Робота 5 Вичення будови і роботи штампів для холодного листового штампування Мета роботи: - закріпити і доповнити знання, отримані на лекціях по будові і роботі штампів для холодного листового штампування. 1. СУТЬ ЛИСТОВОГО ШТАМПУВАННЯ Холодним листовим штампуванням називається технологічний процес виготовлення деталей з листового матеріалу: листа, полоси, стрічки. В якості матеріалу, який застосовується для листового штампування, використовують маловуглецеву сталь, латунь, бронзу, алюміній та інші сплави. З неметалічних матеріалів застосовують картон, азбест, пресшпан, шкіру і інш. Методом листового штампування можна виготовити плоскі прямі, плоскі зігнуті і об’ємні деталі (рис.1).
а) б) в) Рис.1. Штамповані деталі: а – плоска пряма; б – плоска зігнута; в – об’ємна. В процесі виготовлення будь-якої деталі необхідно виконати певну кількість операцій у визначеній послідовності. Основні види операцій холодного листового штампування можна розділити на дві групи: І. Розділювальні, до яких відносяться: різання, розрізування, обрізування, вирубування, пробивання і інш. (рис.2). заготовка заготовка
а) б) в) г) Рис.2. Схеми розділювальних операцій: а – вирубування, б – пробивання, в – надрізання, г – розрізання. ІІ. Формозмінні, до яких відносяться: гнуття, витяжка, формовка, відбортовка, обтискання, карбування і інш. (рис.3).
Рис.3. Схеми формозмінних операцій: а – гнуття, б – витяжка без потоншення стінки, без притискача, в – витяжка з притискачем, г - витяжка з потоншенням стінки, д – обтискання, е – відбортовка. Різання здійснюється в основному на ножницях, усі інші операції виконуються на штампах, робочими частинами яких є пуансон і матриця. Способи розташування вирубуванних деталей на заготовці називається розкроюванням матеріалу. Показником, який характеризує економічність розкрою, є коефіцієнт використання матеріалу:
де Fдет – корисна площа деталі; Fзаг – площа заготовки. Розрізняють штампування з перемичкою а і без перемички Розкрій матеріалу Схема розкрою
З перемичкою а Без перемички
Прямий Нахилений Зустрічний Багаторядний з вирубуванням перемички
Рис.4. Основні види розкрою матеріалу. 2. ШТАМПИ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ЛИСТОВОГО ШТАМПУВАННЯ Для здійснення листового штампування застосовують спеціальні інструменти – штампи. Кожний штамп складається з робочих деталей (пуансон 1 і матриця 2) і ряду допоміжних деталей (рис.5). Штамп нижньою плитою 3 встановлюється на столі пресу і болтами кріпиться до нього. На нижній плиті 3 з допомогою матрицетримача 4 кріпиться матриця 2. На матриці встановлені напрямні планки 5,які направляють заготовку 6, а зверху напрямних планок 5 встановлюється і закріплюється знімач 7. Положення заготовки фіксується упором 13. В нижній плиті штампу запресовані напрямні колонки 8. Верхня половина штампу змонтована на верхній плиті 11, при допомозі пуансонотримача 10 до неї прикріплений пуансон 1, а зверху гвинтами – хвостовик 12, з допомогою якого верхня половина штампу кріпиться до повзуна пресу. В верхній плиті запресовані напрямні втулки 9, котрі служать для направлення по колонках 8 верхньої половини штампу відносно нижньої.
