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

При пробивке отверстий, а также при вырубке деталей «на про­ вал» пуансон должен изготовляться из более прочного сплава, чем матрица: пуансон из сплава марки ВК20, матрица — из ВК15 (по

данным исследования Н. К. Фотеева1).

Переточку твердосплавных вставок следует производить после их износа на 0,15—0,20 мм, в противном случае они начинают интенсивно выкрашиваться.

fl (по гаЬоритап посадочного гнезда пресса}

рицы с твердосплавными вставками:

1— корпус; 2—твердосплавные вставки; 3 — стакан; 4 — втулка; 5 — гайка; h — высота сбор­ ной матрицы.

В случае использования твердых сплавов в комбинированных штампах для обеспечения их максимальной стойкости необходимо различные участки штампа оснащать твердыми сплавами, наибо­ лее подходящими для выполнения соответствующей операции (на­ пример, для вырубных сплавы марок ВК15 и ВК20, а для вытяж­ ных— ВК8 и ВК12.

На рис. 41 в качестве примера приводится последовательно­ вырубной штамп с твердосплавными вставками для изготовления Ш-образной стали.

При правильном изготовлении и эксплуатации твердосплавных штампов стойкость их в среднем в 30—50 раз выше стойкости сравнимых стальных штампов. Например, совмещенный штамп для вырубки пластины статора небольших размеров между переточ­ ками вырубил 405 тыс. деталей, при средней стойкости стального штампа в 7—10 тыс. деталей; увеличение стойкости в среднем 40—50 раз (по Н. П. Веденееву).1 Общая стойкость достигает не­ сколько миллионов штук.

1 Всесоюзное совещание по прогрессивной технологии холодно-штамповоч­ ного производства (тезисы докладов и сообщений). Машпром? 1959.

62

При зачистке корпуса барабана на 1-м часовом заводе им. С. М. Кирова на обычном стальном штампе стойкость между переточками составляет всего 3000—4000 штук деталей. Примене­ ние же штампа с матрицей из твердого сплава ВК8—В К12 обе­ спечивает зачистку деталей (без переточки) в количестве 100—120 тыс. штук; увеличение стойкости в среднем 25—30 раз [45].

Несмотря на то, что стоимость изготовления твердосплавного штампа в 1,5—5 раз выше аналогичного стального, все же эконо­ мически он оправдывает себя благодаря уменьшению потерь ра­ бочего времени от простоев оборудования и .рабочих (примерно на 60—70%), а также уменьшения издержек на ремонт и эксплуа­ тацию штампа.

11. Наплавка рабочих частей штампов твердыми сплавами

Значительного повышения стойкости штампов можно достиг­ нуть путем наплавки на рабочие поверхности деталей штампов твердых сплавов. Особенно этот метод оказывается эффективным при ремонте изношенных частей штампов.

В качестве наплавочных сплавов для штампов используются литые твердые сплавы сормайт № 2, кобальтовый стеллит ВКЗ и электродные сплавы.

Наплавка литыми твердыми сплавами. Литые твердые спла­ вы— сормайт и стеллит выпускаются в виде прутков диаметрсьм 5—10 мм, которые посредством ацетилено-кислородного пламени или электродуговой сварки наплавляются на рабочую часть штампа.

После наплавки он подвергается отжигу, закалке и отпуску;

штампов, работающих на истирание (гибочных, вытяжных, формо­ вочных), и для объемной формовки и высадки. Толщина наплав­ ляемого слоя 2—4 мм. Перед наплавлением штамп нагревается до температуры 600—650° С.-

Для вырубных штампов наиболее стойким является кобальто­ вый стеллит марки ВКЗ, имеющий достаточную вязкость. После

ствляется шлифованием нормальными абразивами, доводка или полирование— соответствующими порошками.

На рис. 43 показаны наплавленные вырубные пуансон и мат­ рица стеллитом или сормайтом (ГАЗ).

Стойкость формоизменяющих штампов, наплавленных твер­

63

Наплавка электродными сплавами. Электродные сплавы пред­ ставляют собой куски электродной проволоки из углеродистой (или из легированной) стали, обмазанные специальными легирую­ щими обмазками. Эти сплавы наплавляются электродуговой сваркой.

Для вырубных штампов весьма эффективным способом повы­ шения их стойкости оказалась наплавка рабочих частей штампа твердым сплавсм марки Т-540.

Рис. 43. Наплавка рабочих ча­

ски чистый— 15%. Твердость этого сплава после наплавки состав­ ляет /?с=30-ч-40, после отжига — /?с=24ч-32, после закалки и отпуска 7?с=54-ь60. Сплав Т-540 применяется для наплавки как при изготовлении новых, так и для восстановления изношенных ча­ стей штампа.

