Skip to main content

Выбор конструкции штампа зависит от величины партии и точности изготовления штампуемых деталей, а также от толщины и механических свойств материала, идущего на их изготовление. В массовом крупносерийном производстве независимо от требуемой точности и толщины деталей надлежит применять инструментальные штампы. В серийном производстве область использования инструментальных штампов должна быть ограничена.

В серийном, мелкосерийном и опытном производстве инструментальные штампы следует заменять упрощенными, универсальноналадочными и универсальными. В настоящей главе рассмотрены только инструментальные штампы.

Инструментальные штампы. Основными требованиями, предъявляемыми к штампам с большим выпуском продукции, являются высокие производительность и стойкость, удобства эксплуатации, безопасность работы и экономичность изготовления.

По способу направления рабочих деталей инструментальные штампы для вырезки и пробивки делятся на штампы без направляющих, с направляющей плитой (пакетные), с направляющими колонками (блочные) и с сопряженными направляющими (блочные).

Штампы без направляющих или открытые штампы вследствие ограниченной стойкости, трудности установки на прессе и опасности для работающего имеют ограниченное распространение и применяются главным образом в мелкосерийном производстве для вырезки крупногабаритных деталей из материала толщиной более 5 мм и для пробивки отверстий в толстом материале.

Штампы с направляющей плитой применяются в серийном производстве для небольших по габаритным размерам деталей простой конфигурации толщиной 0,6—3 мм. Эти штампы обладают недостаточной стойкостью и имеют ограниченное применение. Для получения точного направления пуансона в плитах и крепления пуансонов в пуансонодержателе рекомендуется плиты и пуансонодержатели армировать стирокрилом, который хорошо работает на истирание. Применение стирокрила снижает трудоемкость изготовления направляющих плит и пуансоно-держателей и способствует повышению стойкости штампов.

Штампы с направляющими колонками широко используются в серийном и массовом производстве. Направляющие колонки в плитах блоков при вырезке и пробивке деталей малых и средних размеров могут иметь осевое, диагональное и заднее расположение. Для средних точных деталей, независимо от точности крупных деталей, блоки имеют три или четыре колонки.

Блоки выполняют с направляющими втулками скольжения и с шариковыми направляющими. Блоки с шариковыми направляющими рекомендуется применять для деталей простой и сложной формы при двусторонних зазорах между пуансоном и матрицей Z <=0,014 мм и для деталей сложной формы при Z<= 0,020 мм. Эти блоки применяются для штампов, оснащенных твердыми сплавами. Во всех остальных случаях можно применять блоки с направляющими втулками скольжения 2-го класса точности.

Вырезные штампы

Блоки с двумя направляющими колонками в случае их заднего расположения следует применять только для деталей толщиной свыше 0,6 мм при сравнительно простой их конфигурации.

Важным конструктивным признаком штампов для вырезки и пробивки является и тип съемника.

Штампы вырезные с жестким съемником обеспечивают более высокую производительность штамповки. При пробивке жесткий съемник затрудняет установку заготовок и удаление отштампованных деталей. Штампы вырезные с верхним прижимом применяют при вырезке деталей из тонких материалов, а дыропробивные штампы с верхним прижимом применяют независимо от толщины детали.

Вырезные штампы. Схемы вырезных штампов с направлением по колонкам, характерные для точного машиностроения и приборостроения, приведены на рис. 25.

Штампы с направляющими колонками бывают с верхним и нижним расположением матрицы. Штампы с верхним расположением матрицы используют для вырезки крупногабаритных деталей (заготовок); в точном машиностроении и приборостроении эти штампы имеют ограниченное применение, а потому не рассматриваются. Штампы с нижним расположением матрицы имеют много разновидностей. На рис. 25, а и б показац^ырезной штамп с двумя направляющими колонками, расположенными за осевой линией штампа (сзади). В обоих штампах вырезка осуществляется на провал.

При вырезке деталей размером свыше 200 мм, а также если в столе пресса нет отверстия, используют штампы с пружинным съемником и выталкивателем. При толщине материала менее 3 мм выталкивание осуществляется при помощи пружины или резины, а при толщине более 3 мм — при помощи рычагов, пневматических или гидравлических подушек.