Рис.5. Штамп для вирубування (вирубний штамп простої дії з направляючими колонками). Процес штампування здійснюється наступним чином: штаба (заготовка) 6 ставиться на матрицю під знімач, при русі повзуна пресу вниз пуансон вирубує деталь (кружок), котра падає крізь штамп і стіл пресу в тару, а заготовка, напресована на пуансон, при зворотньому ході повзуна пресу піднімається з пуансоном до стикання із знімачем, котрий знімає заготовку з пуансона. Після цього заготовка переміщується на крок штампування t до упору 13, і операція повторюється. Штампи для листового штампування можна класифікувати за трьома основними ознаками: за видом напрямних пристроїв, за призначенням і за принципом дії. 1. За видом напрямних пристроїв штампи підрозділяються на: а) відкриті (без напрямних), б) з напрямною плитою, в) з напрямними колонками. Відкриті штампи (рис.6) застосовуються при штампуванні деталей простої конфігурації, досить невисокої точності, а також при невеликій виробничій програмі. Основною перевагою цих штампів є їх простота. До недоліків слід віднести низьку продуктивність, трудність встановлення штампу на пресі, небезпечність при експлуатації і ін. На нижній плиті 1 закріплена гвинтами 8 матриця 2, на якій встановлені фіксуючі планки 4, закріплені гвинтами 3. Верхня частина штампа складається з пуансона 5, в котрий вкручено хвостовик 7, який фіксується штифтом 6.
Рис. 6. Вигинальний штамп без напрямних (відкритий). Штампи з напрямною плитою (рис7) застосовуються в крупносерійному і масовому виробництвах, оскільки вони забезпечують велику продуктивність. Напрямні плити служать для направлення і центрування пуансона відносно матриці, що підвищує точність штампованих деталей, стійкість штампу і безпечність в роботі, оскільки пуансон знаходиться весь час в плиті. Напрямна плита також виконує роль знімача. На нижній плиті 1 з допомогою штифтів 15 і гвинтів 2 кріпиться матриця 3 з нерухомим упором 5. На матриці встановлені дві напрямні планки 4, зверху них штифтами 16 і гвинтами 13 кріпиться напрямна плита 6, яка одночасно виконує роль жорсткого знімача. Верхня частина штампу складається з верхньої плити 10, в котру запресований циліндричний хвостовик 11, загартованної прокладки 8 і пуансонотримача 7, який утримує пуансон 14. Пуансонотримач з верхньою плитою скріпляється з допомогою штифтів 9 і гвинтів 12. Штампи з напрямними колонками (рис.5) отримали широке застосування у всіх галузях промисловості. В цих штампах верхня частина направляється по нижній з допомогою спеціальних колонок. Колонки забезпечують більш надійне направлення в порінянні з напрямною плитою. Ці штампи застосовуються в масовому і крупносерійному виробництві. Штампи з напрямними колонками можуть бути як простої, так і послідовної, або змішаної дії. В штампі може бути дві колонки, три, або чотири. Колонки у штампі можуть бути розташовані по одній осі, по діагоналі і по кутах. 2. По застосуванню штампи поділяються на: а) вирубні, б) пробивні, в) вигинальні, г) витяжні, д) формувальні, ж) відбортувальні і інш. Вирубні штампи з жорстким знімачем, розглянуті вище (рис.5 і 7), забезпечують будь яке зусилля зйому, але обмежують застосування заготовок.
Рис.7. Вирубний штамп з напрямною плитою Штампи з пружинним знімачем можуть працювати на провал і з видачею заготовки або виробу на поверхню штампу. Схема таких штампів показана на рис.8. Ппробивні штампи за конструкцією нічим не відрізняються від вирубних. Вигинальні штампи. Розрізняють вільне гнуття і гнуття з притискачем. Переваги першого – простота штампа, а другого – точність штампування. Вигинальний штамп для вільного гнуття показаний на рис.6. Вигинальний штамп з притискачем показаний на рис.9. Штамп змонтований на блоці з напрямними колонками (2, 15, 13, 14). Заготовка кладеться на матрицю 3 і фіксується (по отворах) двома штифтами 6, які запресовані у виштохувач 4. Дія виштовхувача 4 являється одночасно притискачем заготовки під час гнуття і здійснюється стержнем 5 від пружинного, гумового або пневматичного буфера (на кресленні не показані). На випадок застрявання заготовки на пуансоні 7 є штифтовий знімач 8, який отримує примусовий рух безпосередньо від пресу при русі повзуна вверх через ковзаючий стержень 10 в хвостовику 11.
