Tomando o contato em forma de U-de cobre puro como exemplo, a melhoria do processo é implementada para resolver as deficiências do processo de processamento mecânico após a dobra. Por meio da análise da estrutura da peça e do projeto do molde, o processo de estampagem é utilizado em vez de perfuração e fresamento para completar o processamento do arco, entalhe e furo do contato em forma de U-, simplificando o fluxo do processo, evitando os erros de processamento causados por fixação múltipla e melhorando significativamente a qualidade do produto e a eficiência da produção.
1. Introdução
Como componente principal do seccionador, a qualidade de processamento e a precisão do contato em forma de U-de cobre puro afetam diretamente o desempenho e a confiabilidade de toda a máquina. A estrutura do contato em forma de U-é mostrada na Figura 1. Na tecnologia de processamento tradicional, a peça de trabalho deve primeiro ser dobrada em forma de U e, em seguida, fixada e processada várias vezes, incluindo fresamento através de furos circulares, furos de chaveta, chanfros finais, fresamento de entalhes inferiores e outros processos na direção tri-dimensional. O fluxo do processo é complicado e o tempo de processamento é longo. Devido à fixação múltipla, é fácil causar o acúmulo de erros de processamento, afetando a precisão dimensional e a qualidade superficial do produto. Além disso, o processamento múltiplo também aumenta os custos de produção e reduz a eficiência da produção, dificultando o atendimento às necessidades da produção industrial moderna de alta eficiência, baixo custo e alta qualidade.
Figura 1 Estrutura de contato em forma de U-
A fim de superar as desvantagens da tecnologia de processamento tradicional e melhorar a eficiência do processamento e a qualidade do produto dos contatos em forma de U, um processo baseado em estampagem é proposto para simplificar o fluxo de processamento, reduzir as etapas de processamento e evitar os erros de processamento causados por fixação múltipla, de modo a atingir o objetivo de melhorar a precisão e a qualidade do processamento do produto. Além disso, como o processo de estampagem tem as vantagens de alta eficiência de produção e baixo custo, pode reduzir significativamente os custos de produção e melhorar a eficiência econômica.
2. Análise e melhoria de processos
2.1 Estrutura do produto
O contato da chave isolante é feito de material de cobre puro, que possui boa condutividade, ductilidade e resistência à corrosão [1]. De acordo com diferentes níveis de corrente, ele é processado em diversas espessuras e tamanhos de contatos. O contato foi projetado para ter formato de U-, de modo que possa formar uma área de contato maior quando entrar em contato com o contato correspondente, reduzindo assim a resistência do contato e melhorando a condutividade. Também ajuda a reduzir o acúmulo de poeira e sujeira, melhora a capacidade de auto-limpeza e reduz problemas como mau contato causado pela poluição.
Tomando como exemplo o contato em forma de U- no seccionador GW10-363DW/J5000, suas dimensões estruturais são mostradas na Figura 2. O material da peça é placa de cobre puro T2Y com 5 mm de espessura, dureza maior ou igual a 80HBW, porcentagem de condutividade %IACS maior ou igual a 97, teor de Cu (fração de massa) maior ou igual a 99,9%[1].
Figura 2 Dimensões estruturais do contato em forma de U-no seccionador GW10-363DW/J5000
O contato-em forma de U tem furos- passantes e de chaveta em ambos os lados, entalhes em ambas as extremidades e furos roscados e furos passantes na parte inferior. Os furos passantes em ambos os lados e os furos passantes na parte inferior são usados para posicionamento, e as dimensões de posicionamento são estritamente necessárias. Os furos em ambos os lados devem ser passantes e o requisito de precisão é alto, apenas 0,022 mm. Este é um grande desafio para a usinagem.
2.2 Fluxo de processo existente
O fluxo de processo existente de contato em forma de U- é: corte de material de folha → dobra de prensagem → correção → fresamento → remoção de rebarbas em quatro lados → fresamento de arco R20mm, furo lateral e furo de chaveta no centro de usinagem vertical → furação do furo inferior → fresamento do entalhe da superfície inferior → furação → rosqueamento → alargamento → reparo e polimento do alicate.
No fluxo de processo existente, os furos circulares, furos de chaveta, furos inferiores e entalhes em ambos os lados do contato em forma de U- são completados por fresagem, perfuração e outros métodos de processamento mecânico, que exigem fixação múltipla e são propensos a erros de processamento. Dez peças de contato em forma de U-após a usinagem foram selecionadas aleatoriamente para medição de tamanho, e a taxa de qualificação do produto foi de apenas cerca de 66% (ver Tabela 1).