Для деталей малых габаритных размеров и сложной конфигурации используют штампы с колонками, расположенными по одной оси штампа и по диагонали, а для крупных деталей — штампы с четырьмя и тремя колонками. Эти штампы здесь не приведены, так как они отличаются от показанных на рис. 25, с и б только блоками. При сложной конфигурации штампуемых деталей целесообразно применять штампы с составными матрицами, а иногда и пуансонами.

Составные матрицы выполняют секционными, сборными с вкладышами или вставками и комбинированными.

Секционные матрицы состоят из двух или более секций, образующих рабочий контур матрицы. Секционные матрицы применяют для длинных деталей (L > 200 мм), сложной конфигурации при наличии рабочих окон значительной длины шириной менее 2 мм и труднодоступных для обработки в целом виде мест. Сборные матрицы состоят из обоймы или основной матрицы, одного или более вкладышей или вставок. Сборные матрицы применяют при наличии у детали узких пазов, отверстий малых диаметров в матрицах длиной или шириной более 200 мм, нескольких одинаковых по конфигурации рабочих окон и рабочих контуров с участками шириной менее 2 мм.

Комбинированная матрица состоит из двух или более секций, в которые запрессован один или несколько вкладышей, образующих в совокупности рабочий контур матрицы. Такие матрицы применяют, когда необходимо сочетание секционных матриц со сборными. Пуансоны бывают секционными и сборными.

Дыропробивные штампы. Конструктивных типов дыропробивных штампов значительно больше, чем вырезных. Это объясняется большим разнообразием геометрических форм и размеров заготовок, поступающих на пробивку.

В зависимости от назначения дыропробивные штампы можно подразделить на три группы: для пробивки отверстий в плоских заготовках; для пробивки отверстий в гнутых или вытянутых заготовках, но на плоских поверхностях; для пробивки отверстий на криволинейных поверхностях изогнутых или вытянутых заготовок.

Первая группа штампов по оформлению близка к вырезным штампам. Они выполняются с направляющими плитами и с направляющими колонками. Заготовки в зависимости от размеров, формы и требований к точности фиксируются между штифтами или во вкладышах, расположенных на поверхности матрицы. Вкладыши бывают открытые, полузакрытые и закрытые. Дыропробивные штампы с открытыми вкладышами применяют для крупных деталей с односторонним расположением пробиваемых отверстий, для деталей с грубо выполненным контуром, но с выдержанным точно расстоянием отверстий от двух кромок контура, для изогнутых деталей, имеющих форму угольника, скобы и т. д.

Штампы с полузакрытым вкладышем следует применять для крупногабаритных деталей, имеющих отверстия, смещенные в одну сторону. Штампы с закрытым вкладышем следует применять для деталей, у которых отверстия должны быть точно выдержаны относительно контура. Для малогабаритных деталей в таких штампах имеются пружинные выбрасыватели. Штампы для пробивки отверстий в плоских деталях выполняют с пружинным и жестким съемниками.

Пружинный съемник следует применять при пробивке отверстий в деталях пространственной формы (во фланцах или донной части колпачков, скобах и т. д.), в плоских деталях малой толщины и в крупногабаритных деталях независимо от их толщины, когда они фиксируются по отверстиям или части контура.

Жесткий съемник применяют при пробивке отверстий в плоских и изогнутых деталях из толстого материала.

При малом числе пробиваемых отверстий в плоских деталях в серийном производстве применяют штампы с направляющей плитой. При большом числе пробиваемых отверстий, при сложной сетке расположения отверстий, а также в массовом производстве применяют штампы с направляющими колонками. При пробивке точных и малого диаметра отверстий используют также штампы с сопряженными направляющими. В них пуансоны получают направление в плите, которая, в свою очередь, имеет направление по колонкам. Примеры пробивных штампов для пробивки отверстий в плоских деталях показаны на рис. 26, а и б.

Весьма многочисленна вторая группа — штампы для пробивки отверстий на плоских поверхностях заготовок, прошедших вытяжку, отбортовку, рельефную штамповку или гибку. Фиксирование заготовки в штампе зависит от вида заготовки и расположения пробиваемых отверстий. Штампы бывают с жестким (рис. 27, б) и резиновым (рис. 27, а) съемником. Штампы для пробивки отверстий в заготовках, прошедших гибку, снабжают специальными устройствами для удерживания заготовок при пробивке.

