Tomando como ejemplo el contacto en forma de U-de cobre puro, la mejora del proceso se implementa para abordar las deficiencias del proceso de procesamiento mecánico después del doblado. A través del análisis de la estructura de la pieza y el diseño del molde, se utiliza el proceso de estampado en lugar de taladrar y fresar para completar el procesamiento del arco, la muesca y el orificio del contacto en forma de U-, simplificando el flujo del proceso, evitando los errores de procesamiento causados por la sujeción múltiple y mejorando en gran medida la calidad del producto y la eficiencia de la producción.
1. Introducción
Como componente clave del seccionador, la calidad del procesamiento y la precisión del contacto en forma de U-de cobre puro afectan directamente el rendimiento y la confiabilidad de toda la máquina. La estructura del contacto en forma de U-se muestra en la Figura 1. En la tecnología de procesamiento tradicional, la pieza de trabajo primero debe doblarse en forma de U y luego sujetarse y procesarse varias veces, incluido el fresado de orificios circulares, orificios de chavetero, chaflanes de extremos, fresado de muescas inferiores y otros procesos en la dirección tridimensional-. El flujo del proceso es complicado y el tiempo de procesamiento es largo. Debido a la sujeción múltiple, es fácil provocar la acumulación de errores de procesamiento, lo que afecta la precisión dimensional y la calidad de la superficie del producto. Además, el procesamiento múltiple también aumenta los costos de producción y reduce la eficiencia de la producción, lo que dificulta satisfacer las necesidades de la producción industrial moderna de alta eficiencia, bajo costo y alta calidad.
Figura 1 Estructura de contacto en forma de U-
Para superar los inconvenientes de la tecnología de procesamiento tradicional y mejorar la eficiencia del procesamiento y la calidad del producto de los contactos en forma de U-, se propone un proceso basado en estampado con matriz para simplificar el flujo de procesamiento, reducir los pasos de procesamiento y evitar los errores de procesamiento causados por la sujeción múltiple, a fin de lograr el propósito de mejorar la precisión y la calidad del procesamiento del producto. Además, dado que el proceso de estampado tiene las ventajas de una alta eficiencia de producción y un bajo costo, puede reducir significativamente los costos de producción y mejorar la eficiencia económica.
2. Análisis y mejora de procesos
2.1 Estructura del producto
El contacto del interruptor de aislamiento está hecho de material de cobre puro, que tiene buena conductividad, ductilidad y resistencia a la corrosión [1]. Según diferentes niveles de corriente, se procesa en varios espesores y tamaños de contactos. El contacto está diseñado para tener forma de U-, de modo que pueda formar un área de contacto más grande cuando entre en contacto con el contacto correspondiente, reduciendo así la resistencia del contacto y mejorando la conductividad. También ayuda a reducir la acumulación de polvo y suciedad, mejorar la capacidad de autolimpieza y reducir problemas como el mal contacto causado por la contaminación.
Tomando como ejemplo el contacto en forma de U-del seccionador GW10-363DW/J5000, sus dimensiones estructurales se muestran en la Figura 2. El material de la pieza de trabajo es una placa de cobre puro T2Y de 5 mm de espesor, dureza mayor o igual a 80 HBW, porcentaje de conductividad %IACS mayor o igual a 97, contenido de Cu (fracción de masa) mayor o igual a 99,9%[1].
Figura 2 Dimensiones estructurales del contacto en forma de U-en el seccionador GW10-363DW/J5000
El contacto en forma de U-tiene orificios- pasantes y orificios tipo chavetero en ambos lados, muescas en ambos extremos y orificios roscados y orificios pasantes en la parte inferior. Los orificios pasantes en ambos lados y los orificios pasantes en la parte inferior se utilizan para el posicionamiento, y las dimensiones de posicionamiento son estrictamente requeridas. Se requiere que los orificios en ambos lados sean pasantes-y el requisito de precisión es alto, solo 0,022 mm. Este es un gran desafío para el mecanizado.
2.2 Flujo de proceso existente
El flujo de proceso existente del contacto en forma de U-es: corte de material en láminas → plegado por prensado → corrección → fresado → eliminación de rebabas en los cuatro lados → fresado de arco R20 mm, orificio lateral y orificio de chavetero en el centro de mecanizado vertical → perforación del orificio inferior → fresado de la muesca de la superficie inferior → perforación → roscado → escariado → reparación y pulido de alicates.
En el flujo de proceso existente, los orificios circulares, los orificios de chavetero, los orificios inferiores y las muescas en ambos lados del contacto en forma de U-se completan mediante fresado, taladrado y otros métodos de procesamiento mecánico, que requieren múltiples abrazaderas y son propensos a errores de procesamiento. Se seleccionaron al azar diez piezas de contacto en forma de U-después del mecanizado para medir el tamaño, y la tasa de calificación del producto fue solo de alrededor del 66% (consulte la Tabla 1).
