Проектирование штампов и штамповой оснастки. Бойко А.Ю., Гольцев А.М

4.5. Штампы для мелкосерийного производства.

Штамповка в мелкосерийном и опытном производстве целесообразна при использовании простых и дешѐвых штампов, а так же группового метода изготовления деталей. В данных видах производства широкое применение получили два типа штампов: упрощенные штампы для разделительных, гибочных, вытяжных и формовочных операций;

4.5.1. Упрощенные штампы.

Пинцетные и пакетные пластинчатые штампы. Эти штампы характерны тем, что они имеют минимальное число простых вспомогательных деталей (направляющих, съемников, фиксаторов и т. д.), а рабочие части (пуансоны и матрицы) изготовляются из сравнительно тонких пластин, не требующих значительных затрат на их изготовление. Пинцетные штампы применяются для вырубных, пробивных (с диаметром отверстия больше 5 мм), отрезных, обрезных, гибочных и формовочных операций, а также для кернения. Они используются также для последовательной и совмещенной штамповки. Пинцетные штампы состоят из трех пластинчатых деталей: матрицы, пуансона и пуансонодержателя.

Пуансон пригоняется по матрице с соответствующим зазором и прикрепляется к пуансонодержателю точечной электросваркой. Пуансонодержатель после отгибки на 7…10° скрепляется с пластиной матрицы точечной электросваркой или при помощи заклепок. Для нормальной работы этих штампов длина изогнутого плеча пуансонодержателя, к которому прикрепляется пуансон, должна быть не менее 200 мм. Пуансоны и матрицы изготовляются из стали У 7, У8 или ЗОХГСА без термообработки.

С использованием пинцетных штампов можно штамповать стальные детали толщиной от 0,3 до 3…4 мм на кривошипных прессах, прессах с ручным приводом и на слесарных тисках, а также толщиной 8…10 мм на фрикционных и гидравлических прессах. В этих случаях между

391

матрицей и пуансонодержателем в месте их соединения помещают прокладку, равную толщине штампуемого материала.

По габаритным размерам с использованием пластинчатых штампов можно штамповать детали шириной до 1000 мм и длиной до 2000 мм. Точность штамповки 14 - 16-й квалитеты точности. Если расстояние между колонками пресса не позволяет штамповать крупногабаритные детали, то можно осуществить штамповку их пластинчатыми штампами в двухвалковых станах.

Пластинчатыми штампами можно вырезать контур детали не за один ход ползуна пресса, а за несколько ходов, что позволяет применять прессы с меньшим усилием, чем это требуется для вырубки полного контура детали за один ход пресса. При необходимости изготовления деталей с отверстиями менее 5 мм в вырубных пуансонах устанавливают керны, которые одновременно с вырубкой контура накернивают центры просверливаемых отверстий.

Стойкость пинцетных штампов для штамповки материалов толщиной 3…4 мм составляет 500…1000 деталей, а для материалов толщиной 8…10 мм — всего 300…400.

Пластинчатые пинцетные штампы применяются для вырубных, пробивных, обрезных, надрезных и неглубоко формовочных операций. При изготовлении крупногабаритных деталей пластинчатые штампы выполняются в виде пакета, который устанавливается в групповые блоки.

Пакеты пластинчатых штампов имеют самостоятельные направляющие узлы с двумя или четырьмя колонками (рис.

4.99).

Их изготовляют из листового металла толщиной 6-10 мм. Съемники в них применяются резиновые. При значительном количестве отверстий в детали и большом усилии, необходимом для вырубки контура и пробивки отверстий, применяют комплекты из двух-трех пластинчатых штампов. В первом совмещенном штампе вырубают контур детали и пробивают

392

большие отверстия, а во втором и третьем — пробивают малые отверстия.

Пакетными пластинчатыми штампами из-за наличия направляющих колонок можно штамповать детали шириной до 800 мм, длиной до 2000 мм и выше при толщине стальных деталей от 0,3 до 3 мм, а из алюминия и его сплавов — при толщине 5…6 мм. Точность штамповки — 16-й квалитет.