Рис.8. Схеми вирубних штампів з пружинним знімачем: а – штамп, який працює на провал, б – штамп з видачею деталі на поверхню пуансона. В тих випадках, коли потрібна більша точність діаметрів і роташування отворів, їх пробивають після гнуття.
Рис.9. Вигинальний штамп з нижнім виштовхувачем. Витяжні штампи. При витяжці деталей, в яких утворення складок не викликає побоювання, застосовують витяжні штампи без притискача. Такий штамп показаний на рис.10. На чавунній плиті 1 закріплена витяжна матриця 2 гвинтами 3, на якій встановлене кільце – фіксатор 4, внутрішній розмір якого дорівнює розміру заготовки. Витяжний пуансон 5, який має крайки заокруглені з радіусом R, закріплений гвинтами до верхньої плити 6, в яку запресований хвостовик 7. Для знімання деталі з пуансона на штампі встановлені знімачі 8, які працюють від пружин 9.
Рис.10. Простий витяжний штамп. При витяжці деталі значної висоти з тонкого листового матеріалу застосовуються витяжні штампи з притискачем (рис.11).
Рис.11. Витяжний штамп з притискачем. Пуансон 1 гвинтами 2 монтується на нижній плиті 3, а матриця 4 при допомозі гвинтів 5 монтується на верхній плиті 6. Всередині матриці розміщений виштовхувач 7, який діє примусово від упору пресу і стержня 8. При ході повзуна пресу вниз матриця 4 своїм торцем притискає заготовку до притискного кільця 9, яке спирається через стержні 10 на пружинний буфер. Сам буфер складається з верхньої тарілки 11, пружини 12, нижньої тарілки13, стержня 14 і гайок 15. Плоска заготовка фіксується на штампі штифтами 16. При ході повзуна вверх пружина 12 розтискається і через деталі 11 і 10 піднімає кільце 9 і знімає деталь з пуансона. З матриці деталь виймається виштовхувачем 7. Щоб не було “присмоктування” в пуансоні зроблений отвір. Витяжні штампи для наступної витяжки. Як і для першої операції, штампи для наступних операцій, в залежності від висоти виробу, можуть бути як без притискача, так і з притискачем. Штамп з притискачем для другої і наступних операцій показаний на рис.12. Попередньо витягнута порожниста заготовка великого діаметру фіксується притискним кільцем 1, яке переміщується по витяжнім пуансоні 2. Кільце 1 обпирається при допомозі трьох гвинтів 3 на пружинний буфер 4, 5, 6, забезпечуючи притиск заготовки до матриці 7 і таким чином запобігає складкоутворенню.
Рис.12. Штамп для наступної витяжки з притискачем. При зворотньому ході повзуна пресу деталь знімається з пуансона 2 знімачем 1 ( він же і притискач при прямому ході повзуна пресу), переміщується вверх під дією пружини 6, а на матриці деталь виймається виштовхувачем 8, який діє від пружини 9, або примусово від пресу. Витяжні штампи для витяжки з потоншенням стінки (протягування або редукування) Заготовкою, як правило, в цих випадках править зазделегідь витягнута без потоншення стінки порожниста заготовка. Витяжка здійснюється на штампі, який показано на рис.13.
Рис.13. Витяжний штамп для витяжки з потоншенням стінки (редукування) Заготовка у вигляді ковпачка з товщиною стінки S встановлюється на штампі у фіксатор 1, який закріплений гвинтами 2 на матриці 3. При ході повзуна пресу разом з пуансоном 4 вниз заготовка протягується через матрицю 3, в якої зазор S1 менший від товщини стінки заготовки S, внаслідок чого товщина стінки виробу зменшується, а висота збільшується. Після витяжки виріб знімається з пуансона знімачем 5, який діє від пружини 6. Формувальні штампи Ці штампи головним чином застосовуються для придання кінцевої форми попередньо витягнутим виробам. Відбортувальні штампи Відбортувальні штампи можуть бути без притискача і з притискачем. Перші застосовуються для досить великих виробів. Відбортувальний штамп з притискачем показаний на рис.14.