Tabla 1 Dimensiones de mecanizado y tasa calificada de contacto en forma de U-
2.3 Mejora de procesos
Después del análisis estructural del contacto en forma de U-, se cree que los orificios pasantes, los orificios para chaveteros, los orificios inferiores y las muescas en ambos lados se pueden completar mediante estampado. Se mejora el proceso existente. El flujo de proceso mejorado es: corte de material en láminas → doblado por prensado → corrección → fresado → eliminación de rebabas en los cuatro lados → punzonado de arco R20 mm, orificio lateral y orificio de chavetero → punzonado del orificio inferior → punzonado de la muesca inferior → roscado → reparación y pulido de alicates.
El centro de mecanizado vertical original que fresa el arco de R20 mm, el orificio lateral y el orificio del chavetero se cambian para completarse mediante estampado; la perforación original de 5 orificios inferiores se cambia a una-marca de tiempo; la muesca de fresado original se cambia para completarse mediante estampación.
III. Diseño de moldes
El uso de moldes para estampado requiere una consideración exhaustiva de las propiedades del material del producto, los parámetros del proceso de estampado, la estructura del molde y la eficiencia de la producción. De acuerdo con la estructura de contacto en forma de U-, es necesario diseñar tres juegos de moldes para realizar el punzonado de los orificios pasantes, los orificios para chaveteros y los arcos R20 mm en ambos lados, el -perforado único de los cinco orificios inferiores y el punzonado de las muescas en ambos extremos del fondo.
3.1 Parámetros del proceso
La fórmula de cálculo de la fuerza de supresión es
P＝KLtτ/1000 (1)
Donde, P es la fuerza de supresión (kN); K es el factor de seguridad, generalmente 1,3; L es la circunferencia de supresión (mm), es decir, la circunferencia de la parte de supresión; t es el espesor del material (mm); τ es la resistencia al corte del material (N/mm2), cobre puro τ=240N/mm2.
La fuerza de cierre del contacto en forma de U-es P＝1,3×170×5×240/1000＝265,2 (kN), y se puede seleccionar una prensa de 350 kN o 400 kN. El espacio libre del cobre puro es generalmente del 13% del espesor del material, y el espacio libre de doble cara de una placa de 5 mm de espesor es de aproximadamente 0,65 mm. La velocidad de estampado se ajusta de acuerdo con la situación de producción real para garantizar la estabilidad del proceso de estampado y la calidad del producto [2].
3.2 Diseño de la estructura del troquel y principio de funcionamiento.
Los tres juegos de troqueles necesarios para el estampado de contactos en forma de U-adoptan una estructura de troquel montada- recta, que consta de un troquel superior y un troquel inferior. La Figura 3 muestra los dos-orificios pasantes-lados, el orificio de la ranura y el troquel de estampado de arco R20 mm, la Figura 4 muestra el troquel de estampado de cinco orificios inferiores con un-tiempo y la Figura 5 muestra el troquel de estampado de muesca inferior. El principio de funcionamiento del orificio lateral, el orificio del chavetero y el troquel de estampado de arco R20 mm es el siguiente: coloque la pieza de trabajo 3 en el troquel 6 y colóquela según el grosor del contacto. La pieza de trabajo 3 se coloca debajo de la sujeción del bloque de límite (bloque de límite lateral 4 y bloque de tope trasero 7). La parte superior del troquel está conectada de forma fija a la máquina estampadora a través del mango 17, y la parte inferior del troquel está conectada fijamente a la máquina estampadora a través del asiento inferior 1. Cuando se pone en marcha la máquina estampadora, la parte superior del troquel se mueve hacia abajo y la pieza de trabajo se sujeta entre la placa de descarga 8 y el troquel 6. Después de perforar con la punzonadora, el procesamiento de los orificios pasantes, los orificios de las chaveteros y los arcos de R20 mm en ambos lados está completo. Luego, la prensa se detiene en la posición más baja, el cuerpo elástico 11 se comprime hasta la posición máxima y luego la placa de descarga se mueve hacia abajo bajo la fuerza elástica del cuerpo elástico, y la parte superior del troquel vuelve a su estado original, completando un ciclo de punzonado.
Figura 3 Orificio lateral, orificio para chavetero y matriz de estampado de arco R20 mm 1 asiento de matriz inferior 2 almohadilla inferior 3 pieza de trabajo 4 bloque de límite lateral 5 columna guía 6 matriz 7 tope trasero 8 placa de descarga 9 guía de posicionamiento funda de columna 10 punzón 1 11-cuerpo elástico 12 funda guía 13 placa de fijación de punzón 14 almohadilla superior 15 asiento de matriz superior 16 punzones Mango de 17 troqueles 18 punzones 2 19-punzón 3
Figura 4 Agujero inferior de un-troquel de estampado de tiempo
Figura 5 Troquel de estampado de muesca inferior
Dado que se trata de un punzonado simultáneo de múltiples-agujeros, el punzón se hace en un tipo escalonado para retrasar o reducir la presión sobre el punzón.