Tabela 1 Dimensões de usinagem e taxa qualificada de contato em forma de U-
2.3 Melhoria de processos
Após a análise estrutural do contato em forma de U-, acredita-se que os furos passantes, furos de chaveta, furos inferiores e entalhes em ambos os lados podem ser completados por estampagem. O processo existente é melhorado. O fluxo de processo aprimorado é: corte de material de folha → dobra de prensagem → correção → fresamento → remoção de rebarbas em quatro lados → puncionamento arco R20mm, furo lateral e furo de chaveta → puncionamento do furo inferior → puncionamento do entalhe inferior → rosqueamento → reparo e polimento do alicate.
O arco R20mm do centro de usinagem vertical original, o furo lateral e o furo de chaveta são alterados para serem concluídos por estampagem; a perfuração original de 5 furos inferiores é alterada para um- carimbo de data/hora; o entalhe de fresagem original é alterado para ser completado por estampagem.
III. Projeto de molde
O uso de moldes para estampagem requer uma consideração abrangente das propriedades do material do produto, dos parâmetros do processo de estampagem, da estrutura do molde e da eficiência da produção. De acordo com a estrutura de contato em forma de U-, três conjuntos de moldes precisam ser projetados para realizar a punção dos furos passantes, furos de chaveta e arcos R20mm em ambos os lados, a punção-única dos cinco furos inferiores e a puncionamento dos entalhes em ambas as extremidades da parte inferior.
3.1 Parâmetros do processo
A fórmula de cálculo da força de supressão é
P＝KLtτ/1000 (1)
Em que P é a força de supressão (kN); K é o fator de segurança, geralmente 1,3; L é a circunferência cega (mm), ou seja, a circunferência da peça cega; t é a espessura do material (mm); τ é a resistência ao cisalhamento do material (N/mm2), cobre puro τ=240N/mm2.
A força de supressão do contato em forma de U- é P=1,3×170×5×240/1000=265,2 (kN), e uma prensa de 350kN ou 400kN pode ser selecionada. A folga de corte do cobre puro é geralmente de 13% da espessura do material, e a folga de dupla face de uma placa de 5 mm de espessura é de cerca de 0,65 mm. A velocidade de estampagem é ajustada de acordo com a situação real de produção para garantir a estabilidade do processo de estampagem e a qualidade do produto [2].
3.2 Projeto da estrutura da matriz e princípio de funcionamento
Todos os três conjuntos de matrizes necessários para a estampagem de contatos em formato de U-adotam uma estrutura de matriz montada-reta, consistindo de uma matriz superior e uma matriz inferior. A Figura 3 mostra o furo-passante-de dois lados, o orifício de chaveta e a matriz de estampagem de arco R20mm, a Figura 4 mostra a matriz de estampagem temporal de cinco furos inferiores-e a Figura 5 mostra a matriz de estampagem de entalhe inferior. O princípio de funcionamento do furo lateral, furo de chaveta e matriz de estampagem de arco R20mm é o seguinte: coloque a peça 3 na matriz 6 e posicione-a com base na espessura do contato. A peça de trabalho 3 é posicionada sob a fixação do bloco limitador (bloco limitador lateral 4 e bloco limitador traseiro 7). A parte superior da matriz da matriz é conectada fixamente à máquina de estampagem através da alça da matriz 17, e a parte inferior da matriz é conectada fixamente à máquina de estampagem através do assento inferior da matriz 1. Quando a máquina de estampagem é iniciada, a parte superior da matriz se move para baixo e a peça de trabalho é fixada entre a placa de descarga 8 e a matriz 6. Após a perfuração pela máquina de perfuração, o processamento dos furos passantes, furos de chaveta e arcos R20mm em ambos os lados estão concluídos. Em seguida, a prensa para na posição mais baixa, o corpo elástico 11 é comprimido até a posição máxima e, em seguida, a placa de descarga se move para baixo sob a força elástica do corpo elástico, e a parte superior da matriz retorna ao seu estado original, completando um ciclo de puncionamento.
Figura 3 Orifício lateral, orifício de chaveta e matriz de estampagem de arco R20mm 1 sede inferior da matriz 2 almofadas inferiores 3 peças de trabalho Bloco limite de 4 lados 5 colunas de guia 6 matrizes 7 batentes traseiros 8 placas de descarga 9 guias de posicionamento manga da coluna 10 punções 1 11- corpo elástico luva de 12 guias Placa de fixação de 13 punções 14 almofadas superiores 15 matrizes superiores assento 16 punções, 17 matrizes, 18 punções 2 19-punção 3
Figura 4 Matriz de estampagem única-de furo inferior
Figura 5 Matriz de estampagem de entalhe inferior
Por se tratar de uma punção simultânea com vários-furos, o punção é do tipo escalonado para atrasar ou reduzir a pressão no punção.
