2.5Штампы для листовой штамповки

Наибольшее распространение при изготовлении электрических машин имеют штампы вырубные, пробивные и гибочные.

По технологическому признаку, т. е. по характеру выполнения операций, штампы делят на простые и комбинированные.

Простыми штампами выполняется одна штамповочная операция, на­пример вырубка кружка, пробивка отверстия.

Комбинированными штампами выполняется две или несколько техно­логически различных операций. Комбинированные штампы бывают совме­щенного и последовательного действия.

Комбинированными штампами совмещенного действия изготовление де­тали производится за один ход пресса с концентрированно расположенными пуансонами при неизменном положении заготовки. Такие штампы называют компаундными.

В комбинированных штампах последовательного действия детали изго­товляют за несколько переходов под различными пуансонами за несколько шагов подачи материала и соответствующее число ходов подвижной части штампа.

Конструкция простого штампа для пробивки пазов в листе статора показана на рис. 3.3 Штамп состоит из двух частей: верхней с пуансоном (1) и нижней с матрицей (12). Верхняя часть штампа крепится к ползуну пресса за хвостовик (8). Нижняя часть штампа крепится к столу пресса двумя болтами нижней пли­той (13), на которой закреплена двумя винтами (11) матрица (12) из легирован­ной стали. Для предохранения от сдвига матрицы в процессе работы предусмот­рены два штифта (10). Пуансон (1) закреплен путем расчеканки его незакаленно­го конца в пуансонодержателе (4), который двумя винтами (9) скреплен с верх­ней плитой (7). Для предохранения пуансона от расшатывания при ударах штам­па между пуансонодержателем и верхней плитой проложена стальная термиче­ски обработанная прокладка (6). К пуансонодержателю двумя винтами (5) при­креплен съемник (2), который может скользить вдоль пуансона и отжиматься двумя спиральными пружинами (3). При разжатом состоянии пружин съемник перекрывает режущую кромку пуансона на 0,5... 1,0 мм. Равномерность зазора между матрицей и пуансоном зависит от точности установки штампа на прессе

Работа штампа происходит следующим образом. Штампуемый лист кладут на матрицу. После включения пресса его эксцентриковый вал делает один оборот, в течение которого ползун вместе с закрепленной на нем верхней частью штампа опускается и поднимается, совершая двойной ход. Скорость движения ползуна неравномерная. Она снижается при подходе ползуна к нижней точке, когда пресс развивает максимальное усилие вырубки. При опускании верхней

части штампа сначала съемник при­жимает штампуемый лист к матрице, а затем пуансон, продолжая опускаться вниз, сжимает пружины съемника. Ко­гда пуансон углубится в матрицу, произойдет вырубка паза. При ходе ползу­на вверх сначала пуансон выходит из пробитого в листе отверстия, и уже после этого по мере расжатия пружин съемник поднимается с матрицы. На­личие съемника исключает возмож­ность застревания листа на пуансоне. Внутренние отходы от вырубки прова­ливаются вниз через отверстие в мат­рице. Отштампованное изделие и внешние кромки полосы необходимо убирать из зоны штампа после каждого хода пресса. Поэтому число ходов пресса в минуту относительно неболь­шое.

Простые пробивные штампы простые по конструкции и дешевы в из­готовлении.

Рисунок 3.3-Простой штамп для пробивки пазов в листе статора

а)- верхняя часть штампа, б)-нижняя часть штампа, 1-пуансон,2-съёмник,3-пружина съёмника,

4-пуансонодержатель, 5,9,11-винты крепления, 6-прокладка, 7-верхняя плита, 8-хвостовик, 10-штифт, 12-матрица,13-нижняя плита.

Комбинированные штампы со­вмещенного действия (компаундные) применяют при изготовлении листов якоря или ротора для пробив­ки отверстия под вал, вентиляцион­ных отверстий, пазов, вырубки наружного контура. Совмещенный штамп объединяет в себе несколько простых штампов и вырубает за один ход пресса одновременно на двух концентрических окружностях все пазы статора и ротора, а также осевое отверстие под вал. Производство таких штампов для листов сердечников является наиболее дорогим и трудоемким. Комбинированные штампы более производительны, чем пазовые, и обеспечивают высокую точность штампуемых деталей. Листы сердечников, изготовленные комбинированным штампом, имеют фактически одинаковые размеры. Отличия в размерах пазов и расстояний между отдельными пазами находятся, как правило, в пределах допуска на изготовление. Совмещенные штампы применяют при штамповке конструк­ционных деталей и электротехнической стали в опытном и мелкосерийном производстве.