Схема дыропробивного штампа, используемого при пробивке отверстий на плоских поверхностях изогнутых и вытянутых заготовок, показана на рис. 27, а.

В отдельную группу (условно) выделены штампы для пробивки отверстий, диаметры которых составляют до 1/3 толщины материала. Эти штампы (рис. 28, а, б) всегда выполняют с сильным прижимом

дыропробивные штампы для плоских заготовок

заготовки к зеркалу матрицы. Направление верхней части пуансона

а нижней — по отверстию подвижной втулки. В начале рабочего хода верхней части штампа заготовка прижимается к матрице I прижимом 2. Усилие прижима в зоне пробивки составляет 0,3—0,5 усилия собственно пробивки.

Схема дыропробивных штампов и вытянутых деталей

По мере дальнейшего опускания верхней части штампа пуансон 3 выходит из подвижной втулки 4 и осуществляет пробивку. При обратном ходе ползуна пресса благодаря действию пружин прижим и втулка возвращаются в исходное положение. Пуансоны в этом случае изготовляют из стали ЭХА, ЭХ, ХВГ, Х12Ф1, Р9, твердость пуансона HRC = 60 -62. Зазор между пуансоном и втулкой равен примерно (0,01—0,03) диаметра пуансона, а зазор между пуансоном и матрицей составляет (0,01-0,02) d (d — диаметр пуансона в мм). Пробивку следует осуществлять со смазкой.

Как показал опыт эксплуатации этих штампов на заводах, стойкость пуансонов составляет 6 000—30 000 ударов. Пробивке глубоких отверстий способствует то обстоятельство, что при увеличении относительной толщины S/d  существенно уменьшается сопротивление срезу

Штамп для пробивки отверстий малого диаметра в толстом материале

Рассмотренный способ пробивки можно применять и для отверстий некруглой формы, рекомендуем использовать его взамен сверления для получения отверстий диаметром до 8 мм во втулках и анкерных гайках. Направление пуансонов может осуществляться в телескопических втулках или в направляющих штифтах. Точность отверстий, пробиваемых в плоских заготовках или во втулках, высота которых доходит до трех диаметров пуансонов, не менее 4-го класса, а шероховатость поверхности — не ниже 5-го. Усилие пробивки рассчитывается по формуле

Величина удельного давления q для сталей 15, 20, 30 и 35Х при высоте (толщине) заготовки (2 – 3) d может быть принята равной 280—300 кГ/мм2.

Штамп с автоматическим делительным механизмом

Третья группа дыропробивных штампов подразделяется на роговые, с делительным механизмом и для одновременной пробивки

нескольких отверстий, расположенных по окружности в одной или нескольких плоскостях без поворота детали или на разных полках изогнутых деталей.

Роговые штампы (рис. 27, б) применяют для пробивки отверстий на боковой поверхности полых цилиндрических коробчатых деталей и изогнутых в виде скобки (П-образных) деталей. Конструкция этих штампов наиболее простая, но в них должны быть весьма тщательно продуманы вопросы фиксирования заготовки. Эти штампы используют при пробивке отверстий в одной плоскости в серийном и массовом производстве.

Штампы с делительным механизмом просты в изготовлении, но обладают следующими недостатками: пониженной точностью в работе, малой производительностью (если поворот осуществляется вручную), трудностью обслуживания при обработке малых деталей. Эти штампы применяются для заготовок с любым расположением отверстий по окружности. В серийном производстве деталей, в которых отверстия расположены по окружности на равных расстояниях друг от друга, используют штампы с автоматическим управлением; заготовка для пробивки отверстий получает периодический поворот от храпового механизма. Пример штампа с автоматическим делительным механизмом для пробивки отверстий по окружности на плоских деталях или на фланцах и дне вытянутых деталей показан на рис. 29. Храповое колесо 1 поворачивает собачка 2, получающая перемещение от верхней части штампа через рычаг-балансир 3 и ползушку 4 ,фиксирует поворот защелка 5. В механизме имеется колодковый тормоз 6.

Аналогично решается задача и в штампах для пробивки отверстий на боковой поверхности вытянутых цилиндрических или конических деталей. В этих штампах оправка с матрицами и храповое колесо механизма периодического поворота “заготовки горизонтальны для цилиндрических деталей, а для конических наклонены под углом,’соответствующим углу наклона образующей конуса.

