Проектирование и расчет инструмента для обработки металлов давлением Часть 1. Штампы для листовой штамповки

 

  Главная       Учебники -Металлургия       Штампы для листовой штамповки

 поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 



 

 

 

 

Проектирование и расчет инструмента для обработки металлов давлением Часть 1. Штампы для листовой штамповки

 

 


 

Проектирование и расчет инструмента для обработки металлов давлением

Часть 1. Штампы для листовой штамповки

Конспект лекций для студентов специальностей 7,8.05040104

«Обработка металлов давлением»


 

Одобрено:

на заседании кафедры кузнечно-штамповочного производства Протокол № от . .


 

Согласовано:

на заседании учебно-методической комиссии метал-лургического

факультета

Протокол № от . .


 

Мариуполь, ГВУЗ «ПГТУ», 2012 г.

УДК 621.8.07 (-----)

Проектирование и расчет инструмента для обработки металлов дав-лением. Часть 1. Штампы для листовой штамповки: Конспект лекций (для студентов специальностей 7.8.05040104 «Обработка металлов давлением» всех форм обучения) / Сост. А.С.Анищенко, -Мариуполь: ПГТУ, 2012. – 87 с.

Дана классификация штампов листовой штамповки и их деталей. Рас-смотрены этапы проектирования штампов и отдельных деталей штамповой осна-стки. Приведен порядок расчета и выбора рабочих, конструктивных деталей штампов. Изложены сведения о проектировании приводов буферных уст-ройств. Даны рекомендации по общей компоновке штампов и простановке раз-меров в чертежах штампов. Приведены справочно-нормативные материалы, необходимые при проектировании основных деталей и узлов штампов. Рас-смотрены составы современных штамповых сталей, дана их классификация. Изложены свойства штамповых сталей, область применения, режимы терми-ческой и химико-термической упрочняющей обработки. Представлены ос-новные сведения о технологии изготовления и сборки штампов.



 


 

 

СОДЕРЖАНИЕ


 

стр.

Введение…………………………………………………………….

5

1.

Общие сведения……………………………………………………..

6

 

1.1.Общие требования к конструкции штампов………………….

6

 

1.2. Классификация штампов………………………………………

6

 

1.3. Классификация деталей штампов и штамповой оснастки…..

7

 

1.4. Типовая конструкция штампа…………………………….........

9

 

1.5. Выбор пресса…………………………………………………….

10

2.

Порядок проектирования штампа…………………………….......

14

3.

Проектирование блоков штампов…………………………………..

17

4.

Проектирование деталей пакета штампа…………………………...

22

 

4.1. Проектирование матриц…………………………………...........

22

 

4.1.1. Конструирование матриц……………………………………..

22

 

4.1.2. Расчет на прочность…………………………………………...

27

 

4.2. Проектирование пуансонов……………………………….........

28

 

4.2.1. Конструирование пуансонов…………………………………

28

 

4.2.2. Расчет пунсонов на прочность и устойчивость……………..

31

 

4.2.3. Расчет пунсонов на изгиб и сжатие………………………….

32

 

4.2.4. Расчет пуансонов на устойчивость и сжатие………………..

32

 

4.2.5. Расчет пуансонов на устойчивость…………………………..

33

 

4.3. Проектирование приводов буферных устройств……………...

33

 

4.3.1. Расчет пружин сжатия………………………………………...

34

 

4.3.2. Расчет эластичных элементов………………………………...

36

5.

Материалы для штампов листовой штамповки……………………

38

 

5.1. Твердость основных деталей штампов………………………...

40

 

5.2. Стойкость штампов……………………………………………..

41

6.

Поверхностное упрочнение штампов………………………………

44

 

6.1. Основные методы диффузионного упрочнения………………

46

 

6.2. Химико-термическая обработка……………………………….

46

 

6.3. Упрочнение поверхности инструмента концентрированными источниками нагрева……………………………………………

52

7.

Технология изготовления деталей штампов……………………….

55

 

7.1. Технологические требования к штамповым материалам……

55

 

7.2. Технологический маршрут изготовления штампов………….

56

 

7.3. Особенности термической обработки деталей штампов……..

61

 

7.3. Сборка штампов………………………………………………...

63

 

Приложение А. Параметры кривошипных прессов……………...

65

Приложение Б. Основные размеры втулок скольжения………… 70

Приложение В. Основные размеры стандартизованных хвостовиков……………………………………….. 72

Приложение Г. Основные размеры ступенчатых винтов………... 73 Приложение Д. Основные размеры ступенчатых винтов……….. 74 Приложение Е. Общие требования к конструкции штампов…… 77 Приложение Ж. Рекомендации по выбору материалов деталей

штампов…………………………………………… 81

Перечень используемых ссылок……………………………………. 86

ВВЕДЕНИЕ

Листовая штамповка в настоящее время является одним из наиболее прогрессивных методов обработки металлов давлением. Практически все крупные металлообрабатывающие предприятия в той или иной степени ис-пользуют процессы листовой штамповки. Однако экономическая целесооб-разность применения листовой штамповки во многом определяется стоимо-стью штампов, приходящейся на единицу изделия, величина которой обу-словливается конструкцией штампа и его стойкостью.

Конструкторские и проектные работы по созданию штампов листовой штамповки хотя и во многом уже стандартизованы и компьютеризованы, всеже, по-прежнему, являются сложной научно-технической задачей, тре-бующей большого объема знаний и элементов творческого мышления.

В связи с этим, особую важность приобретает владение конструктором методики проектирования, которая предписывает определенный порядок действий, основанный на последовательном учете технологических, техниче-ских и производственных факторов.

Целью конспекта лекций является: последовательное изложение мето-дики проектирования штампов листовой штамповки; ознакомление студен-тов с методами расчета деталей и узлов штампа; предоставление сведений о штамповых материалах, способах упрочнения их поверхности, технологиях изготовления и сборки штампов, обеспечение справочно-нормативными ма-териалами, необходимыми для проектирования штамповой оснастки.

Конспект лекций может быть использован как дополнительное учебное пособие студентам 4-х курсов специальности 6.05040104 по дисциплине

«Технология кузнечно-штамповочного производства. Раздел: холодная штамповка» и специальности 6.05050203 «Оборудование и технологии пла-стического формоизменения конструкций машиностроения» по дисциплине

«Холодная листовая штамповка и проектирование штампов».

  1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ [1-9]

      1. Общие требования к конструкции штампов

        Рассматривать конструкцию штампов как нечто оторванное от техно-логии и оборудования нельзя. Проектирование штампов необходимо осуще-ствлять, прежде всего, в соответствии с предусмотренным технологическим процессом. Конструкция штампа должна обеспечивать:

        • заданную производительность труда;

        • высокое качество детали;

        • минимальную сложность конструкции и металлоемкость;

        • компактность и удобство в работе;

        • максимальное использование стандартных деталей и узлов;

        • безопасность работы;

        • технологичность изготовления и ремонта;

        • надежность крепления к оборудованию;

        • удобство в транспортировке.

          Не существует штампов, конструкция которых в полной мере удовле-творяет всем вышеприведенным требованиям. Каждый штамп представляет собой компромиссное решение, наиболее подходящее для штамповки данной детали в имеющихся производственных условиях.

      2. Классификация штампов

        Конструкция штампов зависит от исходного материала (лист, полоса, лента), выполняемой операции, формы и размеров штампуемой детали, тре-буемой точности ее размеров, масштаба производства и пр. Поэтому штампы для листовой штамповки классифицируют по нескольким признакам:

        • технологическому;

        • конструктивному;

        • эксплуатационному;

        • по числу одновременно выполняемых операций за один ход пресса.

          По технологическому признаку различают штампы: для вырубки-пробивки, гибки, вытяжки, отбортовки, обжима и др.

          Конструктивно штампы различают по виду направляющих устройств, обеспечивающих равномерный зазор между пуансоном и матрицей. К ним относятся: плиты, колонки и втулки, цилиндры (плунжеры) и др.

          При использовании заготовок произвольной формы, например, отходов металла после штамповки крупных деталей применяют штампы без направ-ляющих устройств (открытые штампы) с универсальным подвижным съем-ником, прикрепляемом к верхней части штампа. Цилиндры (плунжеры) ис-пользуют как направляющие устройства при вырубке небольших деталей (размером до 50 мм) повышенной точности, например, в часовом производ-стве.

          Эксплуатационный признак штампов определяется способом удаления деталей и отходов из штампа. Если поперечные размеры штампуемой детали

          (или отхода при пробивке отверстий) меньше размеров отверстия в плите пресса, она проваливается сквозь него, штамповка ведется «на провал». При поперечных размерах штампуемой детали больше размеров провального от-верстия в плите пресса, штамповка ведется с обратным выталкиванием дета-ли на поверхность матрицы, после чего она удаляется из штампа вручную или автоматически. Отход металла при штамповке из полосы удаляют из штампа целиком, а при штамповке крупных деталей из листа — после раз-резки отхода на части специальными ножами, прикрепленными к боковой поверхности пуансона. Удаление отходов из штампа осуществляется вруч-ную или автоматически.

          По числу одновременно выполняемых операций за один ход пресса штампы подразделяют на простые (однооперационные) и комбинированные, выполняющие одновременно несколько операций. Комбинированные штам-пы, в свою очередь, делятся на штампы последовательного действия, в кото-рых изготовление детали происходит за несколько переходов различными парами пуансонов и матриц при последовательном перемещении заготовки, и на штампы совмещенного действия, в которых заготовка не перемещается, а инструмент расположен концентрично. В штампах последовательного и со-вмещенного действия за каждый ход пресса получается одна или несколько (если штамп многорядный) готовых деталей (не считая первых ударов прес-са).

          Существуют комбинированные штампы последовательно-совмещен-ного действия, в которых сочетаются элементы штампов последовательного и совмещенного действия.

          Штампы для листовой штамповки подразделяются еще на специальные (или специализированные) и универсальные, переналаживаемые для изготов-ления различных однотипных деталей.