Рис. 4.99. Пластинчатый стационарный штамп:

1- верхняя пластина: 2 - направляющие колонки; 3 - пуансон-матрица; 4 - матрица; 5-пуансон;

4 - нижняя пластинка; 7 – рукоятка.

Пуансоны и матрицы крупногабаритных пластинчатых штампов изготовляют обычно из стали марок 15 и 20 толщиной 10 мм с последующей цементацией и закалкой до твердости 52…56HRCэ или из инструментальной стали марок У7 и У8. При штамповке тонких деталей (до 1,5 мм) из алюминия и его сплавов при небольших количествах деталей пуансон изготовляют без термической обработки. При штамповке стальных деталей толщиной 2-5 мм рабочие части штампа

393

выполняют из стали У8А термической обработкой до твердости 56…58HRCэ. Стойкость пакетных пластинчатых штампов зависит от толщины и твердости штампуемого материала, а также от сложности вырубаемого контура и составляет до переточки 5…10 тыс. деталей, а до полного износа 10…40 тыс.

Применяются также пакетные пластинчатые штампы с толщиной пластин 12…15 мм, которые устанавливаются на групповые электромагнитные блоки. Сила притяжения электромагнитов в них составляет 0,3…0,4 МН/м2. Электромагнитный блок представляют собой две массивные плиты, из которых нижняя крепится к столу пресса, а верхняя

— к ползуну посредством хвостовика.

Рис. 4.100. Пластинчатые пакетные штампы:

1 - пуансон; 2 – матрица; 3 - пуансон-матрица; 4 - подкладная плита.

На плитах укреплены два корпуса, внутри которых вмонтированы электромагниты, получающие питание от общей сети переменного тока напряжением 370 В через селеновый выпрямитель, установленный в отдельном корпусе. Выпрямитель обеспечивает напряжение постоянного тока 24 В. Включение верхнего и нижнего корпусов производится отдельно. Для сигнализации о включении соответствующей плиты служат специальные электролампочки. Корпуса связаны между собой четырьмя направляющими колонками и

394

втулками. Штамп совмещенного действия состоит из двух (рис. 4.100, а) или трех (рис. 4.100, б) пластин толщиной 15 мм. При этом вырубная матрица штампа простого и пуансон-мат- рица штампа совмещенного действия изготовляются из стали 40 или 45 с закалкой до твердости 37…40 HRCэ, пуансон же изготовляется из стали 20 с цементацией на глубину 0,5…0,8 мм и закалкой до 55…58 HRCэ Съем материала и выталкивание детали производятся резиновым съемником. При малой площади пуансонов сила их притяжения к плитам блоков может оказаться недостаточной и пуансон может оторваться от плиты блоков. Поэтому небольшие пуансоны рекомендуется прикреплять к широкой подкладке.

Рис. 4.101. Комплект пуансона и матрицы для пробивки, устанавливаемых на электромагнитном блоке.

395

снизу позволяет осуществлять разнообразные штамповочные операции — вырубку, пробивку, гибку, вытяжку, формовку и др. Таким образом, эти блоки являются более универсальными, чем электромагнитные.

Штампы мелкосерийного производства с резиновыми частями. При изготовлении небольших партий деталей сложной конфигурации из тонколистового материала (S < 3 мм) используются штампы с резиновыми элементами. Они применяются как для разделительных операций — вырубки и пробивки, так и для формоизменяющих операций — гибки, вытяжки и формовки. При использовании резины для разделительных операций можно штамповать металлы толщиной: для алюминия — от 1,3 до 2,0 мм, дуралюмина — до 1,3 мм и стали — до 1,0 мм. При вырубке наружного контура роль пуансона выполняет стальная пластина (шаблон), а роль матрицы — резиновая подушка; при пробивке отверстий, наоборот, применяются стальная матрица и резиновый пуансон. С помощью резины можно также осуществить совмещенную штамповку наружного контура и отверстия или формовку и обрезку. Резиновые части при штамповке могут быть использованы без применения ограничителей по их боковой поверхности, т. е. в свободном состоянии, или их помещают в контейнер. Удельное давление резины, создаваемое в контейнере, будет выше, чем в свободном состоянии. Минимальные размеры отверстий, пробиваемые резиновым пуансоном, зависят от удельного давления резины и толщины материала. При штамповке резиновым пуансоном стальных листов толщиной от 0,3 до 1,0 мм и с удельным давлением от 8,5 до 29 МН/м2 минимальный диаметр отверстия будет от 7 до

14 мм.

