книги из ГПНТБ / Скворцов, Г. Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки подготовительные работы

штампа. Последнее необходимо выполнять с учетом особенностей оборудования, массы штампа и возникаемых отрывных усилий.

В заключение отметим, что штамп, как и всякая конструкция, должен отвечать требованиям технической эстетики. Удобно и приятно работать, если оборудование и оснастка имеют хорошую внешнюю форму, без излишних нагромождений, с компактным исполнением деталей и узлов. Всегда можно сочетать прочность с малой металлоемкостью и удобной формой конструкции.

£ 2. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

При конструировании различных машин, приборов, оснастки всегда стремятся к созданию таких деталей и узлов, которые наи­ более полно и целесообразно решают поставленные перед ними производственные задачи и наиболее удобны в изготовлении. Штампы также должны состоять из технологичных деталей, не вызывающих особых трудностей при изготовлении и эксплуатации.

Весь комплекс вопросов, связанных с технологичностью дета­ лей штампов, изложить невозможно, поэтому обратим внимание только на некоторые, основные вопросы, отражающие специфику штампов. Например, немаловажное значение имеют методы по­ садки инструмента в державки, плиты и способы крепления его. При выборе метода посадки стремятся к тому, чтобы посадочные места были простой формы, легко обрабатывались и измерялись обычным универсальным инструментом.

Наиболее целесообразна посадка по цилиндру. Цилиндриче­ ский стержень и отверстие (гнездо) легко измерять универсальным инструментом. Взаимная пригонка спариваемых деталей или сов­ сем исключает ручной труд или требует незначительной затраты времени (например, развертывание).

Однако не всегда можно применять посадку по цилиндру. Иногда приходится прибегать к пригонке более сложных контуров. В этом случае при всем разнообразии форм рабочих деталей штам­ пов следует выполнять посадочные места пуансона с легко измеряе­ мым контуром. Например, посадочные места у пуансонов с рабо­ чими профилями (в поперечном сечении), приведенными на рис. 68, а и б, можно всегда выполнить на участке I в виде цилиндра (рис. 68, а) или прямоугольника (рис. 68, б). Это упрощает обра­ ботку, а также измерение окна державки и пуансона в зоне по­ садки.

При выборе более технологичной формы поперечного сечения посадочного места пуансона рекомендуется руководствоваться сле­ дующими положениями.

При отношении ^ 2 и наибольшем 'размере контура а до

15 мм целесообразна круглая форма (рис. 68). При отношении

- у < 1,3-т-1,5 и размере а — 15-т-ЗО мм также желательна круг-

130

лая форма. Когда размер а > 30 мм, необходимость в применении круглой формы определяют индивидуально. Врезка по овалу, эллипсу и другим трудноизмеряемым контурам не рекомендуется.

Независимо от того, какую форму посадочного места приме­ няют: круглую или прямоугольную, соответствующие детали необходимо выполнять с переменными сечениями (Л—Л, Б —Б

и т. д.).

Посадочную часть обычно строят с целыми размерами, удоб­ ными для использования нормального режущего и мерительного инструмента.

а)

Рис. 68. Посадочные места упрощенных форм пуансонов со сложным рабочим контуром

Детали, подвергаемые термообработке или получаемые литьем, следует конструктивно оформлять так, чтобы указанные процессы были легко выполнимы. Рассмотрим некоторые формы-термообра­ батываемых и литых деталей.

Рабочая деталь штампа (рис. 69) при значительной разнице размеров а и b склонна к деформации в процессе термообработки. Поэтому для придания жесткости желательно выполнять ее с флан­ цем (рис. 69).

Способ крепления детали зависит от размеров фланца: при ма­ лых размерах крепят посадкой в державку, при больших — непо­ средственно к плите. Размеры С и ft фланца в обоих случаях еле-' дует назначать минимальными. При этом экономится легированная сталь и уменьшается разница между массами соседних участков, что облегчает термообработку.

Выравнивание массы в различных сечениях также необходимо для деталей, получаемых литьем, особенно для больших деталей. Рабочие проемы, окна, выступы придают им значительную разностенность. Чтобы уменьшить ее, делают карманы, которые одновре­ менно снижают массу деталей. Карманы в литых деталях могут

предназначаться также и для обеспечения доступа к крепежным деталям или к инструменту. Во всех случаях лимитирующими эле­ ментами являются стенки и переходы между ними.