          В особую группу можно выделить штампы, применяемые в мелкосе-рийном производстве, а именно: специальные и универсальные легкоперена-лаживаемые штампы для штамповки деталей по элементам, универсально-сборные штампы, собираемые из комплекта готовых деталей и сборочных единиц, специальные штампы упрощенной конструкции (листовые или

          «пинцетные», пластинчатые, ленточно-ножевые, пакетные) и штампы из лег-кообрабатываемых материалов (свинцово-цинковые, из дерева твердой поро-ды, полиуретана и пр.).

          Основные признаки, положенные в основу классификации штампов, используют при составлении полного наименования штампа, отражающего его особенности. Например, «штамп простого действия для пробивки отвер-стий» или «штамп совмещенного действия для вырубки, вытяжки и пробив-ки» и т. д.

      3. Классификация деталей штампов и штамповой оснастки

        Детали штампов делятся на две группы: детали технологического на-значения и детали конструктивного характера.

        Детали технологического назначения предназначены для получения

        изделия требуемой формы или элемента изделия с стабильными разме-рами. К ним относятся:

        • рабочие части (пуансон, матрица);

        • фиксаторы, упоры, ловители;

        • прижимы, съемники, отлипатели.

          Рабочие части обеспечивают получение изделия или элемента из-делия требуемой формы, т.е. выполнение конкретной операции листовой штамповки (вытяжка, гибка, отбортовка, вырубка, пробивка и т.п.).

          Фиксаторы, упоры, ловители обеспечивают требуемое положение заго-товки или полуфабриката в штампе перед началом операции, т.е. обес-печивают стабильность размеров изделия и его элементов.

          Прижимы, съемники, отлипатели обеспечивают съем изделия с пуан-сонов или выталкивание изделия из матриц.

          Все детали технологического назначения контактируют с плоской заго-товкой или формообразованным полуфабрикатом.

          Детали конструктивного характера предназначены для размеще-ния, крепления и обеспечения взаимного перемещения деталей техноло-гического назначения. К ним относятся:

        • плиты штампов, монтажные плиты, обоймы, траверсы;

        • направляющие элементы (колонки и втулки направляющие, призмы и планки направляющие);

        • ограничители хода подвижных частей штампов (прижимов, выталкива-телей, съемников);

        • упругие элементы (пружины витые, полиуретановые тарельча-тые) и комплектующие к ним;

        • транспортно-грузовые элементы (грузовые винты, штыри, цапфы, рым-болты),

        • детали крепления штампов к прессам:

        • крепежные детали (винты, болты, штифты, шайбы);

        • вспомогательные детали или устройства для приема заготовки в штам-пе, и для удаления полуфабриката из штампа и отходов после обрезки.

        Плиты предназначены для размещения и крепления на них деталей технологического назначения и других деталей конструктивного характера. Плиты выполняются или из толстолистового проката, или литыми в за-висимости от габаритов штампа.

        Направляющие элементы служат для обеспечения точного взаимопе-ремещения верхней половины штампа относительно нижней.

        Ограничители хода обеспечивают требуемую по конструкции штампа величину перемещения прижимов, выталкивателей, съемников относительно рабочих частей и других деталей штампа.

        Упругие элементы обеспечивают величину усилия прижима или вы-талкивания и величину перемещения прижимов и съемников.

        Транспортно-грузовые элементы обеспечивают возможность подъе-ма и транспортировки штампа и отдельных его крупногабаритных деталей.

        Крепежные детали служат для крепления деталей штампа между собой и фиксации их взаимного положения.

        Вспомогательные детали обеспечивают требуемую производи-тельность работы штампа, ускоряя и облегчая процессы загрузки и удаления заготовок в штампе.

      4. Типовая конструкция штампа

        Штампы для листовой штамповки имеют самые разнообразные конст-рукции, они отличаются по способу действия, числу выполняемых на них операций, компоновке деталей, габаритам. Тем не менее, можно представить типовую конструкцию штампа, которая содержит отдельные группы деталей, характерные, как правило, для всех штампов.

        В качестве типового штампа взят штамп для вырубки (рис.1.1). Он со-стоит из подвижной и неподвижной частей. Подвижная часть – это верхняя плита штампа 5 и все детали и узлы, закрепленные на ней. Неподвижная часть – это нижняя плита штампа 6 и все детали и узлы, на ней установлен-ные. Подвижная часть штампа крепится к ползуну пресса при помощи хвосто-вика, нижняя часть – к подштамповой плите пресса прихватами.

        image

        Рис.1.1 – Типовой штамп:

        I – рабочие инструменты: пуансон 1 и матрица 2;

        II – элементы крепления рабочих инструментов: пуансонодержатель 3

        и матрицедержатель 4;

        III – базовые детали: верхняя 5 и нижняя 6 плиты;

        IV – элементы направления базовых деталей штампа: направляющие колонки

        7 и направляющие втулки 8;

        V – элементы направления исходной заготовки: направляющие линейки 9; VI – элементы фиксации исходной заготовки: упор 10;

        VII – элементы удаления деталей и отходов: съемник 11;

        VIII – присоединительные детали: хвостовик 12, прокладка 13 из закаленной стали.

        Традиционно в конструкции штампа выделяют две большие части:

        блок штампа и пакет штампа.

        Блок штампа – узел, состоящий из верхней и нижней плит, соединен-ных направляющими колонками и втулками, служащий для монтажа деталей пакета штампа (рис.1.2).


         

        image

        Рис.1.2 – Блоки штампов:

        а) – двухколонный блок с задним расположением колонок;

        б) – двухколонный, с диагональным расположением колонок;

        в) – двухколонный блок с центральным расположением колонок;

        г) – четырехколонный блок

        Пакет штампа – рабочий инструмент, включающий в себя деформи-рующие, устанавливающие, удаляющие, фиксирующие и крепежные детали.

        Блок штампа может использоваться многократно для получения раз-ных деталей, он универсален. На одном и том же блоке можно штамповать разные детали, заменив лишь пакет штампа. Пакет же штампа служит для получения конкретной детали, т.е. является рабочим инструментом.

      5. Выбор пресса

    В листоштамповочном производстве благодаря высокой производительно-сти, простоте эксплуатации широко используются кривошипные прессы. Кинематическая схема кривошипного пресса (рис.1.3) – кривошипный меха-низм, состоящий из кривошипа 1, шатуна 2 с устройством регулировки дли-ны шатуна 3, ползуна 4, подштамповой плиты 5 и стола пресса 6.

    Кузнечно-прессовое оборудование характеризуется допустимым тех-нологическим усилием. Кроме этого, как всякий кривошипно-шатунный ме-ханизм, кривошипный пресс имеет ограниченную величину перемещения ползуна – рабочий ход, а также характеризуется расстоянием между нижним положением ползуна и подштамповой плитой пресса: этот параметр опреде-ляет наибольшую высоту штампа, который можно установить на данный пресс.

    Номинальная закрытая высота пресса – это технологический параметр, измеряемый наибольшим расстоянием в миллиметрах между неподвижным столом пресса и ползуном в его нижнем положении при наибольшем ходе с наименьшей длиной шатуна и снятой подштамповой плитой. Для прессов с

    передвижным столом закрытая высота определяется в нижнем его положе-нии. Штамповка при снятой подштамповой плите не рекомендуется.


     

    image image

    аб)

    Рис.1.3 – Принципиальная схема (а) и основные геометрические характеристики кривошипного пресса (б): I – верхнее положение ползуна; II – нижнее положение

    Закрытая высота штампа – это расстояние между внешними (опорны-ми) поверхностями верхней и нижней плиты в сомкнутом (нижнем) положе-нии штампа.

    Если передвижной стол пресса опущен в нижнее положение, шатун отре-гулирован на наименьшую длину и ход пресса является наименьшим, то на пресс может быть установлен штамп с наибольшей закрытой высотой Нmax:

    НmaxН – Нпл+0,5(hmax – hmin),

    где Н – номинальная закрытая высота пресса;

    Нпл – толщина подштамповой плиты;

    hmax и hmin – наибольший и наименьший рабочий ход пресса соответст-венно.

    Если передвижной стол поднят в верхнее положение, шатун отрегули-рован на наибольшую длину и ход пресса является наибольшим, то на пресс может быть установлен штамп с наименьшей закрытой высотой:

    НminН – Нпл – ш – с,

    где ш – допускаемое укорочение длины шатуна;

    с – допустимое поднятие стола пресса.

    В пределах между Нmax и Нmin находятся все промежуточные значения закрытой высоты штампов, устанавливаемых на этот пресс.

    При заданной величине рабочего хода ползуна максимальное и ми-нимальное значения закрытой высоты пресса определятся:

    НmaxН – Нпл+0,5(hmax – h),

    Нmin Н – Нпл – ш – с + 0,5(hmax – h).

    Величина рабочего хода определяется после проектирования технологии

    изготовления детали, выбора рабочего контура деформирующих инструмен-тов, схемы выполнения конкретной технологической операции.

    Так, при проектировании разделительных и формоизменяющих опера-ций без прижима величина рабочего хода определится из схем, представлен-ных на рис.1.4.

    При вырубке-пробивке пуансон должен на несколько десятых долей миллиметра h3 опуститься ниже зеркала матрицы, чтобы обеспечить полное отделение заготовки, до этого он должен преодолеть расстояние h2 между съемником и матрицей, а при обратном ходе пуансон поднимается несколько выше рабочей поверхности съемника на расстояние h1, чтобы произошел съем отхода. Поэтому величина рабочего хода определится как сумма этих перемещений:

    h1 h2 h3.

    При вытяжке опускающийся пуансон преодолевает расстояние h4 меж-ду торцом пуансона и верхним краем заготовки, необходимым для ее уста-новки, опускается до дна заготовки на глубину h5, проходит сквозь формоиз-меняющую часть матрицы h6, через калибрующий поясок h7 и протягивает всю заготовку через матрицу h9 так, чтобы верхний край заготовки опустился немного ниже удаляющего среза матрицы на расстояние h8. После этого край детали отпружинит и при обратном ходе пуансона произойдет съем изделия об острый край матрицы. Как и при вырубке-пробивке величина рабочего хода определится суммой перечисленных величин:

    h4 h5 h6 h7 h8 h9.