По своей конструкции для разделительных операций штампы с резиновыми частями можно отнести к пластинчатым. Стойкость их определяется работоспособностью резины.

397

Механические свойства резиновых частей штампа

Наибольший срок службы резина имеет при ее деформации на 20…25 % . Для увеличения срока службы можно срезать изношенный слой и вместо него наклеить новый. Стоимость подобных штампов обходится в три-четыре раза дешевле стоимости обычного стального штампа.

Штампы с резиновыми элементами для штамповки небольших деталей устанавливают на винтовых фрикционных прессах. При штамповке сравнительно крупных деталей, а также при групповой штамповке нескольких деталей из одного листа используются крупные гидравлические прессы с усилием до 50000 кН, которые снабжены двумя, четырьмя или шестью выдвижными столами, работающими поочередно.

В формовочных, вытяжных и гибочных штампах применяется полиуретан — в основном в виде блоков. Полиуретановый блок работает аналогично резиновому. При этом, если твердая резина имеет удлинение 400 % и сопротивление разрыву 8,4 МН/м2, то твердый полиуретан имеет удлинение 550 % и сопротивление разрыву 30 МН/м2, сжимаемость его составляет всего 2…3 %.

Применение полиуретановых блоков матриц имеет ряд преимуществ: сохраняется толщина исходного листа при вытяжке стальных деталей даже с коэффициентом вытяжки 0,54; снижается усилие деформирования примерно на 15…20 %; удается сократить число операций по сравнению с вытяжкой на металлических штампах; не требуется пригонка рабочих частей штампа. Поверхность деталей после формовки в этих штампах получается без шероховатостей и царапин, и, таким образом, отпадает необходимость в отделке после

398

штамповки. Стойкость полиуретановых штампов в зависимости от сложности штамповки составляет от 10 до 50 тыс. деталей и более.

Упрощенные штампы для изготовления полых деталей.

При изготовлении полых деталей, требующих операций вытяжки, формовки и отбортовки, в мелкосерийном производстве применяются упрощенные штампы следующих типов: литые алюминиевоцинковые; деревянные и деревяннорезиновые; бетонно-металлические; из пластмассы с наполнителями. Указанные штампы используются для изготовления средне- и крупногабаритных деталей сложной конфигурации из материалов толщиной до 1,5 мм. Такие детали характерны для опытного производства, в авиационной промышленности, а также в вагоно- и судостроении.

Алюминиево-цинковый сплав, применяемый для вытяжных и формовочных штампов автомобильной и авиационной промышленности, содержит 7,0…8,5 % А1, 2…3 % Сu, 1,3 % РЬ, 0,5 % Fe, остальное Zn; ав = 200- +260 МН/м2, твердость 100…110 НВ. За рубежом для этой цели применяется сплав кирксайт А и В, состоящий из 3,5…4,5 % А1, 2,5…3,7 % Сu, 1,25% Mg; σв = 220…280 МН/м2, δ = 3 % ; температура плавления 365…390 °С. Алюминиево-цинковый сплав имеет хорошие литейные качества, хорошее сопротивление истиранию, легко обрабатывается и имеет при переплавке небольшие потери. В этих штампах верхние и нижние плиты отливаются из чугуна, а рабочие части (пуансон и матрица) — из приведенных выше сплавов. Стойкость их составляет 5000…6000 деталей.

В свинцово-цинковых штампах матрица изготовляется из цинка или цинкового сплава, а пуансон — из свинца. Для придания свинцовой отливке большей твердости и износостойкости в свинец добавляют около 10 % сурьмы (по

399