Штампы для одновременной пробивки отверстий, расположенных в одной и разных плоскостях, применяют в крупносерийном и массовом производстве и в серийном, когда необходимо выдержать точно взаимное расположение пробиваемых отверстий. Наиболее интересными узлами в штампах для пробивки отверстий, расположенных в разных плоскостях, являются механизмы привода пуансонов, расположенных под углом до 90° по отношению к направлению перемещения ползуна пресса. Передача на пуансоны, расположенные таким образом, осуществляется клиньями, закрепленными в верхней части штампа.

Для управления перемещением применяют и специальные механизмы -— приводы гидравлические или пневматические. Ниже приводятся штампы для пробивки отверстий, расположенных на боковых сторонах. В штампах, показанных на рис. 30, а и б, клинья 1 перемещают ползушку 2 с пуансонами 3 для пробивки отверстий на боковой поверхности, одновременно пуансон 4 пробивает отверстия в дне детали (рис. 30, б). Деталь удаляется съемником 5.

В штампе на рис. 30, в одновременно пробивается шесть пазов. Перемещение пуансонов 11 и 12 после того, как заготовка установлена на матрицу 6 и прижимом 7 под действием пружины 8 прижата к опорному базовому торцу матрицы, осуществляется под воздействием клиньев 9 и 10. После пробивки пазов деталь снимают вручную при помощи двух стержней, запрессованных во втулку толкателя (на рис. 30, в отсутствует).

Пробивку отверстий и пазов в деталях значительных размеров производят со стороны внутренней поверхности. Пуансоны получают перемещение от клиньев, толкателей и пружин.

При небольших размерах предварительно вытянутой заготовки по диаметру и более четырех отверстий для перемещения дыропробивных пуансонов 6 вместо клиньев целесообразно использовать кольцо с конической расточкой (рис. 31). Кольцо 1 получает рабочее перемещение от толкателей 2, закрепленных в верхней плите 3 штампа, а возврат в исходное положение осуществляется с помощью выталкивателей 4, находящихся под действием пружин 5.

Сложность и громоздкость штампов для одновременной пробивки отверстий в полых или изогнутых заготовках, а также нерациональное использование мощности пресса позволяют рекомендовать для проведения этих операций (особенно для средних и крупных деталей) специальные переналаживаемые прессовые агрегаты. При изменении конструкции обрабатываемой детали используют основные узлы прессового агрегата. Такое оборудование целесообразно создавать даже при условии сравнительно частого изменения, конструкции изделий.

На рис. 32 представлена принципиальная схема переналаживаемого прессового агрегата, используемого для пробивки отверстий на боковой поверхности полой детали 1. Агрегат состоит из стола 5, на котором установлены гидроцилиндры 4, в штоках которых укреплены пуансоны; матрица 2 и направляющие втулки 3 расположены на столе 5 агрегата. Пробивка может производиться либо всеми гидроцилиндрами агрегата одновременно, либо последовательно, либо группами. Порядок срабатывания гидроцилиндров выбирается в зависимости от конфигурации обрабатываемой детали.

Схема переналаживаемого агрегата для пробивки отверстий

В каждом конкретном случае приводные гидроцилиндры 4 могут быть установлены в нужном положении и сочетании. При необходимости гидроцилиндры могут быть демонтированы и смонтированы в иную комбинацию.

Конструкция одной из головок для пробивки показана на рис. 33. Головка состоит из силового гидравлического цилиндра, шток которого через промежуточный держатель с Т-образным пазом передает движение пуансону.

Гидроцилиндры управляются стандартными пультами гид-роуиравления, которые обеспечивают нужную величину хода штоков гидроцилиндров и скорость их рабочего и холостого ходов, а также выдерживают любую нужную последовательность срабатывания гидроцилиндров. Такие агрегаты выполняют и с пневматическими приводами. На рис. 34 показан пневмоагрегат, используемый для пробивки отверстий в стенке предварительно вытянутой цилиндрической заготовки. Агрегат снабжен двумя поршневыми пневмоцилиндрами, расположенными горизонтально. На рисунке изображена только левая половина агрегата (один пневмоцилиндр.). Обращают на себя внимание конструкция головки штока и исполнение дыропробивных пуансонов. Хвостовики пуансонов выполнены сферическими плавающими и могут самоустанавливаться в пуансонодержателе. Так как в процессе работы пуансоны должны быть направлены перпендикулярно к стенке заготовки,