Корпус матрицы или пуансона наплавляемого штампа в этом случае может изготовляться из углеродистой стали марки Ст. били из низколегированной стали.'

64

На рис. 44 показана новая вырубная матрица с наплавлен­ ными рабочими элементами между выемкой в матрице и кониче­ ским медным стержнем, выполняющим роль внутренней формы. Размер наплавляемой рабочей кромки матрицы — 8X8 мм-

Технологический процесс наплавки ,вырубных матриц приво­ дится в литературе [3].

Рис. 45. Установка с внутренней и наружной формами для.наплавки изношенных матриц:

1—матрица; 2 — внутренняя форма-стержень; 3 — на­ ружная форма; 4—сплав Т-540.

Изношенную матрицу наплавляют в установке, состоящей из наружной и внутренней медных форм (рис. 45). Ширина и тол­ щина наплавляемого слоя 8—10 мм. Примерно такая же схема установки будет и для наплавки изношенного пуансона [3].

Наплавку изношенных штампов для листовой и объемной фор­ мовки некоторые заводы производят электродами со стержнями из стали Х12М. и Х12Ф1 с толстым защитнолегирующим покрытием, состав которого подбирается (расчетным путем) таким образом.

65

чтобы получить требуемый по химическому составу наплавленный

-слой [10].

12. Электроискровое упрочнение рабочих частей штампов

Приведенные выше способы имеют тот существенный недоста­ ток, что при работе штампа вследствие динамической нагрузки упрочненный слей часто скалывается или отслаивается. Многие из вышеприведенных способов технологически длительны, дороги и

-отличается простотой и малой трудоемкостью процесса и дает мо­ нолитный слой материала, прочно сцепленный с рабочими кром­ ками пуансона и матрицы штампа. Этот способ дает возможность упрочнять отдельные изнашивающиеся участки рабочих частей штампов.

Сущность этого способа состоит в том, что при искровом раз­ ряде в воздушной среде под действием выпрямленного пульсирую­ щего тока происходит полярный перенос материала электрода (анода) на деталь (катод). Этот перенесенный материал электрода легирует металл детали и, соединяясь химически с диссоциирован­ ным атомарным азотом воздуха, углеродом и материалом детали, образует диффузионный износоустойчивый упрочненный слой. При этом в слое возникают сложные химические соединения, высоко­ стойкие нитриды и карбонитриды, а также закалочные структуры [9], которые повышают твердость и износоустойчивость упрочняет мых поверхностей деталей.

Для упрочнения применяются рлектроды из металлокерамиче­ ских твердых сплавов титановольфрамовой группы — марок Т15К6 и Т30К4 и графитовые — марок ЭГ2 и ЭГ4 с зольностью не выше 1,8%. Твердосплавные электроды обеспечивают большую глубину упрочнения (0,06—0,09 мм и даже до 0,25 мм) [12, 38, 46] при чи­ стоте упрочненной поверхности порядка 6.-го класса, их следует применять для упрочнения штампов группы резки.

Графитовые электроды обеспечивают высокую чистоту поверх­ ности (снижение исходной чистоты поверхности происходит только на 1.—2 класса), но зато дают малую глубину упрочнения (0,02^—0,06 мм); их следует использовать для упрочнения вытяж­ ных и формовочных штампов [12, 38, 46].

Режим работы по упрочнению деталей штампов устанавли­ вается в зависимости от типа и размеров штампов. Для обеспече­ ния высокой стойкости упрочнение, как правило, следует произво­ дить двумя-тремя покрытиями [38, 46].

Стойкость штампов в зависимости от рода электрода и от при­ меняемого электрорежима упрочнения (а следовательно, и оттол-

-66

щины слоя) увеличивается в 1,5 —5,0 раз по сравнению с неупроч* ненной поверхностью [38, 46].

V.ТЕХНОЛОГИЯ, КАЧЕСТВО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ ШТАМПОВ

ИУСЛОВИЯ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

талей штампов влияет на общую стойкость штампов.

Правильное назначение технологических операций и последова­ тельности переходов обработки и тщательное выполнение их пред­ определяет высокое качество штампа.

Так как в специальной литературе [12, 19, 32, 33] довольно под­ робно освещены вопросы изготовления и сборки штампов, то ниже' будут отмечены некоторые основные моменты технологии их изго­ товления, существенно влияющие на стойкость рабочих частей штампов.

Изготовление и сборка вырубных, штампов

Для вырубных штампов важным моментом, влияющим настойкость штампа, является правильное и равномерное распределениезазора по контуру. Последнее обеспечивается точностью уста-- новки пуансонов по отношению к матрице в пуансонодержателе- и в направляющих устройствах для пуансонов.