Задать точно размеры А и Б и т. д. стенок для всех отливок (рис. 70, а) технически невозможно. Необходимо стремиться к тому, чтобы разница между толщинами стенок была минимальной, так как напряжения, возникаю­ щие в отливке, пропорцио­ нальны разности толщин сте­ нок. Поэтому,чем больше раз­ ница толщины А и Б сопря­ гаемых стенок, тем больше радиусы закругления R (или

фасок под углом 45°).

Рис. 69. Примеры конструкций одной и той же рабочей детали штампа (пуансон—матрицы)

На основании данных ГАЗа, можно приближенно принять ра­ диусы закругления для отливок:

чугунных

А + в

6 ’

стальных

R = ^ .

Полученные результаты необходимо округлять до следующего нормального ряда: 5, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40, 50. Радиусы за­ кругления или фаски в стальных отливках больше, чем в чугун­ ных, так как напряжения и усадка в стальных отливках выше, чем в чугунных.

Для сокращения объема механической обработки следует ма­ ксимально уменьшать площади поверхностей, сопрягаемых с дру­ гимидеталями. В отливках крупногабаритных деталей необхо­ димо получать сквозные и глубокие глухие окна (ниши), а также предусматривать выходы для инструмента, которые не подвер­ гаются механической обработке. Форма этих выходов может быть

132

различной. Однако практика проектирования показывает, что наиболее рациональной является форма выходов, приведенных на рис. 70, б.

Размеры а, b и R всегда могут быть унифицированы. Например, для средних штампов в большинстве приемлемы следующие раз­ меры: а = 20 мм, b — З-т-5 мм, R = 5-г-10 мм.

Рис. 70. Примеры рационального выполнения отливок

Объем механической обработки можно сократить также умень­ шением высоты поясков Н и Н х в сопрягаемых деталях при усло­ вии, если это не ухудшит работы конструкции. Размеры С и / назна­ чают конструктивно в зависимости от толщины литых деталей и условий работы. Минимальный радиус R x принимают равным 20—30 мм. Допускается вместо радиуса R х делать фаску под углом 45° с катетом размером R x.

Поверхности крупных литых деталей, подвергаемые механиче­ ской обработке, можно выполнять не сплошными, а в виде отдель­ ных приливов в местах установки и крепления рабочих частей, запрессовки втулок,колонок,штифтов и других деталей (рис. 70, в). В этом случае остальная поверхность детали не обрабатывается.

133

Таким образом, в крупногабаритных литых деталях штампов необходимо предусматривать все возможное для упрощения и со­ кращения механической обработки.

В основных или монтажных плитах часто встречаются несквоз­ ные окна, предназначенные для посадки различных деталей штампа (или иногда для других целей). Основным способом их обработки является вертикальное фрезерование. Поэтому углы в проемах следует делать не острыми, а с закруглением, чтобы обеспечить свободный доступ инструмента для обработки всего замкнутого периметра.

а) S)

Рис. 71. Примеры выполнения несквозных окон в плитах штампа для монтажа рабочих деталей

Если врезаемые детали запроектированы с острыми углами, то в соответствующих окнах предусматривают специальные вы­ ходы для инструмента в виде технологических отверстий, канавок или в виде узких прорезей (рис. 71, а). Последнее обычно приме­ няют при небольшой глубине окон с тем, чтобы не вызвать большого ослабления плиты.

Если при врезке деталей допускается делать в углах относи­ тельно большие радиусы R, то фрезерование осуществляется без специальных выходов (рис. 71, б). Предпочтение следует отдавать способам, исключающим сверление отверстий. Однако на практике это не всегда удается.

Глубина фрезерования ограничивается диаметром и длиной рабочей части нормальных торцовых фрез. Иногда несквозное окно невозможно выполнить средствами инструментального цеха. В этих случаях деталь разбивают на две части, одну из которых (основную) изготовляют со сквозным окном, а другую — в виде сплошной плиты (рис. 72). Этот метод широко применяют еще и

134

в других целях: когда глубокое несквозное окно невозможно сде­ лать из-за недостаточной толщины несущей плиты или когда необ­ ходима специальная обойма (см. рис. 109, а).

Технологичность комплекта деталей, приведенных на рис. 72, выражается в том, что обеспечивается свободный доступ инстру­ мента при обработке окна и появляется возможность легко обра­ ботать дно проема до соответствующего класса чистоты.