     

    image

    аimage

    б)

    Рис.1.4 – Расчетные схемы для определения рабочего инструмента: 1 – пуансон; 2 – съемник; 3 – деформируемая заготовка; 4 – матрица; А – верхнее положение инструмента; В – нижнее положение;

    а) – для вырубки-пробивки; б) – для вытяжки

    Если штамповка ведется с прижимом заготовки, тогда рабочий ход следует увеличить на величину предварительного сжатия буфера, которое обеспечит требуемое усилие прижима.

    Таким образом, выбор модели кривошипного пресса для выполнения конкретной технологической операции следует производить по двум пара-

    метрам – по величине технологического усилия и по величине рабочего хода. Номинальное усилие пресса должно примерно на 25-30 % превышать рас-четное технологическое усилие, величина хода рабочего инструмента не должна превышать наибольшую величину рабочего хода пресса. Обычно при выборе оборудования для разделительных операций достаточно определить-ся с усилием пресса, так как величина рабочего хода инструмента мала. Для формоизменяющих операций этого недостаточно, необходимо также учиты-вать величину рабочего хода. Основные технологические характеристики кри-вошипных прессов, вид и конструктивные размеры мест крепления штампов приведены в Приложении А.

  2. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШТАМПА [6-11]

Штампы проектируются всегда в закрытом положении т.е., в сомкнутом по окончании операции. Процесс рационального проектирования штампов ведет-ся от изделия, которое необходимо получить в данном штампе. При этом следует выполнить ряд этапов в рекомендуемой последовательности.

  1. Получение технического задания на проектирование. Для проек-тирования штампов необходимо иметь следующую информацию:

    • карты технологического процесса штамповки детали с указанием на-именования операции, для которой необходимо спроектировать штамп, мар-ки и толщины материала детали, а также деформирующего оборудования;

    • операционные эскизы полуфабрикатов при многопереходной штамповке;

    • технические условия приемки;

    • паспортные данные оборудования;

    • стандарты, машиностроительные нормали на детали и сборочные еди-ницы штампов;

    • сведения об оснащенности инструментальной базы изготовителя штам-пов (наличие координатно-расточных, электроэрозионных станков, оборудо-вания для получения и обработки твердосплавных элементов штампового инструмента и пр.).

  2. Ознакомление с техническими характеристиками указанного в задании оборудования и расчет оптимальных их значений. Следует ознако-миться с размерами штампового пространства:

    • закрытая высота (max, min, ее регулировка);

    • размеры подштамповой плиты;

    • размеры ползуна.

    Необходимо установить места расположения и размеры крепежных пазов на ползуне и подштамповой плите, диаметр отверстия в ползуне под хвосто-вик, наличие и размеры провального отверстия в подштамповой плите.

    При отсутствии в техническом задании данных об оборудовании ана-лизируется конструкция детали, для которой проектируется штамп, опреде-ляется потребное технологическое усилие, принимается решение о примене-нии или неприменении прижима, продумывается способ подачи заготовки и удаления отштампованной детали. После этого определяется необходимая величина рабочего хода (п.1.2).

    По значению технологического усилия и величине рабочего хода вы-бирается модель пресса (см. приложение А, таблица А.1). Определяются его основные геометрические характеристики: закрытая высота; наибольший и наименьший рабочий ход; толщина подштамповой плиты; величины регули-ровки длины шатуна и высота стола пресса; размеры провального отверстия (см. приложение А, таблица А.1). Рассчитываются наибольшее и наименьшее значения закрытой высоты пресса при заданной величине рабочего хода. Для пробивных и вырубных штампов закрытую высоту следует назначать ближе к min значению, для формообразующих ближе к max значению. На компьютере очерчиваются верхняя и нижняя границы штампа (будущий разрез штампа), т.е.

    его высотные габариты. Проверяется возможность удаления детали на провал

    • в провальное отверстие пресса.

  3. Выбор уровня расположения заготовки. В очерченных высотных габаритах выбирается уровень расположения заготовки, вычерчивается заго-товка (полуфабрикат) в том положении, в котором будет находиться при оконча-нии операции.

    Для штампов разделительных операций ориентировочный уровень распо-ложения назначается немного выше середины закрытой высоты, для формо-образующих -несколько ниже. В последующем этот уровень может корректиро-ваться. Выбирается оптимальное положение заготовки (полуфабриката), от кото-рого зависит схема штампа, направление удаления отходов, удобство закладки и удаления заготовки в штампе.

  4. Выбор конструкции блока штампа. Назначается материал для из-готовления плит штампа. По величине наибольшего усилия, размерам про-вального отверстия рассчитывается толщина нижней плиты штампа и назна-чается толщина верхней плиты. Определяется количество направляющих уз-лов, их диаметральные размеры. Определяется конструкция матрицы, способ ее крепления к плите штампа, выбирается материал для изготовления матри-цы, назначаются размеры и производится расчет на прочность при изгибе и на разрыв.

  5. Прорисовка рабочих частей штампа. В масштабе вычерчивается эскиз блока штампа в сомкнутом положении, при этом расстояние между опорными поверхностями верхней и нижней плиты штампа должно нахо-диться между наибольшей и наименьшей закрытой высотой. Это позволяет определить длину колонок узлов направления. На нижнюю плиту (иногда верхнюю) устанавливается матрица и удаляющее приспособление, изобража-ется штампуемая деталь в положении, соответствующем нижнему положе-нию ползуна пресса. Это позволяет определить длину пуансона. После этого проверяется возможность подачи и удаления заготовки. Намечается разме-щение крепежных деталей.

    При необходимости для уменьшения закрытой высоты штампа под нижнюю плиту может устанавливаться дополнительная подштамповая плита.

    Выбираются материал для изготовления, конструкция пуансона, способ его крепления к плите штампа. Производится расчет на прочность, смятие, изгиб, устойчивость. Вычерчиваются рабочие части верха в проекционной связи с рабочими частями низа. Наносятся оси штампа.

  6. Прорисовка фиксирующих элементов. На плане низа прорисовыва-ются фиксаторы или упоры, обеспечивающие однозначное расположение за-готовки в штампе. Тип фиксаторов и форма расположения определяется формой заготовки, видом операции для которой проектируется штамп.

    В разрезе прорисовываются фиксаторы и детали для их крепления, если они имеются.

  7. Прорисовка прижимов, съемников, выталкивателей. В разрезе и на планах низа и верха вычерчиваются ориентировочные габариты названных де-талей. Их высотные размеры определяются с учетом величины их перемещения

    относительно рабочих частей.

  8. Выбор и размещение упругих элементов в прижимах, съемни-ках, выталкивателях. Выбирается конструкция буферного устройства, коли-чество упругих элементов, определяется его рабочий ход, требуемое усилие для съема или выталкивания заготовки, выбирается материал для изготовления упругих элементов и производится их прочностной расчет.

9. Прорисовка деталей ограничения хода прижимов, съемни-ков, выталкивателей. В зависимости от типа штампа, величины хода и от ви-да рабочих частей, выбираются и вычерчиваются в разрезе и на планах верха и низа детали, ограничивающие ход прижимов.

  1. Прорисовка направляющих элементов. На плане низа и верха на-мечается размещение направляющих элементов (колонок и втулок, призм и планок). В разрезе и на плане вычерчиваются направляющие элементы.

  2. Прорисовка крепежных пазов. На плане низа и, если имеется воз-можность, на плане верха вычерчиваются крепежные пазы. Их размещение должно соответствовать месторасположению Т-образных пазов на столе (под-штамповой плите) и ползуне пресса. Если на ползуне пресса нет Т-образных па-зов, то крепление верхней плиты штампа к ползуну осуществляется при помо-щи хвостовика.

  3. Прорисовка хвостовика в разрезе и на плане верха. Определяется положение центра давления штампа. В центр давления помещается хвосто-вик. Размеры хвостовиков приведены в Приложении В.

  4. Проектируются средства подачи и удаления заготовок.

  5. Прорисовка транспортных элементов. На планах низа и верха определяются место размещения транспортных элементов. Тип и размер их выбираются с учетом веса штампа. Элементы вычерчиваются в разрезе и на планах.

  6. Простановка размеров штампа. На чертежах штампа наносятся сле-дующие виды размеров:

      • габаритные (высотные и плановые);

      • посадочные;

      • справочные;

      • межосевые;

      • установочные, присоединительные.

  7. Сборочный чертеж штампа выполняется по ГОСТ 2.424-80, основ-ные положения которого приведены в Приложении Д.

  8. Штамп должен удовлетворять общим техническим требованиям к конструкции штампов (Приложение Е).

  9. Выбор материалов для изготовления деталей штампа производится на основании данных Приложения Ж.

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЛОКОВ ШТАМПОВ [2-3, 5-12]

Основными несущими деталями штампа являются верхняя и нижняя плиты. От их прочности и жесткости зависят стойкость деформирующего ин-струмента, качество и точность размеров штампуемых деталей, износ коло-нок и втулок. Поэтому проектирование плит обязательно сопровождается расчетом на прочность, а при необходимости (для калибровочных операций) и на жесткость.

Для изготовления плит штампов обычно применяют среднеуглероди-стые и низкоуглеродистые стали или чугуны. Рекомендуемые материалы приведены в таблице 3.1.


 

Материалы для изготовления плит штампов

Таблица 3.1


 

Материал

Термическая обработка

и,

МПа

Материал

Термическая обработка

и,

МПа

Сталь

Чугун

45

Улучшение Нормализация

175

130

СЧ 28-48

Отжиг

65

СЧ 24-44

Отжиг

65

35

Улучшение Нормализация

155

110

СЧ 21-40

Отжиг

60

СЧ 18-36

Отжиг

50

20Л

Отжиг

СЧ 15-32

Отжиг

50

35Л

Отжиг

Форма плит может быть самой разнообразной (рис.3.1): прямоуголь-ной, квадратной, со скошенными или скругленными углами. На нижней пли-те могут выполняться пазы, отверстия, полочки для крепления ее к подштам-повой плите пресса. Геометрические размеры плит в плане АВ назначаются конструктивно, исходя из возможности размещения на плите рабочих инст-рументов, направляющих элементов, средств подачи и удаления заготовок. При этом обязательно расстояние от гнезда запрессовки направляющей ко-лонки до края плиты должно быть больше диаметра самой направляющей колонки dk (см. рис. 3.1а).

