книги из ГПНТБ / Повышение стойкости штампов для холодной штамповки обзор М. Е. Зубцов, доцент, канд. техн. наук Общество по распространению политических и научных знаний РСФСР [и др.].1960 - 4 Мб

Штампы для объемной формовки изготовляются весьма мас­ сивными, чем достигаются уменьшение их упругой деформации, повышение точности штамповки и стойкости инструмента.

Штампы применяются как постоянные, закрепляемые непосред­ ственно на пресс, так и сменные, устанавливаемые при помощи универсальных блоков. В них перестановка пуансонов и матриц производится без снятия блока с пресса.

Весьма существенным фактором повышения стойкости штампов для объемной формовки является правильный выбор марки стали и термической обработки рабочих частей. Большую роль играет также чистота поверхности их. Малейшие вмятины, царапины и трещины резко ускоряют износ штампов, а также ухудшают ка­ чество поверхности штампуемых деталей. Данные стойкости штам­ пов для объемной формовки приводятся в табл. 6.

Холодное выдавливание

Холоднее выдавливание представляет собой процесс, при кото­ ром металл заготовки под действием высокого давления и соответ­ ствующей скорости (8—14 м/сек) приходит в состояние текучести и перемещается из матрицы в зазор, образованный между стен­ ками матрицы и пуансона.

В последнее время этот метод, как технологически наиболее эффективный и высокопроизводительный, получил широкое при­ менение во многих отраслях нашей промышленности при изготов­ лении полых и трубчатых деталей с тонкими Стенками (0,05 мм) различной формы поперечного сечения.

Изделия, полученные способом холодного выдавливания, отли­ чаются высокой точностью (3—4 класс точности), хорошим ка­ чеством поверхности (7 класс чистоты) и высокими механиче­ скими свойствами.

Путем выдавливания изготовляются детали главным образом из цветных металлов и их сплавов: свинца, олова, алюминия, дуралюмина, меди, томпака, латуни и цинка.

Последние исследования, проведенные в СССР в ЦНИИТМАШ

и при выдавливании деталей из углеродистой стали (с содержа­ нием С до 0,45%) и даже из низколегированной стали. Этот про­ цесс характеризуется весьма высокой степенью деформации, ко­ торая составляет 75—95% за одну операцию.

Существуют, как известно, три способа холодного выдавлива­ ния: прямой способ, когда течение металла совпадает с рабочим движением пуансона; обратный способ, когда течение металла противоположно направлению движения пуансона; комбинирован­ ный способ, сочетающий первый и второй способы.

41

Стойкость штампов для холодного выдавливания зависит ог потребного удельного давления штамповки, материала и термо­ обработки рабочих частей штампа и качества их изготовления.

Выдавливание деталей из цветных металлов и их сплавов. При поямом способе выдавливания удельное давление составляет [31]:

для свинца и олова 7—16 кГ/мм2-.

»алюминия и цинка 40—100 кГ/мм2-,

»дуралюмина (марки-Д16) и меди 90—150 кГ/мм2;

»латуни (марок <7168 и Л62) 120—200 кГ/мм2.

пуансона из-за его неустойчивости встречается редко, так как при этом способе выдавливания он не подвергается продольному из­ гибу.

Штампы для обратного выдавливания в связи с требуемым большим удельным давлением для штамповки работают в более тяжелых условиях, чем при прямом. Основными причинами вы­ хода из строя штампа при обратном способе выдавливания являются как износ матрицы и пояска пуансона (рис. 33), так и поломка последнего из-за недостаточной его устойчивости.

Полсмка матрицы при обоих способах выдавливания встре­ чается реже; причиной ее чаще всего бывают дефекты изготовле­ ния и термической обработки.

Удельное давление при обратном способе выдавливания, со­ ставляет [31]:

42

для свинца и олова 15—40 кГ1мм2-,

»алюминия и цинка 80—130 кГ/мм.2;

»дуралюмина и меди 120—200 кГ/мм.2;

»латуни 180—260 кГ/мм2.

Благодаря таким высоким удельным давлениям стойкость штампов для обратного выдавливания будет примерно в 1,5 раза ниже, чем для прямого.

Так как комбинированный способ выдавливания включает причины, вызывающие износ штампов, свойственные прямому и обратному способам, то вполне очевидно, что стойкость их будет еще ниже, чем в предыдущих двух случаях. Данные о стойкости штампов для холодного выдавливания' приводятся ниже в табл. 7.

Формы матрицы и пуансона должны обеспечить наилучшее те­ чение металла при минимальных потерях на трение. Сопрягаемые участки штампа должны выполняться плавными линиями во избе­ жание появления термических напряжений при закалке; размеры и формы подобного инструмента даны в литературе (1, 31, 47].

