción en el requisito de fuerza de punzonado, que es el objetivo principal de este trabajo de proyecto, se obtiene mediante la modificación del diseño de la herramienta de punzonado, es decir, mediante la provisión de corte en la cara del punzón. Posteriormente da como resultado una reducción en la cantidad de fuerza de perforación requerida. Además, se desarrolla un modelo CATIA de la máquina sobre la base de cálculos con respecto al requisito de fuerza de punzonado.

PALABRAS CLAVE: -Fuerza de Punzonado, Fuerza de Desforre, Punzón, Cizalla simple y doble, Porcentaje de Penetración y Cilindro Neumático.

ⅠINTRODUCCIÓN:Una punzonadora neumática es siempre una mejor opción que una punzonadora hidráulica para la producción de productos similares si es adecuada para el método. Es comparativamente más económico para la producción de grandes cantidades de productos, ya que utiliza aire comprimido en lugar de algún fluido hidráulico que es bastante caro. Una punzonadora neumática utiliza aire comprimido para generar una alta presión que se aplicará sobre el pistón. Una válvula solenoide controla el flujo direccional de aire que entra y sale del cilindro. Los tubos de poliuretano se utilizan para la transmisión de presión desde el cilindro neumático al conjunto de punzón. El aire a alta presión alimentado al punzón, lo fuerza sobre el material y, a medida que el punzón desciende sobre la hoja, la presión ejercida por el punzón primero causa la deformación plástica de la hoja. Dado que el espacio libre entre el punzón y la matriz es muy pequeño, la deformación plástica tiene lugar en un área localizada y el material de la hoja adyacente a los bordes cortantes de los bordes del punzón y la matriz se somete a una gran tensión, lo que hace que la fractura comience en ambos lados. de la hoja a medida que avanza la deformación.

Ⅱ DESCRIPCIÓN DE LA MÁQUINA: La punzonadora neumática se desarrolla utilizando varios componentes. Los componentes son cilindro neumático, regulador de presión, válvula de control de dirección / solenoide, válvula de control de flujo, compresor, mesa de montaje. El cilindro se utiliza para el movimiento hacia arriba y hacia abajo de la herramienta de perforación que realiza la operación de perforación en la hoja de material de aluminio / plástico. El compresor proporciona aire comprimido al cilindro, lo que provoca el movimiento del vástago del pistón. Los componentes de automatización neumática utilizan ampliamente material de sellado hecho de compuestos de caucho. Para un funcionamiento eficiente y sin problemas de estos sellos, deben aceitarse o lubricarse para reducir la fricción y la corrosión. Para lubricar un equipo accionado por aire comprimido, el método más eficiente y económico es inyectar el lubricante en el aire comprimido que alimenta este equipo. La válvula de control de dirección / solenoide se utiliza para controlar la dirección del aire.

Ⅲ PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:El aire comprimido del compresor a la presión de 8 a 12 bar pasa a través de una tubería conectada a la válvula solenoide con una entrada. La válvula solenoide se activa con la unidad de sincronización de control. La válvula de solenoide tiene dos salidas y una entrada. El aire que entra en la entrada sale por las dos salidas cuando se acciona la unidad de control de tiempo. Debido a la alta presión de aire en la parte inferior del pistón, la presión de aire debajo del pistón es mayor que la presión sobre el pistón. Esto mueve el vástago del pistón hacia arriba, lo que aumenta aún más el brazo de esfuerzo, girado por la unidad de control. Esta fuerza que actúa se transmite al golpe que también se mueve hacia abajo. El punzón es guiado por una guía de punzón que está fijada de manera que el punzón se guíe claramente hacia la matriz. Los materiales están entre el punzón y la matriz. Entonces, a medida que el punzón desciende, el material se cizalla al perfil requerido del punzón y la pieza en bruto se mueve hacia abajo a través del espacio libre de la matriz.

Ⅳ PROCEDIMIENTO DE DISEÑO:

⒈ Selección de material:Para preparar cualquier pieza de la máquina, el tipo de material debe seleccionarse adecuadamente considerando el diseño y la seguridad. La selección del material para la aplicación de ingeniería viene dada por los siguientes factores:

⑴ Disponibilidad de material

⑵ Idoneidad del material para la aplicación del producto.

⑶ Adecuación del material a las condiciones de trabajo deseadas,

⑷ Costo de los materiales.

La máquina se compone básicamente de acero dulce. Los motivos de la selección son:

① El acero dulce está disponible en el mercado,

② Es económico de usar,

③ Está disponible en tamaños estándar,

④ Tiene buenas propiedades mecánicas, es decir, tiene buena capacidad de máquina.

⑤ Tiene un factor de seguridad moderado, porque un factor de seguridad alto da como resultado un desperdicio innecesario de material y una gran selección. Un factor de seguridad bajo da como resultado un riesgo innecesario de falla,

⑥ Tiene alta resistencia a la tracción,

⑦ Bajo coeficiente de dilatación térmica.

Los materiales de las láminas a perforar se toman como aluminio y plástico, ya que están reemplazando muchos metales en el escenario actual por sus propiedades y características diferenciadas.

⒉ Cálculo de fuerza para diseños de punzones existentes:

Términos y fórmulas utilizados:

• Fuerza de corte: - La fuerza que tiene que actuar sobre el material de partida para cortar la pieza en bruto o el taco.