К настоящему времени отсутствует общепризнанная достаточно точная

методика расчета плит штампов на прочность и жесткость, что объясняется многообразием факторов, влияющих на условия работы плит. Это и характер приложения нагрузки, и форма самой плиты, и условия ее закрепления, и усилие затяжки болтов, крепящих плиту к подштамповой плите пресса. По-этому используют приближенные методы расчета, которые заведомо обеспе-чивают достаточную прочность и жесткость плит штампов.

Как показано на рис.3.1, плита штампа 1 лежит на подштамповой плите 2 пресса, в которой выполнено провальное отверстие диаметром Dпл. Диа-метр провального отверстия определяется моделью пресса (см. Приложе-ние А). Если нагрузка приложена к контуру диаметром D, который больше диаметра провального отверстия плиты пресса Dпл, тогда плита штампа рабо-тает только на сжатие. В этом случае толщина плиты не рассчитывается, а

выбирается из конструктивных соображений. Выполняется лишь проверка плиты на смятие:

k F/Ak  [см],

где k – контактные напряжения смятия;

– технологическое усилие;

Ak – площадь контактной поверхности;

image

[см] – допускаемые напряжения на смятие, равные 100 МПа для стали и 50 МПа для чугуна.


 

image б)

аimage

в)

Рис.3.1 – Расчетная схема плиты штампа на прочность:

а) – геометрические размеры плиты; б) – плита, работающая на сжатие;

в) – плита, работающая на изгиб

Если же нагрузка приложена к контуру, диаметр которого меньше диаметра провального отверстия Dпл подштамповой плиты пресса (см. рис.2.1в), тогда плита штампа прогибается. В этом случае толщина плиты Н определяется расчетом на прочность:


 

Н  2,5

image

W

 D

image

 0,25 F  Dпл ,

и 

где – момент сопротивления плиты в направлении размера Dпл– технологическое усилие;

и 

– допускаемое напряжение на изгиб материала нижней плиты;

А – наименьший линейный размер плиты штампа;

– диаметр провального отверстия плиты штампа.

Поскольку условия эксплуатации штампов различны, то целесообразно в расчетах использовать следующие значения допускаемых напряжений, ус-тановленные на основы опытных данных производства:

мелкосерийного и 

и

image

0,8 ;

серийного и  и ;

крупносерийного и массового и

image

 и .

1,2

Верхняя плита штампа опирается всей поверхностью на плоскость пол-зуна пресса, она не испытывает изгибающих нагрузок, поэтому толщину верхней плиты можно принять не более 0,6 ÷ 0,8 от толщины нижней плиты.

Размеры направляющих узлов можно выбрать, основываясь на габа-ритных размерах нижней плиты штампа и действующем на нее усилии F. При этом если конструктивно определено, что в штампе следует применить два диагонально или центрально расположенных направляющих узла (см. рис.1.2б, 1.2в), то минимальный диаметр направляющей колонки dk (мм) можно ориентировочно вычислить по следующей эмпирической формуле:


 

dk  0,5 

image

image

8

 

Апл  70  ,

где Апл – площадь опорной поверхности нижней плиты, см2;

– усилие, кН.

После этого диаметр направляющей колонки округляется до большего стандартного значения согласно таблице 3.2.

При заднем расположении двух направляющих узлов (см. рис.1.2а) диа-метр колонки дополнительно увеличивается до следующего стандартного зна-чения; при установке трех (четырех) направляющих узлов соответственно уменьшается до следующего стандартного значения.

Форма и основные размеры направляющих узлов скольжения приведе-ны на рис.3.2 и в Приложении Б.

Основным методом соединения цилиндрических направляющих с пли-тами блока является запрессовка с натягом. Минимально допустимая глубина запрессовки составляет (0,8 ÷ 1,0)dk, но надежность такого соединения невы-сокая, поэтому желательно запрессовывать на глубину не менее (1,2 ÷ 1,5)dk. От относительной глубины запрессовки направляющих элементов зависит не только прочность соединения, но и перпендикулярность к плоскости плиты. Чем глубже запрессовка, тем больше возможность получения высокоточной посадки, поэтому в прецизионных штампах рекомендуемая глубина запрес-совки (2,0 ÷ 3,0)dk. На тонких плитах, чтобы обеспечить требуемую глубину запрессовки, в местах крепления колонок и втулок устанавливают кольца, фланцы или вводят дополнительные крепления (рис.3.3).

Длина зоны контакта колонки и втулки в обычных штампах должна быть не менее двух диаметров колонки, а в прецизионных не менее трех диаметров.

Для соединения верхней плиты штампа с ползуном пресса обычно ис-пользуется хвостовик. Диаметр рабочей части хвостовика выбирается в соот-ветствии с посадочным диаметром ползуна пресса (см. Приложение А). Кон-струкции хвостовиков (рис.3.4) стандартизованы, их размеры приведены в Приложении В.


 

Диаметры гладких (по ГОСТ 131120-83) и ступенчатых

Таблица 2.2

(по ГОСТ 13121-83) колонок и втулок направляющих узлов скольжения


 

dk

DВТ

D

ВТ

dk

DВТ

D

ВТ

dk

DВТ

D

ВТ

dk

DВТ

D

ВТ

12

20

24

22

34

38

40

56

60

71

95

100

14

22

25

25

38

42

45

60

65

80

105

110

16

26

30

28

42

45

50

67

71

90

120

125

18

28

32

32

45,

50

56

75

80

100

130

135

20

30

34

36

50

56

63

85

90

125

160

170

П р имеча н ия

  1. Втулки по ГОСТ 13120 – 83 применяют при dk  80 мм.

  2. Для втулок, закрепляемых при помощи клея, DВТ выполнять с полем допуска по a11.

  3. Материал – сталь 20, цементация на глубину 0,8 ÷ 1,0 мм, твердость

55 ÷ 59 HRCэ.


 

image

image

аб)


 

Рис.3.2 – Направляющие узлы скольжения:

а) – направляющий узел с гладкой колонкой и втулкой;

б) – направляющий узел со ступенчатой колонкой и втулкой


 

image image

Рис.2.3 – Дополнительные крепления и кольца

image image

аб)

image

image

в)

г)

image

д)

Рис.3.4 – Хвостовики штампов:

а) – с буртиком по ГОСТ 16715-71; б) – с резьбой и буртиком по ГОСТ 16717-71;

в) – резьбой по ГОСТ 16716-71; г) и д) – с фланцем по ГОСТ 16719-71

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПАКЕТА ШТАМПА [7-12]

4.1 Проектирование матриц

4.1.1. Конструирование матриц

image

В производстве используют сплошные, бандажированные и составные матрицы, представленные на рис.4.1. Крепление матриц к плитам штампов осуществляется винтами и штифтами, винтами и врезкой в плиту при помо-щи матрицедержателей.


 

image

аб)

image

image

г)

в)

image

image

де)

Рис.4.1 – Типы матриц и способы их крепления:

а) – сплошная матрица, крепление винтами и штифтами;

б) – бандажированная матрица, крепление винтами и врезкой;

в) – составная матрица; г) – сплошная матрица в матрицедержателе, крепление за счет посадки и буртика; д) – матрица в матрицедержателе, крепление за счет посадки (Н7/n6); е) – матрица в матрицедержателе, крепление за счет малой конусности боковой поверхности (1°30 ÷ 3°)

Сплошные матрицы наиболее широко распространены, просты в изготовлении, но имеют пониженную прочность на разрыв по сравнению с бандажированными матрицами. Матрицы для операций листовой штамповки изготавливаются из инструментальных сталей типа У8А, У10А, Х12МФ, ХВГ, 7Х3, ШХ15.

Бандажированные матрицы состоят из набора колец, надетых с натягом друг на друга. Это позволяет значительно увеличить прочность матрицы, экономить дорогие инструментальные стали, так как из инструментальной стали делается лишь внутренняя рабочая вставка. Бан-дажные кольца изготавливаются из качественных углеродистых сталей 60…20, прочность колец и их нагруженность убывает к наружной поверхно-сти матрицы. Изготавливать такие матрицы сложнее, поэтому их использу-ют, если матрица испытывает внутреннее давление более половины ее пре-дела упругости.

Составные матрицы применяются обычно при вырубке-пробивке. Из инструментальной стали изготавливается лишь рабочая часть матрицы (ре-жущая кромка и цилиндрический поясок с фаской), подвергающиеся интен-

сивному износу. Основание, в котором выполнено провальное отверстие, из-готавливается из углеродистой стали и воспринимает только изгибающие на-грузки. Такая конструкция позволяет экономить дорогие и труднообрабаты-ваемые инструментальные стали.

Крепление винтами и штифтами встречается наиболее часто, так как оно наиболее технологично в производстве. Недостаток – увеличенные габа-ритные размеры для размещения крепежных деталей винтов и штифтов. Га-баритные размеры могут быть несколько уменьшены, если крепление осуще-ствлять со стороны плиты штампа (см. рис.4.1г), но при этом увеличивается толщина плиты и усложняется наладка штампа. Винты предотвращают отрыв матрицы, изготавливаются из стали 45 и имеют твердость HRC 40 ÷ 45. Штифты предотвращают горизонтальное смещение, производятся из стали У8А, твердость HRC 45 ÷ 50.

Крепление врезкой в плиту и винтами не требует применения штифтов, так как от бокового смещения матрица предохраняется врезкой.

Крепление в матрицедержателе позволяет уменьшить габаритные раз-меры матрицы, так как крепежные детали расположены в матрицедержателе, который изготавливается из сталей 35, 45. Крепление матрицедержателя к плите, как и матриц, осуществляется либо винтами и штифтами, либо врез-кой и винтами. При креплении матрицы с использованием матрицедержателя выбирается посадка с малым натягом или переходная посадка, обеспечи-вающие лишь надежное центрирование, поэтому влиянием натяга на проч-ность пренебрегают.