Для увеличения прочности пуансона для обратного выдавли-' вания его следует делать коротким, длина пуансона должна быть не более 8—10 его диаметров. Рабочие поверхности матриц и пуансонов должны быть тщательно отполированы и отшлифованы (до 12—14 класса чистоты, за исключением торца пуансона для

возможность выдавливания стали ограничивалась высокими удель­ ными давлениями, требуемыми для деформации стали (при пря­

За последнее время разработаны рациональная геометрия ин­ струмента, а также эффективные способы покрытий и составы смазок, позволяющие значительно уменьшить контактное трение и удельное давление. Это дало возможность значительно увели­ чить стойкость штампов.

Рациональными видами покрытия поверхности заготовок ляется горячим раствором соли, в то время, как электролитичеческое покрытие медью и цинком и фосфатирование [1, 7, 48].

Метод покрытия фосфатом является более целесообразным,, так как слой фосфата пористый, хорошо удерживает смазку при высоких давлениях, а после проведения штамповки легко уда­ ляется горячим раствором соли, в то время как электролитиче­ ское покрытие этими свойствами не обладает.

При разработке технологического процесса на выдавливание стали следует иметь в виду, что при прямом выдавливании могжно. штамповать детали, у которых отношение высоты к диаметру составляет не более 24: 1.

43-

Для штамповки глубоких деталей процесс изготовления их следует разбивать на две операции: при первой операция выдав­ ливается по обратному способу толстостенный низкий колпачок, а при второй операции по прямому способу — тонкостенный высо; кий стакан (рис. 34).

Степень деформации за первую операцию составляет 60—70%,

более рациональной конструкции пуансона и, матрицы [1, 48], марки специальной стали, а также тщательной механической и термической обработкой их.

III. МАТЕРИЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ И ИХ ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА. ВЛИЯНИЕ ИХ

НА СТОЙКОСТЬ ШТАМПОВ

Правильный выбор материала для штампов и условий их тер­ мической обработки является одним из основных факторов, влияю­ щих на стойкость штампов.

При выборе материала для деталей штампа необходимо руко­ водствоваться масштабом производства (массовое или серийное), характером штамповочной операции, размерами и формой штам­ пуемой детали и свойствами материала, из которого изготовляется данная деталь.

При прочих равных условиях при массовом производстве де­ тали штампов должны изготовляться из таких материалов, кото­ рые могли бы обеспечить максимальную производительность при высокой стойкости штампов. Вопрос стоимости штампа в этом случае не является доминирующим. В условиях же мелкосерийного

44

производства, наоборот, следует применять штампы упрощенной конструкции и из относительно дешевых материалов.

По признаку работы и назначению детали штампов можно разделить на следующие группы.

Рабочие части: пуансоны и матрицы штампов для опера­ ций группы резки (вырубных, пробивных, отрезных и зачистных операций); пуансоны, матрицы и прижимы штампов для формо­ изменяющих операции (гибочных, вытяжных и формовочных); пуансоны, матрицы и выталкиватели штампов для прессующих операций—объемной штамповки.

Основания штампов — верхние и нижние плиты их. Направляющие устройства в штампах (колонки,

втулки, направляющие плиты).

Фиксирующие детали штампов (упоры, лозители и др.). Снимающие и выталкивающие устройства

(съемники, выталкиватели, прижимы и др.).

Устанавливающие и крепежные детали штампов (штифты, винты, болты).

Буферные устройства штампов (пружины, шпильки, тарелки и др.).

Ниже рассматриваются материалы и термическая обработка рабочих частей штампов, применяемых как в массовом и крупно­ серийном производствах, так и в мелкосерийном. 1 акже попутно приводятся материалы и их термическая термообработка для дру­ гих вышеперечисленных деталей штампов.

6.Материалы штампов для операции группы резки

иих термическая обработка

Крабочим частям (пуансонам и матрицам) штампов для резки предъявляются определенные требования, основными из которых являются следующие: способность металла противостоять большому давлению и ударам, хорошо сопротивляться износу от трения, со­ хранять острые режущие кромки без разрушения и затупления возможно больший период времени, а также иметь сравнительно

невысокую стоимость.

Учитывая условия работы и стоимость сталей различных марок, идущих на изготовление пуансонов и матриц штампов для резки, при выборе материала для них в условиях массового производства можно руководствоваться следующими данными.

При вырубке (пробивке, обрезке) деталей'простой конфигура­ ции из материала толщиной до 3—4 мм с успехом можно приме­ нять для пуансонов инструментальную углеродистую сталь марок

45

48

инструментальную легированную сталь марок Х12, Х12М, ХГ, при твердости после закалки Rc = 54 -ь 58.