Рис.14. Відбортувальний штамп на колонках з верхнім притискачем. Заготовка внутрішнім отвором фіксується на вловлювачі “а” виштовхувача 1, припіднятого стержнем 2 від буферу (на рис. не показаний). При ході повзуна пресу вниз заготовка притискається зверху кільцевим притискачем 3 до поверхні матриці 4 з допомогою ряду пружин 5, розташованих кругом відбортувального пуансону 6. Знизу заготовка притискається по кільцевій частині виштовхувача 1, і він же служить для витягання деталі з матриці. З пуансона деталь знімається при допомозі кільцевого знімача 3 (він же і притискач). Усі вищерозглянуті штампи виконують за один хід повзуна пресу одну певну операцію. Такі штампи називаються штампами простої дії. Штампами послідовньої дії називаються такі штампи, які виконують дві і більше операцій за один хід повзуна пресу (послідовно) при переміщенні заготовки на крок штампування. Такий штамп показаний на рис.15.
Рис.15. Штамп послідовної дії. Заготовка у вигляді штаби подається на матрицю пробивання 1 і вирубування 2, закріплені на нижній плиті 5 з допомогою матрицетримача 3 гвинта 4. Спочатку пробивається внутрішний отвір пуансоном 8, а потім заготовка подається на крок штампування t і ловиться вловлювачем “а” вирубного пуансона 9. Починаючи з цього моменту, за кожний хід повзуна пресу виробляється готова шайба. Заготовка фіксується з допомогою упору 6. Штампи суміщеної дії (комбінованими або компаундними) називаються такі штампи, які виконують дві і більше операцій за один хід повзуна пресу без переміщення заготовки на крок штампування. Штамп суміщеної дії показаний на рис.16. Характерною деталлю компаундного штампу являється пуансон-матриця (деталь 1). Заготовка у вигляді смуги подається на матрицю вирубування 2 по напрямних стержнях 3 до упору 4, в той же час, коли притискне кільце 5 підняте на рівень матриці з допомогою буферного пристрою (на креслені не показано) і стержнів 6. При русі верхньої частини штампу вниз (робочий хід) пуансон-матриця 1 спочатку здійснює вирубку заготовки, після цього притискає її до кільця 5 і проводить
Рис.16. Штамп компаундний для вирубки і втяжки. витягання на витяжному пуансоні 7. При зворотньому ході пресу виріб викидається з пуансон-матриці виштовхувачем 8, діючим від упору пресу через штовхач 9. З вирубного пуансону 1 заготовка знімається знімачем 10, який працює від пружин 11, а у випадку застрявання виробу на витяжному пуансоні він знімається знімачем 5. Завдання роботи Вивчити штамп для листового штампування. Сласти звіт. Матеріали і інструмент Для проведення роботи необхідно мати: штамп, який необхідно вивчити, молоток, викрутку, масштабну лінійку або штангенциркуль. Методика проведення роботи Отримати штамп, який необхідно вивчити. Отримати інструмент. Вивчити отриманий штамп (при необхідності з відповідним демонтажем). Накреслити робочі ескізи штампу: а) фронтальну проекцію в розрізі (по робочих частинах штампу); б) горизонтальну проекцію із знятою верхньою плитою. Визначити форму і розміри виробу, який отримуємо на данім штампі. Привести ескіз виробу. Визначити форму і розміри заготовки для даної операції. Привести ескіз заготовки. Привести схему розкрою матеріалу для даної операції. Розрахувати зусилля пресу, яке необхідне для виконання заданої операції, і підібрати прес. Попередньо необхідно задатись матеріалом заготовки. Прибрати робоче місце і