Uzimajući čisti bakreni kontakt u obliku slova U kao primjer, poboljšanje procesa implementirano je kako bi se riješili nedostaci procesa mehaničke obrade nakon savijanja. Analizom strukture dijela i dizajnom kalupa, postupak utiskivanja koristi se umjesto bušenja i glodanja kako bi se dovršila obrada luka, ureza i rupe kontakta u obliku slova U, pojednostavljujući tijek procesa, izbjegavajući greške u obradi uzrokovane višestrukim stezanjem i uvelike poboljšavajući kvalitetu proizvoda i učinkovitost proizvodnje.
1. Uvod
Kao ključna komponenta rastavljača, kvaliteta obrade i preciznost kontakta u obliku slova U- od čistog bakra izravno utječu na performanse i pouzdanost cijelog stroja. Struktura kontakta u obliku slova U prikazana je na slici 1. U tradicionalnoj tehnologiji obrade, obradak se prvo mora saviti u oblik slova U, a zatim stegnuti i obraditi više puta, uključujući glodanje kroz kružne rupe, rupe za ključeve, krajnje skošenja, glodanje donjih ureza i druge procese u tro-dimenzionalnom smjeru. Tijek procesa je kompliciran, a vrijeme obrade dugo. Zbog višestrukog stezanja, lako je uzrokovati nakupljanje grešaka u obradi, što utječe na točnost dimenzija i kvalitetu površine proizvoda. Osim toga, višestruka obrada također povećava troškove proizvodnje i smanjuje učinkovitost proizvodnje, što otežava zadovoljenje potreba moderne industrijske proizvodnje za visokom učinkovitošću, niskom cijenom i visokom kvalitetom.
Slika 1 Kontaktna struktura u obliku slova U
Kako bi se prevladali nedostaci tradicionalne tehnologije obrade i poboljšala učinkovitost obrade i kvaliteta proizvoda kontakata u -obliku U, predlaže se postupak koji se temelji na utiskivanju kalupa kako bi se pojednostavio tijek obrade, smanjili koraci obrade i izbjegle pogreške obrade uzrokovane višestrukim stezanjem, kako bi se postigla svrha poboljšanja točnosti i kvalitete obrade proizvoda. Osim toga, budući da postupak štancanja ima prednosti visoke učinkovitosti proizvodnje i niske cijene, može značajno smanjiti troškove proizvodnje i poboljšati ekonomsku učinkovitost.
2. Analiza i poboljšanje procesa
2.1 Struktura proizvoda
Kontakt izolacijske sklopke izrađen je od čistog bakrenog materijala, koji ima dobru vodljivost, duktilnost i otpornost na koroziju [1]. Prema različitim razinama struje, obrađuje se u različite debljine i veličine kontakata. Kontakt je dizajniran da ima U-oblik, tako da može formirati veću kontaktnu površinu kada dođe u kontakt s odgovarajućim kontaktom, čime se smanjuje kontaktni otpor i poboljšava vodljivost. Također pomaže smanjiti nakupljanje prašine i prljavštine, poboljšati sposobnost samo-čišćenja i smanjiti probleme kao što je loš kontakt uzrokovan onečišćenjem.
Uzimajući kontakt u obliku slova U na rastavljaču GW10-363DW/J5000 kao primjer, njegove strukturne dimenzije prikazane su na slici 2. Materijal obratka je ploča od čistog bakra T2Y debljine 5 mm, tvrdoća veća ili jednaka 80HBW, postotak vodljivosti %IACS veći ili jednak 97, sadržaj Cu (maseni udio) veći ili jednak 99,9% [1].
Slika 2. Strukturne dimenzije kontakta u obliku slova U na rastavljaču GW10-363DW/J5000
Kontakt u-obliku U ima prolazne-rupe i rupe za ključeve na obje strane, ureze na oba kraja i rupe s navojem i prolazne rupe na dnu. Prolazni otvori na obje strane i prolazni otvori na dnu koriste se za pozicioniranje, a dimenzije za pozicioniranje su strogo potrebne. Rupe s obje strane moraju biti kroz-rupe, a zahtjevi za preciznošću su visoki, samo 0,022 mm. Ovo je veliki izazov za strojnu obradu.
2.2 Postojeći tijek procesa
Postojeći tijek procesa kontakta u obliku slova U je: rezanje limova → savijanje prešanjem → ispravljanje → glodanje → uklanjanje srha na četiri strane → glodanje R20mm luka, bočne rupe i rupe za klin na vertikalnom obradnom centru → bušenje donje rupe → glodanje zareza na donjoj površini → bušenje → urezivanje → razvrtanje → popravak i poliranje kliješta.
U postojećem tijeku procesa, kružne rupe, rupe za utore, donje rupe i urezi s obje strane kontakta u obliku slova U dovršavaju se glodanjem, bušenjem i drugim metodama mehaničke obrade, koje zahtijevaju višestruko stezanje i podložne su pogreškama obrade. Deset kontaktnih dijelova u obliku slova U nakon strojne obrade nasumično je odabrano za mjerenje veličine, a stopa kvalifikacije proizvoda bila je samo oko 66% (vidi tablicu 1).