Комбинированные штампы последовательного действия объединяют в себе несколько простых штампов, расположенных последовательно в од­ном блоке. Готовая деталь получается за несколько переходов, выполняемых последовательно по мере продвижения полосы на определенную величину, называемую шагом штамповки. Поэтому такие штампы часто называют ша­говыми.

Принцип действия комбинированного штампа последовательного дейст­вия рассмотрим на примере работы штампа для изготовления шайбы (рис. 2.4). В штампе совмещены операции пробивки двух отверстий и вы­рубка наружного контура. Полоса, из которой штампуется шайба, с не­большим зазором вводится в паз (6) съемника (4) и подается до упора в ус­туп (7). При включении пресса первым ударом пуансон (2) пробивает в по­лосе отверстие диаметром 10 мм, а боковые ножи (3) отсекают от кромок узкие полоски длиной а, называемой шагом штамповки (рис. 3..4, б, поло­жение 1). После первого удара полоса подается вперед в уступ (7) на вели­чину шага до упора срезами. На второй позиции пуансон (1) вырубает на­ружный контур с диаметром 25 мм, и готовая шайба проваливается через отверстия матрицы (5) и плиты штампа на стол пресса, а на первой позиции пуансон (2) и ножи (3) подготавливают вырубку последующей шайбы (по­ложение II). Таким образом, начиная со второго удара, из-под штампа вы­ходит одна готовая шайба.

Особенности конструкции комбинированного штампа последовательного действия заключаются в следующем:

1. изделия и отходы при штамповке проваливаются через отверстия в матрице;

2. шаг штамповки, на который продвигается полоса после каждого удара штампа, равен габаритному размеру изделия в направлении движения полосы плюс перемычка между вырубками;

3. минимальное число переходов п определяется числом замкнутых кон­центрических контуров;

4. последовательность вырубки замкнутых контуров развивается от цен­тра к периферии;

5. готовые изделия получаются при каждом ходе пресса, начиная с п-го;

6. во избежание перекосов ползуна пресса вырубные усилия переходов :справа и слева от центра штампа должны быть примерно равны.

а б

Рисунок 3.4 - Комбинированный штамп последовательного действия для изготовления шай­бы:

а - устройство штампа, 6 - схема штамповки; 1,2- пуансоны, 3 - боковые ножи, 4 - съем­ник, 5 - матрица, 6 - паз, 7 - уступ

Комбинированные штампы последовательного действия имеют следую­щие преимущества перед комбинированными штампами совмещенного дей­ствия:

1. более высокую производительность;

2. перемещение полосы, удаление отходов и готовых изделий, благодаря штамповке на провал, осуществляется автоматически, что увеличивает число ходов в минуту;

3. более простую конструкцию штампов, что делает их менее трудоемки­ми в изготовлении. Блочность конструкции создает удобства для заточки штампов и замены отдельных износившихся деталей штампа.

Комбинированные штампы последовательного действия называют много­позиционными. При числе переходов позиций, равном трем, - штамп назы­вают трехпозиционным, а при четырех переходах - четырехпозиционным.

Многопозиционные штампы широко используются на прессах автоматах при штамповке из ленты электротехнической стали листов магнитопроводов внеш­ним диаметром до 250...350 мм. Наиболее часто применяют четырехпозицион-ные штампы.

5. Зазоры между матрицей и пуансоном

Разница между рабочими размерами матрицы и пуансона называется зазором

Рисунок 3.5-Схема завершения вырубки штампом;1-пуансон,2-отход,3-матрица. 4-вырубленная заготовка

Разделительные операции при работе штампа совершаются разрушением металла в очаге деформации. В начальных стадиях деформирования происходит процесс пластической деформации (см. рис.3.5). Этот процесс нежелателен, но он неизбежен. Для локализации процесса пластической деформации вблизи поверхности раздела кромки пуансона и матрицы делают острыми, а зазор между пуансоном и матрицей -значительно меньше толщины штампуемого металла. Очаг пластической деформации охватывает всю толщину штампуемого листа и примыкает к рабочим кромкам пуансона и матрицы.

Рисунок 3.6 Схема процесса вырубки

а- образование очагов пластической деформации, б- смещение частей листа заготовки, в- образование трещин скалывания

Процесс отделения одной части металла от другой можно условно разделить на три стадии (рис.3.6).

1-– Стадия упругих деформаций, когда напряжения в металле не превосходят предела упругости. В начале первой стадии вырубки пластическая деформация сосредоточена у рабочих кромок пуансона и матрицы. По мере их смыкания очаги пластической деформации увеличиваются (рис. 3.6, а), а затем смыкаются.