Правила выполнения крепежных отверстий:

  • обязательно наличие не менее 2-х отверстий для винтов и 2-х для штифтов;

  • в крупных деталях количество отверстий для винтов увеличивается, а штифтовых более 2-х не требуется;

  • крепежные отверстия не выполняют в одну линию, они должны быть разбросаны по всей площади детали равномерно;

  • штифтовые отверстия размещают как можно дальше друг от друга по диагонали;

  • нормальная глубина завинчивания 1,5 ÷2 диаметра винта;

  • нормальная глубина внедрения штифта в детали 2 ÷2,5 диаметра штифта.

  • максимальная длина стержня винта не более 6÷8 диаметров винта;

  • глубина цековки (углубления) под головку винта не должна превышать длину стержня винта.

Наружный диаметр сплошной матрицы круглой формы (рис.4.2) при-нимают в зависимости от диаметра окружности D0, в которую вписывается ее рабочая зона (таблица 4.1). После этого размер матрицы уточняют в зависи-мости от диаметра отверстий под винты и штифты (таблица 4.2) с учетом требований к размещению отверстий.


 

image image


 

Рис.4.2 – Основные конструктивные размеры круглых и прямоугольных матриц:

dш – диаметр отверстия под штифт; dов и Dов – диаметры отверстий под стержень и головку винта соответственно

Таблица 4.1

Наименьший наружный диаметр круглой матрицы, мм


 

D0

d

D0

d

До 15

50

Св. 115 до 130

200

Св. 15 до 25

63

Св. 130 до 150

220

Св. 25 до 35

80

Св. 150 до 180

250

Св. 35 до 50

100

Св. 180 до 210

280

Св. 50 до 75

125

Св. 210 до 250

320

Св. 75 до 85

140

Св. 250 до 280

360

Св. 85 до 105

160

Св. 280 до 310

400

Св. 105 до 115

180

   


 

Диаметры винтов и штифтов для крепления матрицы

Таблица 4.2


 

Наибольший габаритный размер матрицы, мм

Диаметры винтов и штифтов при технологическом усилии, воспринимаемом матрицей в кН

до 500 кН

св. 500 до 1000

св. 1000 кН

винт

штифт

винт

штифт

винт

штифт

До 100

М6

6

М8

6

Св.100 до 125

М8

8

М10

8

Св.125 до 160

М10

8

М12

10

М12

10

Св.160 до 250

М10

10

М12

10

М12

10

Св.250 до280

М10

10

М12

10

М12

10

Св.280 до 400

М12

10

М12

10

М12

10

Св.400

М12

10

М12

12

М16

12

Таблица 4.3

Наименьшие габаритные размеры прямоугольной матрицы, мм


 

а0  b0

Аг  Вг

а0  b0

Аг  Вг

а0  b0

Аг  Вг

3020

6350

20080

280140

220180

320250

4020

8050

100100

160160

250180

360250

5020

10050

110100

180160

280180

400250

4030

8063

130100

200160

320180

450250

5030

10063

180100

250160

360180

500250

7030

12563

200100

280160

200200

280280

4040

8080

220100

320160

220200

320280

5040

10080

110110

180180

250200

360280

7040

12580

130110

200180

280200

400280

8040

14080

150110

220180

320200

450280

10040

16080

180110

250180

360200

500280

5050

100100

200110

280180

410200

560280

7050

125100

220110

320180

220220

320320

8050

140100

250110

360180

250220

360320

10050

160100

130130

200200

280220

400320

11050

180100

150130

220200

320220

450320

13050

200100

180130

250200

360220

500320

7060

125125

200130

280200

410220

560320

8060

140125

220130

320200

450220

630320

10060

160125

250130

360200

250250

360360

11060

180125

280130

400200

280250

400360

13060

200125

150150

220220

320250

450360

15060

220125

180150

250220

360250

500360

18060

250125

200150

280220

410250

560360

8080

140140

220150

320220

450250

630360

10080

160140

250150

360220

280280

400400

11080

180140

280150

400220

320280

450400

13080

200140

320150

450220

360280

500400

15080

220140

180180

250250

410280

560400

18080

250140

200180

280250

450280

630400

Координаты и размеры отверстий для крепления круглой матрицы оп-ределяют из условия:


 

Dов

image

  D0

6

и Dотв

image

  D0 ,

2

где Dов Dгол + 2 – диаметр отверстия под головку винта;

Dгол – диаметр головки винта (Приложение Г), остальные обозначения соответствуют рис.4.2.

Число винтов в одном ряду определяется из условия, что расстояние между соседними винтами не должно превышать 90 мм.

Размеры прямоугольной матрицы определяют (ориентировочно) исхо-дя из размеров ее рабочей зоны (таблица 4.3). Диаметр винтов и штифтов на-значают по данным таблицы 4.2. Координаты винтов и штифтов для крепле-ния матрицы определяются по таблице 4.4. Наименьшие расстояния между конструктивными элементами стальной матрицы приведены в таблице 4.5. Обозначения в таблицах соответствуют рис.4.2.

Таблица 4.4

Размеры и координаты винтов и штифтов для крепления матрицы, мм


 


 

Длина матрицы

(диаметр)

Наименьшие значения координат отверстий под винты и штифты в зависимости от диаметра винта (штифта)


 

Число винтов в одном ряду

М6 (6)

М8 (6; 8)

М10 (8; 10)

М12 (10; 12)

М16 (12)

e1

e2

e1

e2

e1

e2

e1

e2

e1

e2

До 100

7,5

12

10

16

2

Св. 100 до 125

10

16

12,5

20

2

Св. 125 до 160

12,5

20

15

25

2

Св. 160 до 250

15

20

15

25

3

Св. 250 до 280

15

20

15

25

3

Св. 280 до 400

15

25

3

Св. 400

15

25

20

32

3

П р имеча н ия

  1. Координаты винтов и штифтов приведены для случая размещения в матрице отверстий под стержни винтов. Если в матрице размещаются отвер-стия под головки винтов (см. рис.3.2), их координаты следует определять из следующих зависимостей:

    e8  e1  0,5  Dов  dов  и

    e7  e2  0,5  Dов  dов  .

  2. Суммарное технологическое усилие, действующее на матрицу, не превышает 500 кН. Если усилие составляет 500 ÷ 1000 кН, приведенные в таб-лице значения следует умножить на 1,2; при усилии свыше 1000 кН – на 1,4.

Таблица 4.5

Наименьшие расстояния между элементами стальной матрицы, мм


 

Материал матрицы

e3

e4

e5

e6

dов  8,5

dов  8,5

У8А


 

(0,8 1,0)dов


 

(1,2 -2,5)Hм


 

1,2dов


 

1,4dов


 

2s

У10А

7Х3

9ХС

9ХВГ

Х12М

(0,6  0,8)dов

(1,0  2,0)Hм

dов

1,2dов

1,5s

Х12Ф

П р имеча н ия

  1. При выборе значений из диапазона размеров меньшие расстояния выбирают для гладких контуров отверстий, большие для отверстий со слож-ным, ломаным контуром.

  2. Наименьшее расстояние eсталей У8А, У10А, 7Х3, 9ХС, 9ХВГ – 2 мм, для матриц из сталей Х12МФ, Х12Ф1  1,5 мм.

  3. В случае размещения в матрице отверстий под головки винтов рас-

    стояние

    e9  e5  0,5Dов  dов , при этом dов = dст + 1, а Dов Dгол + 2. Здесь dст 

    диаметр ступени (или резьбовой части – dв) винта (см. Приложение Г).

  4. Суммарное технологическое усилие, действующее на матрицу, не превышает 500 кН. Если усилие составляет 500 ÷ 1000 кН, приведенные в таблице значения следует умножить на 1,2; при усилии свыше 1000 кН – на 1,4.

  5. Число винтов в одном ряду определяется из условия, что расстояние между двумя соседними винтами не должно превышать 90 мм.

4.1.2 Расчет на прочность

При работе матрицы подвергаются действию распирающего давления, которое может привести к ее разрыву, испытывают действие изгиба и интен-сивно изнашиваются. Стойкость к изнашиванию определяется выбором мате-риала, режимом термообработки, поэтому не рассчитывается.

Расчет на прочность цельных матриц к изгибу для случаев, наиболее часто встречающихся на практике, проводится по упрощенным зависимо-стям:

  1. Круглая матрица внутренним диаметром D0 = 2R0, лежащая на коль-це с внутренним диаметром = 2(рис.4.3). Зная величину технологиче-ского усилия F, выбрав марку стали и соответствующее ей допускаемое на-пряжение изгиба [и], можно определить толщину матрицы по формуле:


     

    image

    Н 2,5F 1

    2R0 

     

    и

     

     

      

      .

    3


     

  2. Прямоугольная матрица, опертая на плиту с прямоугольным отвер-стием размерами А ВВ  А:

image

Н 3F

 В А 

.

 

  1 В А2 

и  

Для сталей У8А, У10А, Х12МФ и ШХ15 при НRС 58 ÷ 60 [и] состав-ляет 300 ÷ 500 МПа.

Проверочный расчет кольцевых матриц проводят, используя формулы Ляме, для случая, когда кольцо (матрица) равномерно нагружено внутренним давлением p, создаваемым распирающим усилием, величина которого со-ставляет (0,3 ÷ 0,4) от технологического усилия:

image

0

 

0,3  0,4p   r H .


 

image

image

а)

б)


 

Рис.4.3 – Расчетная схема:

а) – круглая матрица над круглым провальным отверстием;

б) – прямоугольная матрица над прямоугольным отверстием

По формулам Ляме определяют тангенциальные растягивающие и ра-диальные сжимающие напряжения на внутренней поверхности матрицы и сравнивают их абсолютные значения с допускаемыми:

θ  p

r

 

image

 

2

 

1

  

 

 

r 

image

2  р ;

 r0 

r


 

ρ  p

r

 

0

 

image

1

2 

image

2  

с .

 r0 

r

При расчете стальных термообработанных матриц допускаемое напря-жение на растяжение [р] (при запасе прочности, равном 1,5 ÷ 2,0) принима-ют равным для сталей У8А, У10А до 300 МПа, для сталей Х12МФ, 9ХС до 500 МПа. Допускаемые напряжения сжатия [с] для У8А, У10А до 1300 МПа, для Х12МФ, 9ХС до 1600 МПа.