Tablica 1. Dimenzije obrade i kvalificirana stopa kontakta u obliku slova U
2.3 Poboljšanje procesa
Nakon strukturne analize kontakta u obliku slova U, vjeruje se da se prolazne rupe, rupe za ključeve, rupe na dnu i zarezi na obje strane mogu dovršiti utiskivanjem. Postojeći proces je poboljšan. Poboljšani tijek procesa je: rezanje lima → savijanje prešanjem → ispravljanje → glodanje → uklanjanje neravnina na četiri strane → bušenje luka R20mm, bočne rupe i rupe za ključ → bušenje donje rupe → bušenje donjeg zareza → rezanje → popravak kliješta i poliranje.
Izvorni okomiti obradni centar za glodanje R20 mm luka, bočne rupe i rupe za ključ je promijenjen kako bi se dovršio utiskivanjem; izvorno bušenje 5 donjih rupa promijenjeno je u jedno-vremensko žigosanje; originalni zarez za glodanje mijenja se da bi se dovršio utiskivanjem.
III. Dizajn kalupa
Korištenje kalupa za utiskivanje zahtijeva sveobuhvatno razmatranje svojstava materijala proizvoda, parametara procesa utiskivanja, strukture kalupa i učinkovitosti proizvodnje. Prema kontaktnoj strukturi u obliku slova U, potrebno je dizajnirati tri seta kalupa za probijanje prolaznih rupa, rupa za ključeve i lukova od R20 mm na obje strane, jedno-probijanje pet donjih rupa i bušenje ureza na oba kraja dna.
3.1 Parametri procesa
Formula za izračun sile gašenja je
P＝KLtτ/1000 (1)
Pri čemu je P sila gašenja (kN); K je faktor sigurnosti, općenito 1,3; L je obujam slijepog dijela (mm), odnosno obujam slijepog dijela; t je debljina materijala (mm); τ je posmična čvrstoća materijala (N/mm2), čisti bakar τ=240N/mm2.
Sila zatvaranja kontakta u obliku slova U je P＝1,3×170×5×240/1000＝265,2 (kN), a može se odabrati preša od 350 kN ili 400 kN. Zazor čistog bakra općenito je 13% debljine materijala, a dvostrani zazor ploče debljine 5 mm je oko 0,65 mm. Brzina štancanja prilagođava se stvarnoj proizvodnoj situaciji kako bi se osigurala stabilnost procesa štancanja i kvaliteta proizvoda [2].
3.2 Dizajn strukture matrice i princip rada
Tri kompleta matrica potrebnih za utiskivanje kontakata u -obliku U imaju strukturu ravne matrice koja se sastoji od gornje i donje matrice. Slika 3 prikazuje dvo-bočnu prolaznu-rupu, rupu za ključ i matricu za lučno utiskivanje R20mm, Slika 4 prikazuje matricu za žigosanje s pet donjih rupa i jedno-vremensko žigosanje, a Slika 5 prikazuje matricu za utiskivanje donjeg ureza. Princip rada bočne rupe, rupe za ključ i matrice za lučno utiskivanje R20 mm je sljedeći: stavite radni komad 3 na matricu 6 i postavite ga na temelju debljine kontakta. Radni komad 3 je postavljen ispod stezanja graničnog bloka (bočni granični blok 4 i stražnji granični blok 7). Gornji dio matrice je čvrsto povezan sa strojem za utiskivanje preko ručke matrice 17, a donji dio matrice je fiksno povezan sa strojem za utiskivanje preko donjeg sjedišta matrice 1. Kada se stroj za utiskivanje pokrene, gornji dio matrice se pomiče prema dolje, a obradak je stegnut između ploče za istovar 8 i matrice 6. Nakon probijanja strojem za probijanje, obrada prolazne-rupe, rupe za ključeve i lukovi R20mm s obje strane su dovršeni. Zatim se preša zaustavlja u najnižem položaju, elastično tijelo 11 se komprimira do maksimalnog položaja, a zatim se ploča za pražnjenje pomiče prema dolje pod djelovanjem elastične sile elastičnog tijela, a gornji dio matrice se vraća u prvobitno stanje, dovršavajući ciklus probijanja.
Slika 3 Bočna rupa, rupa za klin i R20 mm lučna matrica za utiskivanje 1-donje sjedište matrice 2-donja podloga 3-obradak 4-strani granični blok 5-stupac za vodilicu 6-matrica 7-stražnji graničnik 8-ploča za istovar 9-pozicioniranje rukavca za vodilicu 10-bušilica 1 11-elastično tijelo 12-vodilica rukavca 13-bušilica ploča za pričvršćivanje 14-gornja podloga 15-gornje sjedište matrice 16-bušilica 17-ručka matrice 18-bušilica 2 19-bušilica 3
Slika 4 Matrica za jedno-vremensko utiskivanje rupe na dnu
Slika 5 Matrica za utiskivanje donjeg zareza
Budući da se radi o istovremenom bušenju s više-rupa, bušilica je napravljena u stepenasti tip kako bi se odgodio ili smanjio pritisak na bušilicu.