El diseño estructural y el principio de funcionamiento del troquel de estampado que se muestran en las Figuras 4 y 5 son similares a los del troquel de estampado que se muestra en la Figura 3.
El orificio inferior del troquel que se muestra en la Figura 4 está ubicado según la forma interna de la pieza de contacto en forma de U-, por lo que la ranura en forma de U- debe ser uniforme y la superficie inferior debe ser lisa y plana para garantizar la precisión del tamaño del orificio inferior y el tamaño de posicionamiento del orificio después del estampado.
El troquel que se muestra en la Figura 5 utiliza el orificio inferior perforado en el proceso anterior como referencia para colocar la muesca y garantizar la precisión del tamaño de la muesca.
3.3 Selección del material del troquel
Dado que el troquel de estampado debe soportar una gran presión, impacto y vibración durante el funcionamiento, es muy probable que se dañe, se rompa y se deforme debido al desgaste-a largo plazo. Por lo tanto, al seleccionar el material del troquel, se debe preferir el acero Cr12Mo1V1 con alta dureza, buena resistencia al desgaste y alta resistencia. Debido a que el contenido de elementos metálicos como molibdeno y vanadio en el acero para troqueles Cr12Mo1V1 es relativamente alto, los granos están completamente refinados y la distribución de carburos está completamente mejorada, este tipo de acero tiene buena resistencia a la flexión y tenacidad, y tiene una vida útil y resistencia al desgaste muy altas, lo que puede proporcionar una buena garantía básica para el funcionamiento a largo plazo-del troquel de estampado [2]. IV. Verificación y análisis de procesos.
4.1 Tamaño de procesamiento
Después de la verificación en la máquina, se seleccionaron al azar 10 contactos en forma de U-para medir el tamaño del estampado, y todos los tamaños medidos estaban dentro del rango de tolerancia. El tamaño promedio medido y la tasa de calificación del producto se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Tamaño de estampado de contacto en forma de U-y tasa de calificación del producto
4.2 Comparación de bandas de tolerancia
La comparación de las bandas de tolerancia de tamaño de procesamiento mecánico y estampado se muestra en la Tabla 3. Se puede ver que la banda de tolerancia de tamaño después del procesamiento mecánico muestra una gran volatilidad e inestabilidad. Esta inestabilidad provoca saltos de gran tamaño. La banda de tolerancia es más grande que la banda de tolerancia estándar, lo que indica que la diferencia de tamaño del mismo lote de piezas es relativamente obvia, lo que afectará directamente la intercambiabilidad y la precisión del ensamblaje de las piezas durante el ensamblaje. La tasa de calificación del producto es sólo del 66%, lo que significa que el costo de procesamiento es muy alto. Después del estampado, la banda de tolerancia de tamaño es pequeña, estrecha, más pequeña que la banda de tolerancia estándar, de tamaño estable y de alta precisión, lo que indica que la diferencia de tamaño de las piezas en el mismo lote es pequeña y la tasa de calificación del producto alcanza el 100%. La alta estabilidad del tamaño no sólo mejora la intercambiabilidad de los productos, sino que también simplifica el proceso de ensamblaje posterior y mejora la eficiencia de la producción [3].
Tabla 3 Comparación de bandas de tolerancia de tamaño entre mecanizado y estampado (unidad: mm)
4.3 Eficiencia laboral
El proceso de estampado ahorra 48 minutos de tiempo de procesamiento por pieza en comparación con el proceso de mecanizado, y la eficiencia del trabajo aumenta 3 veces, lo que reduce la cantidad de procesos y reduce la dificultad de procesamiento.
4.4 Beneficios económicos
El estampado ahorra un promedio de 57,53 yuanes por pieza en comparación con el mecanizado, lo que reduce en gran medida el costo de procesamiento y mejora la competitividad en el mercado.
V. Conclusión
Este documento mejora el proceso basándose en las características estructurales de la pieza de contacto en forma de U-, adopta el proceso de estampado para reemplazar el proceso tradicional de taladrado y fresado, simplifica el flujo del proceso y extrae las siguientes conclusiones después de la verificación del proceso.
1) El proceso de mecanizado de piezas de contacto en forma de U-se cambia a un proceso de estampado, que puede mejorar la precisión dimensional, mejorar la estabilidad dimensional, reducir los procesos, reducir la dificultad del procesamiento, mejorar la eficiencia del procesamiento y la calidad del producto, y reducir los costos.
2) El proceso de estampado resuelve el problema de que el proceso de mecanizado no puede garantizar la precisión de la perforación y rompe el cuello de botella de que la posición relativa del orificio de dirección tridimensional-y el orificio del chavetero no se puede garantizar debido a la sujeción múltiple y la acumulación de errores.
3) Este proceso de estampado se puede promover y aplicar a la producción y procesamiento de todos los contactos de seccionadores en forma de U-, y también proporciona una referencia importante para el procesamiento de piezas en forma de U-en otras industrias.