    1. Проектирование пуансонов

      4.2.1. Конструирование пунсонов

      Пуансоны, как и матрицы, крепятся к плите штампа либо непосредст-венно винтами и штифтами или винтами и врезкой, либо при помощи пуан-сонодержателей (рис.4.4).

      Пуансоны, устанавливаемые в пуансонодержателях, состоят из трех частей: рабочей части, которая участвует в формоизменении детали; поса-дочной части; усиленного основания (рис.4.4).

      Усиленное основание делается на относительно длинных пуансонах для того, чтобы повысить их устойчивость, для упрощения сборки с пуансо-нодержателем, а также чтобы избежать большого перепада диаметров ступе-

      ней (d1/dd2/d1d0/d2). При перепаде диаметров более двух возможно образо-вание трещин при термообработке. Все переходы между рабочей частью и основанием, между посадочной частью и основанием выполняются плавны-ми, по радиусу, чтобы избежать дефектов при термообработке и повысить стойкость инструмента.

      image

      Высота буртика принимается равной h0  0,1d0, но не менее 3 мм, изго-товление буртика меньшей высоты технологически затруднительно. Длина посадочной части обычно принимается h2  (0,25 ÷ 0,40)H, большие значения соответствуют менее устойчивым пуансонам, относительно тонким, без до-полнительного направления.


       

      image

      image

      аб)


       

      image

      вг)


       

      image image

      д)

      Рис.4.4 – Способы крепления пуансонов:

      а) – винтами и штифтами, для крупногабаритных пуансонов;

      б) – винтами и врезкой, для крупных пуансонов;

      в), г) и д) – крепление в пуансонодержателе:

      в) – пуансон с коническим фланцем; г) – пуансон с буртиком; д) – пуансон без фланца, под расклепку и совместное с пуансонодержателем шлифование

      Определение длины рабочего участка пуансона рассмотрим на примере операции вырубки. При использовании конструкции штампа с жестким съемником (рис.4.4а) рабочая длина пуансона определится:

      l1 l2 l3 l4,

      где l1 – глубина заглубления кромки пуансона в матрицу [l1  (0,2 ÷ 0,5)s];

      l2 – просвет между матрицей и жестким съемником, необходимый для подачи металла;

      l3 – толщина съемника;

      l4 – припуск на переточку (l4  3 ÷ 5 мм). Рабочий ход инструмента в этом случае равен:

      х l1 l2 ,

      image

      где  – величина подъема торца пуансона над зеркалом съемника, обеспечи-вающая съем отхода, обычно   1 ÷ 2 мм.


       

      image

      б)


       

      image

      а)

      в)

      Рис.4.5 – Конструкции пуансонов:

      image

      а) – пуансон со ступенчатым усиленным основанием; б) – пуансон без уси-ленного основания; в) – пуансон с бесступенчатым основанием


       

      image

      аб)


       

      Рис.4.6 – Расчетная схема к определению рабочей длины пуансона

      Для штампа вырубки с подвижным съемником-прижимом (см.

      рис.3.6б):

      рабочая длина пуансона:


       

      рабочий ход пуансона:

      l1 l2 l4;


       

      х l1 + (s+1) + 2,

      где 1 – величина просвета между листом, лежащим на матрице, и рабочей поверхностью съемника, обеспечивающим свободную подачу лис-

      та, 1  1 ÷ 2 мм;

      2 – расстояние от торца пуансона в верхнем его положении до при-жимной поверхности съемника, гарантирующее съем отхода.

      4.2.2 Расчет пуансонов на прочность и устойчивость

      Пуансоны при работе подвергаются действию нагрузок разного характе-ра, взаимодействуют с плитой штампа, поэтому пуансоны рассчитывают: на смятие плиты штампа; сжатие; изгиб со сжатием; устойчивость; устойчивость со сжатием. Расчетная схема представлена на рис.4.7.

      1. Проверка опорной поверхности плиты штампа на смятие:

        см F/A0  [см],

        где – технологическое усилие;

        A0 – площадь опорной поверхности буртика пуансона, для случая на рис.4.7 равна 0,25d0;

        [см] – допускаемые напряжения смятия для плиты штампа, которые равны для стали 100 МПа, для чугуна 50 МПа.

        Если условие прочности не выполняется, тогда пуансон опирают на за-каленную стальную плиту.

      2. Расчет пуансона на сжатие:

      сж F/Amin  [сж],

      где Amin – площадь минимального сечения пуансона, для случая на рис.3.7 равна 0,25d2;

      [сж] – допускаемые напряжения сжатия для материала пуансона, кото рые для углеродистой инструментальной стали типа У8А, У10А равны 1600 МПа, для легированной инструментальной стали типа Х12МФ, ШХ15 – 1900 МПа.

      Расчетом на сжатие ограничиваются лишь для относительно короткого пуансона при использовании его в правильно спроектированном, изготов-ленном и собранном штампе.


       

      image

      Рис.4.7 – Расчетная схема для расчета пуансона на прочность

      1. Расчет пуансона на изгиб и сжатие

        Причиной возникновения изгибающих напряжений является смещение оси пуансона относительно оси матрицы на величину e, возникающее из-за погрешностей изготовления, что ведет к внецентренному нагружению. На-пряжения изгиба обычно определяются вблизи посадочной поверхности – это

        «опасное» сечение. У ступенчатого пуансона «опасных» сечений может быть несколько. Для представленной расчетной схемы суммарные напряжения сжа-тия и изгиба равны:

        сж и F/М/ [сж],

        где – момент сопротивления пуансона в опасном сечении, для круглого сечения d3/32;

        е – величина смещения оси пуансона, для вырубки-пробивки равна од-ностороннему зазору между инструментами;

        М Fе – изгибающий момент;

        А – площадь поперечного сечения пуансона в опасном сечении.

      2. Расчет пуансонов на устойчивость и сжатие

        Проводится для относительно тонких и длинных пуансонов с d/ 0,5. Предельно допустимое усилие при этом определится по формуле:

        [F] = Ак[сж],

        где  – коэффициент понижения допустимого напряжения, который опре-деляется по данным таблицы 8 и зависит от условной гибкости ра-бочего участка пуансона:

         imin,

        где   0,7 – коэффициент приведенной длины, характеризующий способ заделки;

        imin = (Imin/А)0,5 – минимальный радиус инерции пуансона, для круглого сечения imin = 0,25d;

        Imin – минимальный момент инерции, для круга Imin d4/64;

        Ак – площадь контакта рабочего торца пуансона с деталью.

        При вырубке-пробивке относительно маленьких отверстий с s/ 1,0 можно считать, что пуансон контактирует с деталью всей торцевой поверхностью Ак = 0,25d2. Для относительно больших отверстий торец пу-ансона взаимодействует с заготовкой лишь вблизи поверхности разделения по узкой полоске шириной примерно 0,5s, центральная часть прогибается, поэтому Ак = 0,25[d2 – (– s)2].

        При вытяжке можно считать, что контакт заготовки и пуансона ограни-

        чивается участком сопряжения торцевой и боковой поверхности пуансона радиусом r, тогда Ак = 0,25[d2 – (– r)2].


         

        Коэффициент понижения допускаемого напряжения

        Таблица 4.6


         

        до 4

        4 – 8

        8 – 12

        12 – 16

        16 – 23

        23 – 30

        1,00

        0,80

        0,75

        0,72

        0,65

        0,60

      3. Расчет пуансона на устойчивость

        Если относительная гибкость рабочего участка пуансона из инструмен-тальной углеродистой стали   35, а из легированной стали   30, то прово-дится проверка устойчивости пуансона (по Эйлеру).

        Для пуансонов без дополнительного направления расчет ведут по пер-вой формуле Эйлера:

        image

        2

         

         

          Imin

        .

        4 h2

        Для штампов с направляющей плитой критическое усилие определится по третьей формуле Эйлера:

        image

        2

         

         

        •  Imin

           h2 ,

          где Е – модуль упругости 1-го рода;

          n = 4 ÷ 5 – коэффициент запаса прочности.

    2. Проектирование приводов буферных устройств

Буферные устройства используются для прижима, съема, выталкивания заготовок. Главные технические характеристики буфера – это величина ра-бочего хода, развиваемое усилие и габаритные размеры.

Величина рабочего хода определяется назначением буферного устрой-ства. Так рабочий ход съемника при вырубке-пробивке равен:

hр.х. s,

где а – расстояние, обеспечивающее надежный съем детали с пуансона при обратном хорде пресса и предварительное прижатие заготовки при выполнении операции (рис.4.8а);

– глубина погружения пуансона в матрицу.

Рабочий ход прижима (см. рис.4.8б) равен сумме высоты отштампо-ванной детали H0, высоты (толщины) заготовки и припуска на вхождение заготовки :

hр.х. H0  s.


 

image


 

image

аб)

Рис.4.8 – Расчетная схема к определению рабочего хода упругих элементов буфера:

а) – для съемника; б) – для прижима и выталкивателя

Рабочий ход выталкивателя равен высоте отштампованной детали.

Величина сжатия упругих элементов hсж больше величины рабочего хода буферного устройства (рис.4.9), так как к началу выполнения операции упругие элементы должны обеспечить требуемое усилие прижима (съе-ма, выталкивания) Fпр за счет предварительного сжатия hпр. Кроме этого, уп-ругий элемент должен иметь запас хода на переточку рабочих инструментов hр, которая увеличивает рабочий ход штампа.


 

image

Рис.4.9– Расчетная схема к определению общей величины сжатия пружины

4.3.1. Расчет пружин сжатия

  1. Определяют наибольшую величину сжатия, равную:

    hсж = hпр + hр.х. + hр.

    Величина предварительного сжатия принимается в пределах hпр khсж,

    где k  0,1 ÷ 0,5. Большие значения соответствуют технологическим опера-циям с малой величиной рабочего хода (разделительные операции). Значения рабочего хода рассчитываются, припуск на переточку задается при проекти-ровании деформирующих инструментов.

  2. По минимально необходимой величине усилия, приходящегося на одну пружину буферного устройства (это усилие предварительного сжатия Fпр), и принятому коэффициенту определяют наибольшее усилие, прихо-дящееся на одну пружину:

    Fпр/k.