Обратим внимание еще на некоторые вопросы технологич­ ности изготовления рабочих деталей.

В процессе термообработки возможно коробление крупнога-

баритных стальных деталей. Для устранения этого коробления пре­ дусматривают некоторый припуск на шлифование, доводку дета­ лей. Но если деталь имеет точнорасположенные отверстия, то коробление или усадка ее в результате термообработки могут при­ вести к браку. Задача усложняется тем, что в процессе корректи­ ровки расстояний между отверстиями изменяется их диаметр (или в общем случае их размер). Такое явление недопустимо для рабо­ чих отверстий и отверстий под фиксаторы. С целью предупрежде­ ния брака применяют вставные втулки (рис. 73) или разделывают отверстия после термообработки. Конструктор располагает только первым способом, так как второй зависит от возможностей изгото­ вителя.

Втулки'необходимо предусматривать в конструкции рабочей детали при проектировании штампа. Последовательность их изго­ товления следующая: после термообработки основной (рабочей) детали в ранее разделанные гнезда (обычно несквозные отверстия) впрессовывают заготовки, затем в собранном виде обрабатывают

135

соответствующие отверстия. С помощью нанесения каких-либо знаков фиксируют их положение относительно посадочного гнезда.

Если втулки предназначены для фиксаторов, то их оставляют в гнезде нетермообработанными. Если же втулки выполняют роль матриц, то их выпрессовывают и подвергают термообработке, а за­ тем устанавливают на прежнее место. При указанном выше техно­ логическом приеме можно выдерживать расстояния между отвер­ стиями с высокой точностью.

С целью облегчения механической и термической обработки матрицы рекомендуется выполнять секционными (см. рис. 150 и 151, а также работу [22]). Заметим, что здесь имеются ввиду ма-

трицы с. большими и малыми размерами рабочего контура. В по­ следнем случае особенно технологически оправдано, когда рабочее окно узкое или с острыми углами, труднодоступное для обра­ ботки (рис. 74, а).

Рабочую деталь можно собирать из нескольких элементов с по­ мощью взаимных посадок (с натягом или без натяга). Например, при наличии конуса внутри рабочей полости матрицы 1 целесо­ образно запрессовывать втулку 2 (рис. 74, б), которая отдельно от основной матрицы 1 легко подвергается механической обработке до и после закалки. Такой метод проектирования упрощает при­ гонку рабочей поверхности как до закалки, так и после нее. Ручной труд заменяется машинным. Появляется возможность для окончательной обработки использовать профилешлифовальные станки.

При проектировании специальных штампов, особенно больших, часто встречаются конструктивно необходимые детали с нетехноло­ гичной формой. К их числу относятся плоские детали в виде боль­ ших рамок или детали пространственной формы (рис. 75, а): при­

Выполнение деталей в виде сборных конструкций с помощью сварки в большинстве случаев не рекомендуется. Объясняется это прежде всего тем, что при сварке невозможно получить высокую

136

точность, которая необходима для деталей штампов. Неизбежное коробление сварных деталей вызывает необходимость применения механической обработки, часто неудобной для пространственной детали. Даже простую плоскую рамку, сваренную из нескольких частей, трудно обработать с высокой точностью. Поэтому в ответ­ ственных деталях штампа не рекомендуется применять сварку.

Деталь, когда нет возможности получить ее литьем, нередко удается собрать без сварки с помощью винтов и штифтов. Напри­

мер, этот метод применяют при сборке сложных выталкивателей (верхних и нижних), когда их выступающие части не испытывают отрывных нагрузок (рис. 75, б).

Приведенные рекомендации не исключают применения сварки при изготовлении других деталей штампов. Например, различные каркасы для армирования пластмассовых штампов рентабельно выполнять сварными. Иногда применяют сварные конструкции несущих плит, адаптеров, подкладных устройств, точность изго­ товления которых сравнительно невысокая. Кроме того, сварка незаменима при изготовлении кронштейнов и местном наращива­ нии неответственных деталей штампов.

В целом конструкцию штампа и отдельные ее узлы необходимо выполнять с учетом соблюдения технологичности сборки. Можно спроектировать хорошую по техническому замыслу конструкцию, но неудобную для сборки и замены отдельных ее деталей.