скласти звіт. Складання звіту Звіт про роботу повинен містити: Завдання. Мета роботи. Ескізи штампу: фронтальна проекція в розрізі і горизонтальна проекція із знятою верхньою плитою. Короткий опис штампу. Ескіз заготовки. Ескіз виробу. Схема розкрою матеріалу. Розрахунок зусилля пресу. Література Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979. Малов А. Н. Технология холодной штамповки. Оборонгиз, 1968. Додаток Таблиця 1 Величини перемичок а і а1 (в мм) для м’якої сталі Товщи-на мате- ріалу S в мм a D а1
B
а а1 B L
Для круглих і овальних деталей при D мм Для прямокутних деталей при L мм
До 0,2 До 50 50-100 100-200 200-300 До 50 50-100 100-200 200-300
Розрахунок заготовки При вирубуванні B = D + 2a . Довжина заготовки при гнутті визначається за кресленням готового виробу шляхом сумування всіх прямолінійних ділянок l і довжин дуг з радіусом нейтрального шару (: , де n – число криволінійних ділянок, ( - кут гнуття даної ділянки, ( - r + ( S , r – внутрішний радіус гнуття в мм, S – товщина матеріалу в мм, ( - коефіцієнт, який залежить від співвідношення r/S радіусу гнуття і товщини матеріалу (див. табл. 3). Таблиця 3 Величина коефіцієнту “(” r/S 0,1 0,25 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5 2,0 3,0 5,0
У випадку гнуття під кутом без заокруглення (з відносно гострим кутом r ( 0,3) довжина заготовки L = ( l + n ( 0,5S , де l – довжина прямолінійних ділянок в мм, п – число ділянок, S – товщина матеріалу в мм. При витяжці без потоншення стінки длля визначення розміру заготовки користуються методом рівності поверхонь заготовки і виробу Fзаг =Fвир. Fзаг – площа заготовки в мм2, Fвир.- площа виробу, порахована по внутрішньому діаметрі і зовнішній висоті, включаючи площу. Для круглих виробів Враховуючи необхідність обрізки країв виробу після витяжки, діаметр заготовки вибирають на 3-6% більшим від розрахованого. При розрахунках розмірів заготовки для витяжки з потоншенням стінки виходять з рівності об’ємів заготовки і виробу Vвир= Vзаг , а оскільки тоді діаметр заготовки Vвир підраховується по кресленню виробу. Таблиця 4 Значення коефіциєнту витяжки (m=S/D) циліндричних виробів без фланця (витяжка з притискачем) Віносна товщина S/D :100% Коефіциєнт витяжки по операціях (m)
Визначення зусиль при холодному листовому штампуванні Зусилля різки на паралельних ножицях P = F((зр (К = В(S((зр (K (КН) Зусилля різки на гильотинних ножицях (КН) де В – довжина різу в мм, S – товщина матеріалу в мм, (зр – границя міцності на зріз в МПа, - кут скосу верхнього ножа в градусах. К = 1,1 – 1,3 – коефіцієнт, який враховує відхилення від товщини матеріалу, затуплення ножів і інш. Зусилля вирубки і пробивки P = L(S((зр(K (КН) без врахування зусилля на проштовхування і знімання деталі, і заготовки , де L – периметр виробу в мм. Зусилля гнуття
де В – ширина згинаючої заготовки в мм, - тимчасовий опір матеріалу, МПа, S – товщина матеріалу в мм, r – внутрішній радіус гнуття в мм. Зусилля при витяжці (без врахування зусилля притиску, виштовхування і інш.) P = 1,1(L(S((в (МН) де L – периметр отвору у витяжній матриці в мм. Зусилля для рельєфного формування розраховується за формулою P = L(S((в (МН) де L – довжина периметру формувального виступу, або заглиблення в мм. Зусилля відбортовки P = 1,5((((D-d)(S((в (МН) де D – діаметр відбортованого виробу в мм, d – діаметр отвору для відбортовки в мм.