O projeto estrutural e o princípio de funcionamento da matriz de estampagem mostrada nas Figuras 4 e 5 são semelhantes aos da matriz de estampagem mostrada na Figura 3.
O furo inferior da matriz mostrado na Figura 4 é posicionado pela forma interna da peça de contato em forma de U-, de modo que a ranhura em forma de U-deve ser uniforme e a superfície inferior deve ser lisa e plana para garantir a precisão do tamanho do furo inferior e do tamanho de posicionamento do furo após a estampagem.
A matriz mostrada na Figura 5 usa o furo inferior perfurado no processo anterior como referência para posicionar o entalhe e garantir a precisão do tamanho do entalhe.
3.3 Seleção do material da matriz
Como a matriz de estampagem precisa suportar grande pressão, impacto e vibração durante a operação, é muito provável que ela seja danificada, quebrada e deformada devido ao-desgaste prolongado. Portanto, ao selecionar o material da matriz, deve-se preferir o aço da matriz Cr12Mo1V1 com alta dureza, boa resistência ao desgaste e alta resistência. Como o teor de elementos metálicos como molibdênio e vanádio na matriz de aço Cr12Mo1V1 é relativamente alto, e os grãos são totalmente refinados e a distribuição de carbonetos é totalmente melhorada, este tipo de aço tem boa resistência à flexão e tenacidade, e tem uma vida útil muito alta e resistência ao desgaste, o que pode fornecer uma boa garantia básica para a operação de longo-prazo da matriz de estampagem [2]. 4. Verificação e análise de processos
4.1 Tamanho de processamento
Após a verificação na máquina, 10 contatos em formato de U- foram selecionados aleatoriamente para medição do tamanho da estampagem, e os tamanhos medidos estavam todos dentro da faixa de tolerância. O tamanho médio medido e a taxa de qualificação do produto são mostrados na Tabela 2.
Tabela 2 Tamanho do carimbo de contato em formato de U-e taxa de qualificação do produto
4.2 Comparação de bandas de tolerância
A comparação das faixas de tolerância dimensional de processamento mecânico e estampagem é mostrada na Tabela 3. Pode-se observar que a faixa de tolerância dimensional após o processamento mecânico apresenta grande volatilidade e instabilidade. Essa instabilidade leva a saltos de grande porte. A faixa de tolerância é maior do que a faixa de tolerância padrão, indicando que a diferença de tamanho do mesmo lote de peças é relativamente óbvia, o que afetará diretamente a intercambialidade e a precisão da montagem das peças durante a montagem. A taxa de qualificação do produto é de apenas 66%, o que significa que o custo de processamento é muito elevado. Após a estampagem, a faixa de tolerância de tamanho é pequena, estreita, menor que a faixa de tolerância padrão, estável em tamanho e alta precisão, indicando que a diferença de tamanho das peças no mesmo lote é pequena e a taxa de qualificação do produto chega a 100%. A alta estabilidade do tamanho não só melhora a intercambialidade dos produtos, mas também simplifica o processo de montagem subsequente e melhora a eficiência da produção [3].
Tabela 3 Comparação das faixas de tolerância dimensional entre usinagem e estampagem (unidade: mm)
4.3 Eficiência do trabalho
O processo de estampagem economiza 48 minutos de processamento por peça em comparação com o processo de usinagem, e a eficiência do trabalho é aumentada em 3 vezes, o que reduz o número de processos e reduz a dificuldade de processamento.
4.4 Benefícios económicos
A estampagem economiza em média 57,53 yuans por peça em comparação com a usinagem, reduzindo significativamente o custo de processamento e aumentando a competitividade do mercado.
V. Conclusão
Este artigo melhora o processo com base nas características estruturais da peça de contato em forma de U-, adota o processo de estampagem para substituir o processo tradicional de perfuração e fresamento, simplifica o fluxo do processo e tira as seguintes conclusões após a verificação do processo.
1) O processo de usinagem de peças de contato em forma de U é alterado para um processo de estampagem, que pode melhorar a precisão dimensional, aumentar a estabilidade dimensional, reduzir processos, reduzir a dificuldade de processamento, melhorar a eficiência do processamento e a qualidade do produto e reduzir custos.
2) O processo de estampagem resolve o problema de que o processo de usinagem não pode garantir a precisão da perfuração e rompe o gargalo de que a posição relativa do furo de direção tri-dimensional e do furo de chaveta não pode ser garantida devido à fixação múltipla e ao acúmulo de erros.
3) Este processo de estampagem pode ser promovido e aplicado à produção e processamento de todos os contatos em forma de U-de seccionadores e também fornece uma referência importante para o processamento de peças em forma de U-em outras indústrias.