• Fuerza de desprendimiento: - La fuerza desarrollada debido al retroceso elástico (o elasticidad) del material perforado que sujeta el punzón.

• Fuerza de corte = L x t x Tmax

• Fuerza de pelado = 10% -20% de la fuerza de corte

• L = Longitud de la periferia a cortar en mm

• t = Espesor de chapa en mm

• Tmax = Resistencia al corte en N / mm2

• La fórmula para calcular la fuerza de presión es la siguiente:

• Fuerza de presión = fuerza de corte + fuerza de pelado

Ejemplo de cálculo para láminas de aluminio

Aquí hay un cálculo de muestra para calcular la fuerza de perforación requerida para diferentes espesores de chapa de aluminio.

• Longitud total de corte, L = 50 mm.

• Si el espesor de la hoja, t = 1 mm.

• Máxima resistencia a la tracción del aluminio, Tmax = 180 N / mm2

• Fuerza de corte total = L x t x Tmax

• Fuerza de corte total = 50 × 1 × 180

• Fuerza de corte total = 9000 N

• Fuerza de desprendimiento = 15% de la fuerza de corte = 1350 N

• Fuerza de presión = Fuerza de corte + Fuerza de desprendimiento = 9000 N + 1350 N = 10350 N

Ejemplo de cálculo para láminas de plástico

Aquí hay un cálculo de muestra para calcular la fuerza de perforación requerida para diferentes espesores de lámina de plástico.

• Longitud total de corte L = 50 mm.

• Si el espesor de la hoja, t = 1 mm.

• Máxima resistencia a la tracción del plástico, Tmax = 90 N / mm2

• Fuerza de corte total = 4500 N

• Fuerza de pelado = 675 N

• Fuerza de presión = Fuerza de corte + Fuerza de desprendimiento = 4500 + 675 N = 5175 N

⒊Modificación en el diseño de punzones:

Cizallamiento del punzón: si la cara del punzón es normal al eje de movimiento, todo el perímetro se corta simultáneamente. Al inclinar la cara del punzón en ángulo, una característica conocida como cizallamiento, la fuerza de corte se puede reducir sustancialmente. La periferia se corta ahora de forma progresiva, similar a la acción de unas tijeras o al abrir una lata de bebida.

Fmax = Fuerza máxima requerida para perforar la chapa de espesor t en Newton (N)

K = porcentaje de penetración

t = Espesor de la hoja en mm

I = Cantidad de corte dada a la herramienta (en términos de t) en mm

i) Hoja de aluminio

1) Para I = t / 5 y K = 0,6

F = 0,75 F máx.

2) Para I = t / 4 y K = 0,6

F = 0,705 F máx.

3) Para I = t / 3 y K = 0.6

F = 0,643 F máx.

4) Para I = t / 2 y K = 0.6

F = 0.545Fmax

5) Para I = t / 1 y K = 0.6

F = 0.375Fmax

⒋ Comparación de fuerzas para láminas de aluminio y plástico:

• Para aluminio, fuerza de perforación (F) = 11643,75 N

• Para plástico, fuerza de perforación (F) = 5796 N

• Como el cilindro se diseñará para la máxima fuerza de punzonado (en este caso de aluminio), el grosor de la lámina de plástico se puede variar más.

• Por lo tanto, el espesor máximo de la hoja de plástico que se puede perforar se calcula como

Faluminio = 1,15 x (L x Tmax x t) plástico

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

t = 2,25 mm

Espesor máximo de la lámina de plástico perforable = 2,25 mm

⒌ Diseño de cilindro:

• Fuerza requerida = 12000 N (redondeando 11643,75 a 12000 N)

• Presión de trabajo = 10 bar

• Para encontrar el diámetro interior del cilindro usamos la siguiente fórmula: -

• Según la fórmula, el diámetro del agujero del cilindro es = 123,6 mm

• Según las normas diámetro del agujero = 125 mm

Según el diámetro del agujero,

• El diámetro del vástago del pistón es = 32 mm

• Longitud de carrera = 200 mm

Ⅴ PUNZONADORA NEUMÁTICA DISEÑADA EN CATIA:

Se desarrolla un modelo CATIA de punzonadora neumática sobre la base de cálculos realizados según el requisito de fuerza de punzonado.

Ⅵ CONCLUSIÓN:La punzonadora de accionamiento neumático es adecuada para industrias de pequeña y mediana escala. Basado en el cizallamiento provisto en la cara del punzón, la fuerza de punzonado se reduce del 25% al ​​60% aumentando así la vida útil de la herramienta yreduciendo el costo de mecanizado de herramientas. Por lo tanto, con esta reducción de fuerza podemos perforar fácilmente chapas de hasta 2,25 mm de espesor para chapa de plástico con una resistencia a la tracción de 90 N / mm2 y hasta 1,5 mm de chapa de aluminio con resistencia a la tracción.180 N / mm2.

Ⅶ ALCANCE FUTURO:En esta máquina, se utiliza aire comprimido para mover la herramienta de punzonado para realizar la operación de punzonado. Una vez completado el ciclo, el aire sale a través del puerto de salida de la válvula solenoide. Este aire se libera ala atmósfera. En el futuro se puede desarrollar el mecanismo para utilizar este aire nuevamente para el funcionamiento del cilindro.