4 Всякий штамп состоит из стационарных деталей, не подверга­ ющихся частому демонтажу, и быстросменных или нестойких дета­ лей. К последним необходимо обеспечивать удобный доступ, ис­ пользуя соответствующие способы крепления. Быстроизнашивае­ мые детали необходимо периодически восстанавливать. Поэтому следует применять простые конструкции, при которых возможны машинная заточка и шлифование.

137

ГЛАВА III

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ

§ 1. ОСОБЕННОСТИ РАБО ТЫ ПУАНСОНОВ И М АТРИ Ц

Во время работы пуансон и матрица деформируют штампуемый металл. Но поскольку процесс штамповки возможен только при высоком давлении, то сами рабочие части (пуансон и матрица) также деформируются. Деформация рабочих частей очень незначи­ тельна по сравнению с' изменением формы штампуемых деталей, иначе невозможно было бы выполнять процесс.

Штампуемый металл испытывает преимущественно остаточную пластическую деформацию, а закаленные рабочие детали в основ­ ном упругую. Но возникает и обратное явление: каждая штам­ пуемая деталь в какой-то степени изменяется упруго после дефор­ мирования, а в пуансоне и матрице появляется малая остаточная деформация.

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

1)смятие от многократного действия ударной нагрузки;

2)продольный изгиб при значительной ее длине (по сравнению

споперечным сечением) и критических нагрузках;

3)поперечный изгиб при недостаточной жесткости конструкции штампа и пресса;

4)растяжение от больших растягивающих или распорных усилий;

5)смешанные сложные деформации при одновременном дейст­ вии различных усилий.

Появление остаточной деформации на поверхности рабочей детали изменяет ее размеры, в результате чего нарушается геометрия изделия. Поэтому материал для пуансона и матрицы необходимо назначать, исходя из конкретных условий работы с расчетом на высокую и достаточно продолжительную стой­ кость.

Наиболее важной характеристикой стойкости является твер­ дость поверхности рабочих частей, которая всегда должна отли­ чаться от твердости штампуемого материала. В крупносерийном или массовом производстве в большинстве случаев (за редким ис-

138

ключением) твердость рабочих частей штампа я„ значительно выше твердости штампуемых деталей # дет:

Яшт> Ядет-

Чем выше твердость рабочих частей, тем большее число годных деталей может быть выполнено штампом. Для мелкосерийного производства это положение также остается в силе. Однако здесь допускается и обратное положение, когда твердость рабочих частей штампа ниже твердости штампуемого металла. Р1апример, при штамповке тонколистового металла в штампах, выполненных из дерева, пластмассы (полимеров), которые по твердости уступают металлу, а также при штамповке с применением эластичных ма­ триц или пуансонов. Эластичной средой могут быть: газ, жидкость, резина, полиуретан, мягкий металл, например свинец, и др.

Таким образом, твердость рабочих частей штампа и штампуемой детали может быть связана неравенствами:

Характерно, что при увеличении разницы между твердостью рабочих частей и штампуемой детали заметно повышается стой­ кость соответствующего штампа. В самом деле, твердые сплавы выдерживают миллионы рабочих циклов, обеспечивая получение высококачественных деталей. Эластичные среды (газ и жидкость), выполняющие роль рабочих элементов штампа, также стойки и несрабатываемы.

Остановимся несколько подробнее на стойкости твердых рабо­ чих частей штампа, как наиболее распространенных.

Одним из важных вопросов при выборе материала для деталей штампов является соотношение прочностных характеристик штам­ пуемого материала с рабочими частями.

Разделение тонколистового металла на части, очевидно, воз­ можно только в случае, если рабочая среда может оказывать удель­ ное усилие большее, чем сопротивление срезу металла. Показа­ телем того, что твердые рабочие части штампа могут резать металл, является их способность сохранять заостренную режущую кромку. Притупление последней возможно в трех основных случаях:

1)когда поверхность рабочих частей обладает низкой твер­ достью и легко поддается смятию или другому виду деформации;

2)когда режущая кромка слишком хрупка и разрушается при нагрузках меньших, необходимых для разделения штампуемого металла;

3)при сильном тепловом эффекте, вызывающем преждевремен­

ный износ режущей кромки-.

Таким образом, для нормальных условий резания металла в штампах необходимо, чтобы поверхность рабочих частей не под­ вергалась смятию, режущие кромки не выкрашивались и сильно не нагревались.

139