Strukturni dizajn i princip rada matrice za utiskivanje prikazane na slikama 4 i 5 slični su onima matrice za utiskivanje prikazane na slici 3.
Donja rupa matrice prikazana na slici 4 postavljena je prema unutarnjem obliku kontaktnog dijela u obliku slova U, tako da utor u obliku slova U treba biti ujednačen, a donja površina glatka i ravna kako bi se osigurala točnost veličine donje rupe i veličine pozicioniranja rupe nakon utiskivanja.
Matrica prikazana na slici 5 koristi donju rupu probušenu u prethodnom procesu kao referencu za postavljanje zareza kako bi se osigurala točnost veličine zareza.
3.3 Odabir materijala matrice
Budući da matrica za utiskivanje mora izdržati veliki pritisak, udarce i vibracije tijekom rada, vrlo je vjerojatno da će se matrica oštetiti, slomiti i deformirati zbog dugotrajnog-trošenja. Stoga, pri odabiru materijala za matrice, Cr12Mo1V1 čelik za matrice visoke tvrdoće, dobre otpornosti na trošenje i visoke čvrstoće treba dati prednost. Budući da je sadržaj metalnih elemenata kao što su molibden i vanadij u Cr12Mo1V1 čeličnom kalupu relativno visok, a zrna su potpuno pročišćena i distribucija karbida potpuno poboljšana, ova vrsta čelika ima dobru čvrstoću na savijanje i žilavost te ima vrlo visok životni vijek i otpornost na habanje, što može pružiti dobro osnovno jamstvo za dugo-rad rada kalupa za štancanje [2]. IV. Provjera i analiza procesa
4.1 Veličina obrade
Nakon provjere na stroju, 10 kontakata u obliku slova U nasumično je odabrano za mjerenje veličine žigosanja, a sve izmjerene veličine bile su unutar raspona tolerancije. Izmjerena prosječna veličina i stopa kvalifikacije proizvoda prikazani su u tablici 2.
Tablica 2. Veličina kontaktnog žiga u obliku slova U i stopa kvalifikacije proizvoda
4.2 Usporedba raspona tolerancije
Usporedba raspona tolerancije veličine mehaničke obrade i štancanja prikazana je u tablici 3. Može se vidjeti da raspon tolerancije veličine nakon mehaničke obrade pokazuje veliku volatilnost i nestabilnost. Ova nestabilnost dovodi do velikih skokova veličine. Pojas tolerancije veći je od standardnog raspona tolerancije, što ukazuje na to da je razlika u veličini iste serije dijelova relativno očita, što će izravno utjecati na zamjenjivost i točnost sastavljanja dijelova tijekom sastavljanja. Stopa kvalifikacije proizvoda je samo 66%, što znači da je trošak obrade vrlo visok. Nakon žigosanja, opseg tolerancije veličine je mali, uzak, manji od standardnog pojasa tolerancije, stabilne veličine i visoke preciznosti, što ukazuje da je razlika u veličini dijelova u istoj seriji mala, a stopa kvalifikacije proizvoda doseže 100%. Visoka stabilnost veličine ne samo da poboljšava zamjenjivost proizvoda, već i pojednostavljuje kasniji proces sastavljanja i poboljšava učinkovitost proizvodnje [3].
Tablica 3 Usporedba raspona tolerancije veličine između strojne obrade i štancanja (jedinica: mm)
4.3 Radna učinkovitost
Proces štancanja štedi 48 minuta vremena obrade po komadu u usporedbi s procesom strojne obrade, a učinkovitost rada se povećava za 3 puta, čime se smanjuje broj procesa i smanjuje težina obrade.
4.4 Ekonomske koristi
Žigosanjem se prosječno štedi 57,53 juana po komadu u usporedbi sa strojnom obradom, čime se znatno smanjuju troškovi obrade i povećava tržišna konkurentnost.
V. Zaključak
Ovaj rad poboljšava proces na temelju strukturnih karakteristika kontaktnog dijela u obliku slova U, usvaja postupak utiskivanja matrice kako bi zamijenio tradicionalni postupak bušenja i glodanja, pojednostavljuje tijek procesa i donosi sljedeće zaključke nakon verifikacije procesa.
1) Proces obrade kontaktnog dijela u obliku slova U mijenja se u proces utiskivanja, koji može poboljšati točnost dimenzija, poboljšati stabilnost dimenzija, smanjiti procese, smanjiti poteškoće obrade, poboljšati učinkovitost obrade i kvalitetu proizvoda te smanjiti troškove.
2) Proces utiskivanja rješava problem da proces strojne obrade ne može jamčiti točnost perforacije i probija se kroz usko grlo da se relativni položaj tro-dimenzionalnog smjera rupe i rupe za ključ ne može jamčiti zbog višestrukog stezanja i nakupljanja grešaka.
3) Ovaj postupak utiskivanja može se promovirati i primijeniti na proizvodnju i obradu svih kontakata rastavljača u obliku slova U, a također pruža važnu referencu za obradu dijelova u obliku slova U u drugim industrijama.