2 –Стадия пластических деформаций когда происходит сильрый изгиб и растяжение волокон штампуемого металла.Начинается при необратимом смещении одной части листа относительно другой (рис. 3.6, б). В этот момент образуется гладкая блестящая поверхность, сглаженная силами трения, направленными вдоль боковых поверхностей пуансона и матрицы. По мере их смыкания степень де­формации увеличивается, и, когда ресурс пластичности будет исчерпан, на­чинается третья стадия.

3–Стадия скалывания ---- появление трещин скалывания и разрушения металла, которое заканчивается отделением одной части листа от другой (рис. 3.6, в). Скалывание начинается в тот момент, когда матрица внедряется в лист на определенную глубину h зависящую от физико-механических свойств металла и его толщины. Глубина h установлена экспериментально и изменяется в пределах от 0,2 до 0,8 толщины металла , чем мягче металл, тем h больше.

Рассмотренные стадии вырубки характеризуются видом боковой поверх­ности отделенной части металла, представленной на рис. 3.7.

Рисунок 3.7–Боковая поверхность отделённой части металла

Зона 1 пред­ставляет собой скругленную часть листа. Это необратимое скругление про­изошло в результате того, что слои металла, граничащие с поверхностью раз­деления (шириной порядка его толщины), охвачены пластической деформацией, которая изменяется от нулевого значния на внешней границе слоя до максимума у поверхности разделения. Интенсивность этого изменения происходит по степенному закону. Зона II представляет собой блестя­щую поверхность, сглаженную силами тре­ния. Зона /// - это поверхность скола, обра­зованная в результате возникновения и раз­вития трещин скалывания. Трещины скалы­вания направлены под определенным углом к поверхностям скольженияпуансона и матрицы. Этот угол называется естественным углом скола.Значение его зависит от физико-механических свойств металла и может со­ставлять от 4 до 6°.

Величина зазора оказывает существенное влияние на качество поверхно­сти штампуемых деталей, на силовые и энергетические затраты процесса штамповки, а следовательно, и на стойкость штампов.

В результате неправильно выбранного зазора происходит интенсивное затупление режущих кромок пуансона и матрицы в процессе эксплуатации штампа, вследствие чего на вырубаемых деталях и пробиваемых отверстиях образуются заусенцы, а на поверхности разделения различного рода дефекты.

Острозаточенные режущие кромки и оптимальный зазор между ними соз­дают наиболее благоприятные условия для процесса разделения деформи­руемого материала. При штамповке с притуплёнными режущими кромками очаг пластической деформации расширяется, что приводит к повышению сопротивления сдвигу . Образующийся при штамповке заусенец является частью упрочненной зоны и поэтому, взаимодействуя с рабочими поверхно­стями матрицы и пуансона, интенсифицирует их износ.

Величина зазора зависит от толщины штампуемого материала, его меха­нических свойств, а также от скорости штамповки. Зазор определяется по специальным таблицам, составленным на основании обобщения практиче­ских данных . При толщине металла 0,3...20,0 мм оптимальный зазор изменяется от 5 до 12 % от толщины листа S (меньшие значения к меньшей толщине, большие - к большей). При штамповке листов сердечников из электротехнической стали величину зазора принимают 3...6 % от толщины листа S.

Существует более дифференцированный подход к определению величины оптимального зазора с учетом требуемой шероховатости поверхности разде­ления, технологического усилия и стойкости штампа .

При штамповке особо тонкого металла толщиной менее 0,3 мм применяют штампы без специально предусмотренного зазора между пуансоном и матрицей. В данном случае контур сырого (незакаленного) пуансона полу­-чают путем протягивания через термически обработанную матрицу, изготовленную по специальному шаблону. *

В условиях высокоскоростной вырубки-пробивки (при числе двойных хо­дов пресса более 120 в 1 мин) из-за расширения штампа вследствие нагрева назначают зазоры между пуансоном и матрицей, увеличенные в 1,5...2 раза по сравнению с оптимальными.

При увеличенном зазоре при вырубке и пробивке до 15...20 % по сравне­нию с оптимальным стойкость инструмента существенно увеличивается, од­нако при этом качество поверхности среза становится хуже.

С уменьшением зазора (по сравнению с оптимальным) после вырубки возникают обратные по знаку растягивающие упругие деформации, приво­дящие к увеличению диаметра вырубленной детали и к уменьшению диамет­ра пробитого отверстия. При этом деталь остается в матрице, а отход плотно охватывает пуансон. Кроме того, с уменьшением зазора возрастает концен­трация нормальных напряжений у рабочих кромок пуансона и матрицы, это вызывает быстрое их притупление и, следовательно, снижение их стойко­сти. Вместе с тем, при малом зазоре отделяемая деталь имеет более точные размеры и остается плоской без дополнительной правки.