Положительно сказывается на точности установки пуансонов заливка их легкоплавким сплавом. На ленинградских заводах «Электрик» и «Электросила» им. С. М. Кирова [56] применяют сле­ дующие составы сплавов: 48% Bi; 32% Pb; 15% Sn; 5% Sb (тем­ пература плавления 95—100° С) или 52% Bi; 32% Pb; 16% Sn (температура плавления 95° С).

Рекомендуемая форма пуансонодержателя для заливки пока­ зана на рис. 46. Из-за низкой механической прочности сплава этот способ заливки применяется для вырубки материалов толщиной до 1 мм.

За рубежом находит также применение и заливка направляю­ щей плиты вокруг отверстия для пуансона цинковым сплавом Zamak Z — 430, следующего состава: 54,5% Zn; 29% Sb; 6% Си; 10,5% Pb [44]. Трудоемкость изготовления направляющих плит по­ этому способу снижается на 60%.

Антифрикционные свойства заливаемого сплава увеличивают срок службы штампов, в особенности при их работе на быстро­ ходных прессах. Изношенные .направляющие плиты могут бытьлегко отремонтированы путем повторной заливки.

67

Более дешевым способом закрепления пуансона является за­ ливка его эпоксидной пластмассой. В настоящее время освоен метод крепления пуансонов с помощью самотвердеющей пласт­ массы АСТ-Т (акрилат самотвердеющий технический), процесс заливки которого продолжается всего 10—15 минут [37].

На ленинградских заводах в последнее время успешно приме­ няется для закрепления пуансонов в держателе и направления их в плите — съемнике пакетных штампов быстротвердеющая пласти­ ческая масса «Стирокрил» (рис. 47).

Стирокрил хорошо работает на истирание. Качество работы штампов с направляющими плитами, залитыми стирокрилом, зна­ чительно повышается, так как зазор величиной в несколько микрон -обеспечивает плотное направление пуансона в плите и предотвра­ щает затяжку кромок отходов полосы. При штамповке деталей из

электротехнической стали толщиной 0,2—0,5 мм стойкость штампа составляла 120 000 штук [58].

У штампов с направляющими колонками точность работы их достигается тщательной взаимной пригонкой втулок и колонок, чему способствует одновременное растачивание отверстий под втулки и направляющие колонки.

Обычно крепление колонок и втулок в верхней и нижней пли­ тах производится путем запрессовки. На некоторых заводах (за­ вод «Электросила») в целях предохранения втулок от деформации при запрессовке вместо прессовой посадки применяют плотную по­

садку с креплением их к плите за фланец, что несколько упрощает и улучшает качество сборки блока.

Для уменьшения перекосов при сборке колонок и втулок прак­ тикуется посадка их не при обычной температуре, а с применением

68

плит производится без всякого усилия, а после нагрева их до нор­ мальной (комнатной) температуры получается надежная посадка при полном отсутствии перекосов.

Хорошее направление и чистоту поверхности сопрягаемых де­ талей дает притирка готового блока на прессе до 20—25 тыс. хо­ дов при обильной смазке.

На отечественных заводах приняты следующие нормы точности блоков штампов: зазоры между втулками и колонок — по сколь­ зящей посадке 2-го класса точности, а для небольших штампов и особо точных работ даже 1-го класса точности по ГОСТ; несоос-

направление штрихов от шли­ фовки, поперечная шлифовка ускоряет износ пуансона и снижает

его стойкость примерно на 15—25%. Большая стойкость дости­ гается в тех случаях, когда направление волокон и направление штрихов совпадают с направлением штамповки. Переход от рабо­ чей части пуансона к его основанию должен быть плавным, под­ резание в этом месте пуансона приводит к образованию микротре­ щин в нем и к последующему его износу.

Вырезку рабочих отверстий в матрице также следует произво­ дить с учетом направления проката. Особенно это необходимо со­ блюдать для матриц со сложным контуром вырубки, имеющим длинные и узкие выступающие части; последние должны распола­ гаться в направлении проката. Вообще, как правило, более длин­ ная или более ослабленная проходным отверстием сторона заго­ товки матрицы должна быть расположена по направлению про­ ката. Отверстия в матрице следует разделывать совместно с от­ верстиями в направляющей плите-съемнике и пуансонодержателе.

69

Сборку вырубных штампов следует производить по специально изготовленным точным шаблонам, одна сторона которых имеет выступ и входит в отверстие матрицы, а вторая, наоборот, имеет углубление, по которому центрируется и устанавливается пуансон.

Практикой установлено, что чистота поверхности рабочих ча­ стей вырубного штампа должна быть следующая: для штам­ повки— вырубки тонких материалов толщиной до 1,2—1,5 мм по­ верхность рабочих частей штампа должна обрабатываться с чи­ стотой 9—8 классов чистоты по ГОСТ; для штамповки материалов толщиной свыше 1,5 мм чистота поверхности может быть соответ­ ственно снижена до 7 класса чистоты.