в которой пробиваются отверстия, в пуансойодержателях сделаны радиусные канавки. Применение «плавающих» пуансонов разрешает вопрос об одновременном пробивании всех отверстий, хотя они смещены относительно друг друга но окружности. Пуансонодержатели с пуансонами перемещаются по направляющим колонкам, а пуансоны — в направляющей плите. Порядок следующий. Заготовку надевают на фиксирующие стойки 1 и матрицы 2, затем поворотом рукоятки трехходового крана сжатый воздух из сети подают в пневмоцилиндры; поршни, а значит и штоки, перемещаются к штампуемой заготовке и через пуансонодержатели давят на пуансоны 3, которые и пробивают отверстия. При повороте рукоятки трехходового крана в обратное положение поршни и штоки пневмоцилиндров отходят назад, деталь с пробитыми отверстиями снимается со штампа и цикл повторяется. Пневмоагрегаты могут иметь и иные конструктивные исполнения.

Для привода в пневмоагрегатах используются пневмоцилиндры, а если ход небольшой (менее 50 мм) и потребное усилие мало, вместо цилиндров целесообразнее использовать пневмокамеры. Для отверстий малого диаметра могут быть использованы агрегаты с электромагнитными приводными головками. Рассмотренные агрегаты еще мало используются в штамповочных цехах, но рациональность их применения очевидна.

Штампы твердосплавные. Широкое развитие холодной штамповки и массовый выпуск ряда изделий, а также использование в изделиях труднообрабатываемых материалов потребовало разработки новых материалов для рабочих деталей штампов, обладающих высокой износоустойчивостью.

Такими материалами являются металлокерамические твердые сплавы. Из большого количества металлокерамических твердых сплавов для вырезных и пробивных штампов используются твердые сплавы вольфрамовой группы марок ВК20 для пуансонов и ВК15 для матриц.

На рис. 35 показан штамп для вырезки прямоугольных пластин из электротехнической стали.

Рабочее отверстие матрицы выполнено в целой твердосплавной вставке 1, запрессованной в стальной корпус 2. Пуансон 3 представляет собой твердосплавную пластину, запрессованную в пуансоно-держатель 4. Нагрузку при вырезке воспринимает стальная каленая пластинка 5.

В связи с тем, что к стабильности размеров штампуемых деталей предъявляются жесткие требования, вырезку деталей производят не на провал, а с обратной выдачей ее на поверхность съемника, откуда деталь сдувается сжатым воздухом в соответствующую тару. Для обеспечения такой схемы ведения процесса вырезки матрица расположена в верхней подвижной части штампа.

Еще один штамп с твердосплавными рабочими частями показан на рис. 36. Он предназначен для вырезания Г-образных заготовок пластин магнитопроводов трансформаторов. Упоры 7, ножи верхние 3 и нижние 4, 6 оснащены твердым сплавом. Режущие части штампа состоят из четырех твердосплавных пластин, две из которых имеют Г-образную форму, а две другие — прямоугольную.

Штамп вырезной твердосплавный

При этом первые пластины крепят к стальным основаниям 8 и 9 болтами, ввинченными в твердый сплав, вторые — к основаниям 2 и 5 припаиваются. Пуансон и матрица имеют сборную конструкцию. Элементы верхнего ножа запрессовываются в обойму 1, а нижнего — в нижнюю плиту.

Штамп вырезной на рис. 37 отличается от ранее рассмотренных тем, что он предназначен для трехрядовой вырезки. В этом штампе матрицы-вставки (с одной рабочей полостью и с двумя рабочими полостями) запрессованы в мат-рицедержателе, а пуансоны в пуансонодержателе удерживаются пайкой.

Применению твердосплавных штампов должен предшествовать анализ детали на технологичность. Опыт показывает, что отсутствие острых углов у детали имеет большое значение для стойкости штампа. Следует избегать отверстий малого диаметра, так как при этом затруднительно изготовить матрицу, выступами малой высоты и нежелательна гребенчатая форма с ширины и т. д.