Для матриц можно рекомендовать в первом случае стали ма­ рок У8А, У10А; во втором случае — Х12, Х12М, 5ХВ2С, 9ХВГ, Х12ТФ, Х12Ф1; твердость /?с = 58-^60.

В табл. 2 приводятся основные марки сталей и их заменители для рабочих частей вырубных и других штампов, а также — ре­ жим термической обработки их.

Материалы и данные о термической обработке различных де­ талей штампов приведены в табл. 3.

Большое применение в электротехнической промышленности,

струментальной углеродистой стали У10А или легированной стали, приведенных выше марок.

49

При такой конструкции значительно упрощается изготовление рабочих частей, улучшаются условия термообработки, создается возможность быстрой замены отдельных сломавшихся частей но­ выми вместо замены всей матрицы или пуансона.

На некоторых заводах электротехнической промышленности

вцелях увеличения стойкости, составные секции ставят на ребро

ииспользуют верхнюю и нижнюю их рабочие части (завод «Элек­

тросила» им. С. М. Кирова).

С целью экономии расхода инструментальной стали при вы­

1,5—3,0°.

Свисание режущей кромки пластины-матрицы над провальным

•окном опоры допускается не более 0,5 мм на сторону, иначе мо­ жет произойти преждевременная поломка пластины-матрицы.

Соприкасающиеся плоскости у обеих частей матрицы тщательно

Для гибочных, вытяжных и формовочных штампов самым важ­ ным является способность материала сопротивляться истиранию при значительных давлениях, т. е. обладать хорошей износоустой­ чивостью.

При штамповке деталей простой формы рабочие детали штампа можно изготовлять из инструментальной стали марок У8А и У10А.

50

При этом для штамповки из материала толщиной до 1 мм при­ меняют сталь марки У8А, а при толщине до 3—4 мм — У10А.

При штамповке деталей сложной формы при массовом произ­ водстве, а также в тех случаях, когда рабочие части штампа испы­ тывают большие напряжения во время работы, следует применять легированные стали марок 9ХС, ХВГ, Х12М, Х12ТФ и Х12Ф1 (см. табл. 2). Твердость инструмента после закалки при этом должна составлять R с = 58 -з- 62.

При изготовлении крупных деталей в автотракторной промыш­ ленности для формоизменяющих операций находят широкое при­ менение штампы, изготовленные из специальных чугунов, при­ мерно следующего химического состава (в процентах): 3,0—3,3 С; 1,6—2,2 Si; 1,6—2,0 N>; 0,8—1,1 Cr; 0,6—1,0 Мп; до 0,3 Р; до 0,1 S.

Эти чугуны закаливаются'в масле с температурой 850° С и отпу­ скаются при 350° С. Твердость их Яб = 350.

В последнее время для штампов находит применение «графи­ тизированная сталь». Под этим названием подразумевают стали, содержащие после специального отжига некоторое количество сво­ бодного графита свыше 0,7% (углерода отжига). Наличие в ука­ занных сталях графита в виде микроскопически малых включе­ ний придает им антифрикционные свойства при штамповке, что исключает налипание и задиры материала и обеспечивает тем са­ мым хорошее качество изделий и повышенную стойкость штампов.

При изготовлении штампов употребляют графитизированную сталь двух марок ЭИ293 и ЭИ366. Из стали ЭИ293 изготовляют рабочие части гибочных и вытяжных штампов при штамповке материала толщиной до 2 мм, а из стали ЭИ366 — рабочие части гибочных, вытяжных и даже вырубных штампов при толщине штампуемого материала до 4—5 мм. Опыты показывают, что стой­ кость штампов из графитизированной стали выше стойкости штам­ пов. изготовленных из стали У8А, в 8—5 раз.

Матрицы для вытяжки мелких деталей при массовом произ­ водстве, а также в случае вытяжки с утонением рекомендуется изготовлять в виде вставок-втулок или вкладышей из металлоке­ рамических твердых сплавов и впаивать или впрессовывать их

вспециальные обоймы.

8.Материалы штампов для прессующих операций — объемной штамповки и их термическая обработка.

Прессующие операции холодной штамповки производятся ин­ струментом, который в процессе работы испытывает большие пе­ риодически меняющиеся ударные нагрузки. Материалы, применяе­ мые для пуансонов и матриц прессовочных штампов, должны обла­ дать способностью противостоять большому давлению и ударам, а также хорошо сопротивляться износу и иметь повышенную из­ носоустойчивость,

51