    Далее, выбрав материал для изготовления пружины, задавшись ее диа-метром и диаметром проволоки (рис.4.10), подбирают пружину с требуе-мым усилием из условия  [F]. Здесь [F] – допускаемое значение усилия.


     

    image

    Рис.4.10 – Цилиндрическая витая пружина сжатия Наибольшее усилие, которое выдерживает пружина, равно:

    3

    Fmax 

    image

    τ,

    8D

    где [] – допускаемое напряжение на кручение, для стали марки 65Г [ 500 ÷ 600 МПа.

    При работе пружину не следует сжимать до предела, поэтому за вели-чину допускаемого усилия принимают меньшее значение усилия:

    [F] = 0,85Fmax.

  3. Подбирают количество витков пружины, обеспечивающее заданную величину сжатия hсж. Максимальное сжатие определяется условием прочно-сти и равно:


     

    hmax 

    nD2


     

    image

    dG

    τ,

    где – количество витков пружины;

    – модуль упругости второго рода материала пружины.

    Сжимать до предела пружину нежелательно, поэтому сжатие должно быть меньше максимального сжатия:

    hсж  0,85hmax.

  4. Уточняют величину предварительного сжатия пружины hпр. Учитывая линейную связь между усилием и перемещением, можно записать:

    hпр Fпр·(hсж/[F]).

  5. Определяют длину ненагруженной пружины:

n·hсж – 1,5·(hсж/n).

При определении свободной длины пружины учтено, что примерно 3/4 витка с каждого торца поджаты при навивке к соседним виткам и поэтому свободно перемещаться не могут. По этой же причине количество витков пружины следует увеличить на 1,5 витка.

4.3.2 Расчет эластичных элементов

Для привода буферных устройств, наряду с пружинами, широкое при-менение находят резиновые и полиуретановые кольца и подушки. Усилие, развиваемое эластичным кольцом, растет линейно при сжатии его до 30 % от его начальной высоты, После этого кольцо теряет эластичность (рис.4.11). Поэтому допускаемая величина сжатия резиновых и полиуретановых колец равна hmax= (0,25 ÷ 0,30)h.


 

image

Рис.4.11 – Деформация эластичного кольца

Допускаемая величина сжатия зависит от скорости сжатия и уме-ньшается с ее увеличением, так как высокая скорость нагружения ведет к ин-тенсивному выделению тепла в эластомере, снижению его стойкости. Поэтому максимально допустимая величина сжатия устанавливается:

    • для тихоходных, гидравлических прессов hmax  0,3h;

    • при числе ходов пресса 30 ÷ 40 в минуту hmax  0,25h;

    • при числе ходов более 60 в минуту hmax  0,15h.

Величина сжатия кольца включает в себя те же составляющие, что и величина сжатия пружины hсж hпр hр.х. hр.

Расчет эластичных буферов ведут в следующей последовательности:

  1. По величине сжатия определяют высоту несжатого кольца из усло-вия hсж  hmax и задают величину предварительного сжатия. Значение предва-рительного сжатия для эластичных материалов находится в пределах hпр  (0,05 ÷ 0,20)h, в зависимости от вида технологической операции. При вытяжке, когда величина рабочего хода буфера велика, предварительное сжатие минимально. При вырубке-пробивке рабочий ход мал, поэтому пред-варительное сжатие больше.

  2. По величине предварительного сжатия, высоте несжатого кольца, механическим свойствам эластомера и усилию, приходящемуся на кольцо, определяют диаметральные размеры кольца:

image

 4Fпр  ;

p

image

 ,

pпр

h

 

пр пр

сж

где [p] – давление, развиваемое кольцом при сжатии на 30 %, которое вы-бирается по таблице 4.7 в зависимости от марки эластомера

Таблица 4.7

Давление, развиваемое при сжатии кольца на 30 %


 

Резина

Твердость по Шору А

50

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

Давление

[р], МПа

1,10

1,18

1,27

1,37

1,48

1,59

1,70

1,83

1,95

2,10

2,24

Полиуретан марки СКУ-7Л

Твердость по Шору А

76

77

78

79

80

81

82

83

84

85

86

Давление

[р], МПа

3,25

3,36

3,48

3,60

3,74

3,85

4,00

4,17

4,30

4,49

4,70

Сжатое кольцо выпучивается, диаметр его увеличивается примерно на 30 % при сжатии на 30 %, что следует учитывать при проектировании буфер-ного устройства.

При выборе буфера во избежание выпучивания необходимо соблюдать условие осевой устойчивости кольца h  0,3D. При необходимости получе-ния большей высоты буфер следует составлять из отдельных частей с метал-лическими прокладками толщиной 2 ÷ 3 мм.

  1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ШТАМПОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ [13-17]

    При изготовлении деталей холодноштамповочной оснастки применяют разные марки сталей и сплавов в соответствии с назначением, условиями эксплуатации и технологией изготовления деталей штампа. От правильного выбора материала для каждого вида деталей и соответствующего режима его термической обработки зависит работоспособность, прочность и сохранение размеров рабочих частей штампа.

    В процессе нагрузки рабочая деталь (пуансон или матрица) испытывает следующие деформации:

    • смятие от многократного действия ударной нагрузки;

    • продольный изгиб при значительной ее длине (по сравнению с попе-речным сечением) и критических нагрузках;

    • поперечный изгиб при недостаточной жесткости конструкции штампа и пресса;

    • растяжение от больших растягивающих или распорных усилий;

    • смешанные сложные деформации при одновременном действии раз-личных усилий.

      Появление остаточной деформации на поверхности рабочей детали из-меняет ее размеры, в результате чего нарушается геометрия изделия. Поэто-му материал для пуансона и матрицы необходимо назначать, исходя из кон-кретных условий работы с расчетом на высокую и достаточно продолжи-тельную стойкость.

      Наиболее важной характеристикой стойкости является твердость по-верхности рабочих частей, которая всегда должна отличаться от твердости штампуемого материала. В крупносерийном или массовом производстве в большинстве случаев (за редким исключением) твердость рабочих частей штампа Ншт значительно выше твердости штампуемых деталей Ндет:

      Ншт >> Ндет.

      Характерно, что при увеличении разницы между твердостью рабочих частей и штампуемой детали заметно повышается стойкость соответствую-щего штампа. В самом деле, твердые сплавы выдерживают миллионы рабо-чих циклов, обеспечивая получение высококачественных деталей. Эластич-ные среды (газ и жидкость), выполняющие роль рабочих элементов штампа, также стойки и несрабатываемы.

      Более точной характеристикой стойкости является предел цикловой ползучести материала штампа при испытаниях на сжатие при заданной тем-пературе. Он должен был не менее, чем в 1,5 раза больше аналогичного пока-зателя для материала заготовки. Иногда вместо него сравнивается предел те-кучести, который для материала штампа должен быть в три и более раз больше предела текучести материала обрабатываемой заготовки.

      При рассмотрении процессов холодной листовой штамповки следует различать три условия работы: легкие, средние и тяжелые. При легких усло-виях рабочие детали штампа испытывают относительно малую нагрузку и, следовательно, обладают многократным запасом прочности и стойкости. При

      средних условиях штампы испытывают относительно средние нагрузки, при тяжелых -предельные нагрузки.

      Такое деление условно, но оно облегчает выбор соответствующего ма-териала для изготовления той или иной детали штампа.

      Оценка условий зависит от масштабов производства, физико-механи-ческих свойств штампуемого материала и его толщины, удельной нагрузки рабочих деталей и характера технологической операции.

      Масштаб производства определяет число необходимых рабочих ходов, которые должен совершить штамп за год или за весь срок службы. При еди-ничном и мелкосерийном производстве, когда годовая программа выпуска ограничивается сотнями и только иногда несколькими тысячами деталей, вы-сокостойкие штампы не требуются. Если за среднюю производительность оператора при штамповке в течение 7 ч принять для первых операций 8000 рабочих циклов, а для вторых -4000 рабочих циклов, то вся годовая про-грамма на той или иной операции может быть выполнена за одну-две смены. Если предположить, что освоенный объект по конструкции не будет изме-няться в течение ближайших 5 лет, то и в этом случае штамп должен рабо-тать всего не более недели, после чего его можно списывать в металлолом. Поэтому при конструировании таких штампов необходимо стремиться к их упрощению, а также изыскивать для рабочих деталей наиболее дешевые, хо-тя может быть и менее стойкие материалы.

      Большинство разделительных штампов работает с твердыми рабочими частями, выполненными из инструментальных углеродистой или инструмен-тальной стали.

      При небольшой программе выпуска пуансоны и матрицы можно изго-товлять из закаливаемых, но менее стойких сталей, а некоторые конструкции их допускается изготовлять из низкоуглеродистых сталей с последующей цементацией.

      На выбор материала непосредственно влияет конфигурация детали. Если рабочие детали имеют сложную форму, и нетехнологичны для термо-обработки, то следует выбирать высоколегированные стали, которые в меньшей степени подвержены короблению и обладают более прочной струк-турой после закалки. К таким сталям относятся преимущественно хромистые стали: Х12Ф1, Х12МФ, 9ХС, ХВГ и другие. Эти же стали рекомендуется применять при тяжелых условиях работы. Заметим, что к тяжелым условиям следует относить процессы, связанные с обработкой толстых материалов, а также тонких, если рабочие части имеют ажурную форму и относительно ма-лые сечения.

      При ударных нагрузках необходимо рабочие части изготовлять из ста-лей, обладающих большой вязкостью.

      На выбор материала для рабочих деталей штампа влияет сортамент штампуемых материалов, который непрерывно изменяется, в результате по-явления материалов новых марок, одним материалам придают большую пла-стичность, другим одновременно с пластичностью увеличивают прочность, например коррозионностойкие стали и т. д.