Изготовление и сборка гибочных, вытяжных и формовочных штампов

Для, гибочных и вытяжных штампов весьма важными факто­ рами, влияющими на их стойкость, являются радиусы закруглений рабочих кромок матрицы, пуансона и прижимного кольца и зазоры между ними. Несоблюдение при изготовлении штампа заданных размеров приводит к снижению стойкости инструмента.

При изготовлении этих штампов следует обратить внимание на то, чтобы сопряжение закругленных кромок и рабочих поверхно­ стей матрицы, пуансона и прижимного кольца (особенно для вы­ тяжных штампов) было бы плавным, без наличия уступов или углублений. Не рекомендуется иметь уширение вытяжного от­ верстия матрицы к верхней и к ‘нижней ее плоскостям. Распреде­ ление зазора по контуру вытяжки должно быть строго равно­ мерным.

При сборке штампа следует соблюдать соосность пуансона, матрицы и прижимного кольца; горизонтальные плоскости их должны быть параллельно расположены.

Для вытяжных и формовочных штампов исключительнее зна­ чение для увеличения стойкости инструмента имеет чистота обра­ ботки рабочих поверхностей штампа. С этой целью такие штампы после шлифовки подвергаются полировке с доведением чистоты их рабочих поверхностей до 10—9 классов чистоты, за исключением поверхности вытяжного пуансона в месте перехода от тооца к стенкам, которая для увеличения полезной силы трения обра; батывается менее чисто (3—4 классы чистоты).

На стойкость вытяжных штампов и в особенности вытяжных матриц в сильной степени влияет направление штрихов (рисок) после шлифовки. Оставшиеся поперечные риски на стенках рабо­ чего отверстия матрицы после обычной круглой шлифовки, кото­ рые расположены перпендикулярно к направлению перемещения материала при вытяжке, несколько увеличивают износ матриц.

В настоящее время за рубежом появились специальные станки для шлифовки и полировки вытяжных матриц с помощью гибкой

70

абразивной ленты, движущейся в вертикальном направлении, что обеспечивает продольное расположение штрихов. На подобных станках можно обрабатывать матрицы с диаметром рабочего от­ верстия 8—300 мм и наружными диаметрами до 480 мм. По дан­ ным заводов изготовителей этих станков применение их повышает стойкость вытяжных штампов на 30—40% [2, 12].

Изготовление и сборка штампов для объемной штамповки

Обработка полостей штампа для объемной формовки и тем более сложной формы на металлорежущих станках во многих случаях представляет большие трудности, так как это связано с большим количеством слесарных работ. Кроме того, такая обработка яв­ ляется неблагоприятной с точки зрения стойкости штампов, ибо здесь происходит перерезание волокон металла, что приводит к бо­ лее быстрому износу их. Все это значительно удорожает стои­ мость изготовления штампов. Поэтому наиболее рационально изго­ товлять подобные штампы путем выдавливания на гидравличе­ ских прессах. В качестве инструмента для выдавливания углубле­ ний в матрицах и в выталкивателях (оформляющих полость) слу­ жит мастер-пуансон, изготовленный из стали Х12ТФ и Х12М.

Вытеснение больших масс металла производится с нагревом заготовки, который Лучше всего производить с помощью токов вы­ сокой частоты [21]. Такой способ создает вокруг зоны выдавлива­ ния жесткий пояс из холодного металла, что противодействует те­ чению металла в стороны.

Выдавливание небольших масс металла производится в холод­ ном состоянии. Этот способ позволяет получить более точные по­ лости (3—4 класса), чем при выдавливании в свободном состоя­ нии (4—5 класса [36]). Чистота поверхности полости после холод­ ного выдавливания ее полированным мастер-пуансоном при усло­ вии предварительно отполированной поверхности заготовки полу­ чается 9—10 класса чистоты.

Прочность матриц со сквозной полостью можно увеличить по­ средством запрессовки с очень большим натягом в специальную закаленную обойму. Для этой цели матрицы выполнены в виде вы­ соких, сменных, сравнительно тонких втулок, имеющих наружный конус 1°, которые запрессовываются в нагретую промежуточную или в наружную обойму, обеспечивая натяг горячепрессовой по­ садки. При такой конструкции в матрице создаются большие сжи­ мающие напряжения, компенсирующие растягивающие напряже­ ния, возникающие в процессе объемной штамповки. Применение подобного метода позволило повысить стойкость матриц для объемной формовки в 1,5—2 раза и экономить дорогостоящую ле­ гированную сталь.

' При изготовлении’штампов для холодного (ударного) выдав­ ливания для повышения их стойкости рекомендуется,-чтобы поли­

71