При проектировании штампов с твердосплавными рабочими частями необходимо обеспечить жесткость штампа, строгое центрирование его рабочих частей, надежное крепление твердосплавных вставок и исключение влияния погрешности движения ползуна пресса на штамп

Первое требование, т. е. жесткость, можно осуществить путем сокращения вылета из соответствующих держателей рабочих элементов штампа по сравнению со стальными штампами. Жесткость твердосплавного штампа повышается также путем увеличения толщин верхней и нижней плит блока.

Второе требование выполняется в результате изготовления колонок и втулок из стали 38ХМЮА, азотированных и закаленных до твердости HRC = 55 – 60. Диаметр колонок при всех прочих равных условиях на 15—20% больше, чем у обычных штампов.

Блоки выполняют с тремя или четырьмя колонками. Они имеют шариковые направляющие и плавающий хвостовик. Собранный блок штампа должен удовлетворять следующим требованиям: непараллельность нижней плоскости верхней плиты относительно опорной поверхности нижней плиты не более 0,04 мм на длине 300 мм\ непер-пендикулярность осей колонок и втулок относительно опорной поверхности нижней плиты не более 0,005 мм на длине 100 мм. Плиты блока следует изготовлять из стали 40Л или 45 и подвергать термообработке для получения твердости HRC = 28 – 32. Матрицы могут быть цельные и составные. Последние более технологичны, чем цельные, но стойкость их ниже. Форму режущих кромок матриц при вырезке выполняют конусной с углом 5—40 в зависимости от толщины материала (чем тоньше матрица, тем больше угол). Колонки и втулки изготовляются по 1-му классу точности.

При вырезке (пробивке) деталей из материала толщиной менее 1 мм следует применять шариковые направляющие.

Третье требование — надежное крепление рабочих частей штампа. Цельные малогабаритные рабочие части штампа удерживаются в обоймах по легкопрессовой посадке. Более крупные рабочие части соединены с обоймой горячей запрессовкой при температуре 370— 400° С с натягом 0,004 диаметра. Составные рабочие части удерживаются при помощи пайки, быстротвердеющей пластмассы — стирокрила или специального сплава. В ряде случаев прибегают и к механическим методам крепления. При изготовлении вырезных матриц из твердых сплавов, учитывая что напряжения на рабочей кромке при вырезке твердых сплавов велики, необходимо рабочие поверхности матриц шлифовать и полировать до шероховатости поверхности по 11—12-му классу, обеспечить смазку поверхности вырезаемого материала, цельные и составные матрицы с криволинейным контуром заключить в обоймы с натягом, исключающим появление растягивающих тангенциальных напряжений в процессе резки.

И, наконец, четвертое требование — исключение влияния перемещения и вибрации ползуна пресса решается применением плавающих хвостовиков. Успех работы состоит не только в рациональной конструкции штампа, но и в состоянии пресса. Пресс, на котором устанавливается твердосплавный штамп, должен быть повышенной жесткости. Применения прессов с С-образной станиной лучше избегать, предпочтение следует отдавать двухстоечным прессам, прессам «о стяжными болтами типа КВ235 и др., а также листоштамповоч-пым автоматам моделей А840, А843В и др. Заслуживают внимания и новые типы прессов с разгруженной станиной.

Целесообразность применения твердосплавного штампа должна быть подтверждена технико-экономическим расчетом. Опыт внедрения таких штампов показывает, что стоимость ножевых твердосплавных штампов превышает стоимость аналогичных стальных в 1,5— 2,5 раза, дыропробивных в 2—5 раз. Расчеты показывают, что применение твердосплавных ножевых штампов эффективно при выпуске и течение года более 200—300 тыс. шт. деталей при пробивке отверстий простой формы более 400—500 тыс. шт. и при изготовлении сложнофасонных деталей партиями более 700—800 тыс. шт.

Особенно целесообразно применение твердосплавных штампов для вырезки деталей из листовых материалов с высоким содержанием кремния (электротехническая сталь) и углерода.

Наряду с этим твердосплавные штампы оправдали себя и при штамповке толстолистовых материалов (до 5 мм). Экономическую эффективность от внедрения твердосплавных штампов ориентировочно можно определить исходя из расчета затрат на изготовление, ремонт и содержание обычных инструментальных и твердосплавных штампов по формуле

Leave a Reply