      Но есть группа штампуемых материалов специального назначения, ко-торым придают особые технические свойства, связанные с электропроводно-стью, магнитопроницаемостью и т. д. (например, электротехнические стали). Увеличение содержания в них некоторых компонентов приводит к тому, что штамповка их с применением обычных стальных рабочих частей иногда ста-новится затруднительной или невозможной, т. е. наступает момент, когда ка-чественный рост штампуемого материала опережает технические возмож-ности штампов. Например, появление высококремнистой тонколистовой хо-лоднокатаной стали поставило под сомнение дальнейшее применение имею-щихся разделительных стальных штампов; их стойкость не удовлетворяла нуждам машиностроения. Потребовался качественный скачок, который и произошел в результате использования в штампах твердосплавных рабочих частей.

        1. Твердость основных деталей штампов

          Твердость рабочих деталей штампов должна быть предельно высокой. Однако чрезмерная твердость может вызвать разрушение рабочих деталей в процессе эксплуатации. Поэтому следует применять оптимально высокую твердость, при которой детали штампа обладают наибольшей прочностью.

          Сталь, идущая на изготовление пуансонов и матриц, должна обладать следующими основными свойствами:

    • быть высокопрочной, так как в процессе работы штамп испытывает большие усилия и ударные нагрузки;

    • обладать высокой твердостью, потому что процессы холодной штам-повки, в частности резания (вырубки) можно выполнить лишь при условии, что твердость материала пуансона и матрицы штампа значительно больше твердости штампуемого материала;

    • обладать износостойкостью, так как долговечность работы штампа за-висит от степени его истирания, в частности -режущих кромок;

    • иметь высокую вязкость, чтобы вследствие частых и сильных ударов режущие кромки не выкрашивались;

    • обладать хорошей закаливаемостью, что обеспечивает отсутствие тре-щин после закалки и достаточную глубину закаленного слоя, дающую воз-можность неоднократно затачивать пуансон штампа и прошлифовывать зер-кало матрицы.

      Твердость матрицы и пуансона может быть задана заведомо невысо-кой, если штамп предназначен для малой партии деталей и применение доро-гостоящих дефицитных материалов нерентабельно. В этих случаях допуска-ется использовать стали, обладающие невысокой твердостью.

      В разделительных штампах твердость матрицы и пуансона при малых партиях деталей (до 1000 штук), выполняемых из мягких сталей должна быть НRС 40÷45 (иногда допускается использовать их без закалки), при партиях деталей от 1000 до 5000 штук -не менее НRС 52÷56.

      При вырубке (пробивке, обрезке) деталей простой конфигурации из материала толщиной 3…4 мм можно применять для пуансонов инструмен-

      тальную сталь У8А или У10А. В других случаях более подходящими явля-ются легированные стали Х12МФ, 9ХВГ с твердостью HRC 56÷58. В ряде случаев возможно применение сварных пуансонов: основание из стали 20, рабочая часть – из стали У10А.

      Твердость стальных матриц и пуансонов, предназначенных для штам-повки достаточно больших партий деталей, зависит от условий работы. В разделительных штампах твердость пуансона меньше твердости матриц. Это объясняется тем, что пуансон, являясь часто подвижной частью, наносит удар при выполнении технологической операции. Т.е. пуансон в большей степени подвержен выкрашиванию, чем неподвижная матрица.

      Для гибочных, вытяжных и формовочных штампов самой важной яв-ляется способность материала сопротивляться истирании при значительных давлениях (износоустойчивость), а для формовочных штампов -также стой-костью к ударному воздействию при работе в упор.

      При штамповке деталей простой формы рабочие детали штампа изго-тавливают из стали У8А, У10А (толщина заготовки 1…2 и 3…4 мм соответ-ственно). При штамповке деталей сложной формы и в массовом производст-ве, а также в тех случаях, когда рабочие части штампа испытывают большие напряжения во время работы, следует применять легированные стали 9ХС, ХВГ, Х12МФ (НRС 58÷62). Рабочие части штампа рекомендуется азотиро-вать.

      Для крупных деталей иногда используют специальные чугуны с моди-фицированным графитом и магнием, обладающие высокими механическим и антифрикционными свойствами.

      В приложении Ж изложены конкретные рекомендации по выбору ма-териалов для штампов листовой штамповки. Дополнительные сведения по выбору материалов для конкретных деталей штампа имеются в учебном по-собии К.К.Диамантопуло [ ].

        1. Стойкость штампов

      Почти во всех случаях и особенно в крупносерийном и массовом про-изводстве повышение стойкости штампов является одной из основных про-блем штамповочного производства.

      Из всех деталей штампа наиболее часто приходят в негодность рабочие части -матрица и пуансон. В связи с этим различают следующие стойкости штампа:

    • стойкость штампа до перешлифовки (для разделительных штампов);

    • стойкость штампа до замены рабочих частей -пуансона и матрицы;

    • стойкость штампа до полного износа.

      Под стойкостью штампа до перешлифовки или смены рабочих частей понимают способность штампа выдерживать определенное количество уда-ров между двумя исправлениями или сменой его рабочих частей, т.е. пока штампы дают детали нормального качества, соответствующие чертежу и техническим условиям.

      Стойкость штампа до полного износа характеризуется количеством по-

      лезных ударов, выдерживаемых штампом до такого его состояния, когда за-меной рабочих частей нет возможности восстановить его пригодность к нор-мальной работе.

      На стойкость штампов для холодной штамповки влияют различные факторы, основные из которых следующие:

    • механические свойства и состояние штампуемого материала;

    • конфигурация и размеры детали по контуру, толщина материала;

    • технологичность конструкции детали;

    • технологические особенности операций;

    • конструктивные особенности штампов;

    • материалы для штампов, их термическая и химико-термическая обра-ботка;

    • технология и качество изготовления и сборки штампов;

    • тип и состояние прессового оборудования;

    • условия эксплуатации штампа, включая машинную и технологическую смазки, и характер организации штампового хозяйства.

      Правильный выбор материала для рабочих частей разделительных и формообразующих штампов и режимов их термической обработки является одним из основных факторов, оказывающих влияние на стойкость штампов.

      При выполнении разделительных операций деформирование заготовки завершается разрушением. Для успешного выполнения этих операций стре-мятся к максимальной локализации очага пластической деформации или час-ти заготовки, пластическая деформация которой обеспечивает формоизмене-ние, характерное для той или иной операции листовой штамповки.

      Для обеспечения нормальных условий резки металла в штампах необ-ходимо, чтобы поверхность пуансонов и матриц по контактным пояскам, (полоса вдоль режущего контура рабочих частей, ширина которой примерно равна толщине разрезаемого металла) не подвергалась смятию, а режущие кромки не выкрашивались.

      Смятие контактных поверхностей рабочих частей штампа происходит в том случае, если удельное усилие по периметру резки больше допускаемого удельного усилия на рабочие части штампа (для незакаленной инструмен-тальной стали около 250 Н/мм2).

      Опыт показал, что для нормальной в смысле стойкости инструмента резки металла, достаточно 4-5-кратного запаса прочности.

      При резке листовых металлов в штампах с закаленными рабочими час-тями возможно разделение штампуемого металла в условиях, когда удельное усилие по режущему периметру больше допускаемого удельного усилия на рабочую часть. Это объясняется их структурным состоянием, не допускаю-щим значительного смятия, а также способностью закаленного металла упру-го деформироваться. Наличие упругих сил позволяет нагружать пуансоны и матрицы до высоких удельных усилий. Некоторые инструментальные стали могут воспринимать удельные усилия до 2400 МПа.

      Опытом установлено, что закаленные (упругие) рабочие части в разде-

      лительных штампах способны выдерживать удельные усилия по контактным пояскам, превышающие удельные усилия в 2-3 раза.

      Выбирать материал для рабочих частей штампов рекомендуется с уче-том объемов производства (годовой программой), характера штамповочной операции, размеров и формы штампуемой детали, а также свойств штампуемого материала.

      Существенное повышение стойкости рабочих деталей штампа дает ар-мирование их вольфрамокобальтовыми твердоспеченными сплавами-компо-зициями класса ВК (ВК15, ВК20 и др.). Стойкость штампов для вырубки с твердосплавным рабочим инструментом в десятки раз выше стойкости стального инструмента и достигает 0,5÷1,0 млн. нагружений до переточки при общей стойкости 20÷60 млн. нагружений.

      В настоящее время в качестве более экономичной замены этим дорого-стоящим сплавам системы WC+Co разработаны титано-вольфрамо-кобальто-вые (TiC+WC+Co), титано-вольфрамо-танталовые (TiC+WC+TaC+Co) и без-вольфрамовые (БВТС) твердые сплавы. Некоторые параметры твердых спла-вов приведены в таблице 5.1.


       

      Химический состав и свойства твердых сплавов

      Таблица 5.1


       

      Твердый сплав

      Содержание, %

       МПа,

      в

      не менее

       т/м3

      HRA,

      не менее

      WC

      TiC

      TaC

      Co

      ВК3

      97

      -

      -

      3

      1176

      15,0-15,3

      89,0

      ВК3-М

      97

      -

      -

      3

      1176

      15,0-15,3

      91,0

      ВК4-В

      94

      -

      -

      4

      1519

      14,9-15,2

      89,0

      ВК6

      94

      -

      -

      6

      1519

      14,6-15,0

      88,5

      ВК6-В

      94

      -

      -

      6

      1660

      14,8-15,1

      87,5

      ВК6-М

      94

      -

      -

      6

      1421

      14,8-15,1

      90,0

      ВК6-ОМ

      92

      -

      2

      6

      1274

      14,7-15,0

      90,5

      ВК8

      92

      -

      -

      8

      1666

      14,4-14,8

      87,5

      ВК10

      90

      -

      -

      10

      1764

      14,2-14,6

      87,0

      ВК10М

      90

      -

      -

      10

      1617

      14,3-14,6

      88,0

      ВК10-ХОМ

      88

      -

      2

      10

      1600

      14,3

      89,0

      ВК15

      83

      -

      2

      15

      1700

      13,8

      86,0

      Т30К4

      66

      30

      -

      4

      980

      9,5-9,8

      92,0

      Т15К6

      79

      15

      -

      6

      1176

      11,1-11,6

      90,0

      Т14К8

      78

      14

      -

      8

      1274

      11,2-11,6

      89,5

      Т5К10

      85

      6

      -

      9

      1421

      12,4-13,1

      88,5

      ТТ8К6

      84

      8

      2

      6