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

ВВЕДЕНИЕ

Холодная штамповка является наиболее прогрессивным мето* дом получения деталей. В последнее время она нашла широкое применение в самых различных отраслях промышленности.

Экономическая целесообразность использования холодной штамповки в значительной мере определяется стоимостью штам­ пов, приходящейся на единицу изделия, величина которой в основ­ ном обусловливается их стойкостью.

Высокая стойкость штампов является основным условием рен­ табельности работы штамповочных цехов. Она в значительной сте­ пени определяет себестоимость и качество штампованных изделий, а также более эффективно обеспечивает точность их изготовления.

Первоначальные расходы на штамповочный инструмент состав­ ляют около 15%, а на некоторых заводах достигают 25% от общей себестоимости продукции. Если же учесть расходы на содержание, штамповочного инструмента в процессе эксплуатации и на возоб­ новление его рабочих частей, то это процентное соотношение еще больше возрастет.

Пониженная стойкость штампов вызываёт, как известно, по­ тери на производстве, выражающиеся в простое нз-за частой смены .штампов, в нарушении ритма работы машин, вследствие частых перерывов, а также в увеличении стоимости переналадок штампа и пресса.

вочного инструмента в свете решений XXI съезда КПСС и июнь­ ского Пленума ЦК КПСС, в которых определены на 1959—1965 гг. конкретные задачи по внедрению комплексной механизации и автоматизации производства, введению поточных линий, замене устаревшего оборудования, штампов и инструментов, по повыше­ нию 'качества продукции и снижению ее себестоимости. Совершенно<очевидно, что механизация и автоматизация штампорочных процессов и операций может быть эффективно обеспечена только при наличии достаточно стойкого штамповочного инструмента.

3

В брошюре дается анализ основных факторов, влияющих на стойкость штамповочного инструмента для холодной штамповки, и приводятся мероприятия и рекомендации по повышению стойкости штампов.

В каждом отдельном случае в зависимости от применяемой марки стали для штампа и условий его работы может оказаться эффективным то или иное приведенное в брошюре мероприятие или рекомендация.

Выполнение их дает возможность значительно повысить стой­ кость штампов, а следовательно, сэкономить дорогостоящие и де­ фицитные стали, увеличить производительность труда и улучшить условия работы штамповочных цехов, что будет способствовать выполнению поставленных перед нашей промышленностью в этом семилетии грандиозных задач.

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О СТОЙКОСТИ ШТАМПОВ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ

1. Понятие о стойкости штампов для холодной штамповки

Применяемые для холодной штамповки штампы часто представ­ ляют собой довольно сложный инструмент, работающий под боль­ шими периодически меняющимися динамическими нагрузками.

В зависимости от характера и рода выполняемых операций штампы подразделяются: на штампы для разъединения (разделе­ ния) металла — группы резки — вырубные, пробивные, отрезные, обрезные и др.; на штампы для осуществления формоизменяющих операций из листового материала — гибочные, вытяжные и формо­ вочные и на штампы для выполнения прессующих операций — кали­ бровочные, чеканочные, высадочные, для объемной формовки и для холодного выдавливания.

В зависимости от объема производства, формы и размеров штампуемых деталей и точности их изготовления применяются и соответствующие конструкции штампов, которые могут быть: про­ стые (однооперационные), сложные (многсоперациопные) и комби­ нированные.

Почти во всех случаях и особенно в крупносерийном и массо­ вом производстве, повышение стойкости штампов является одной из основных проблем штамповочного производства.

Из всех деталей штампа наиболее часто приходят в негодность основные его рабочие части — матрица и пуансон. Поэтому при

.рассмотрении вопроса о стойкости штампа следует различать:

1)стойкость штампа до заточки (для операций резки) или до исправления;

2)стойкость штампа до замены основных его частей — матрицы :и пуансона;

3)стойкость штампа до полного износа.

4-

Под стойкостью Штампов до заточки й смены рабочих частей следует понимать способность штампа выдерживать определенное количество ударов между двумя перешлифовками (исправлениями) или сменой его рабочих частей, т. е. пока штампы дают продук­ цию, соответствующую чертежу изделия и техническим условиям.

Стойкость штампа до полного износа характеризуется количе­ ством полезных ударов, выдерживаемых штампом до такого его состояния, когда заменой рабочих частей нет возможности восста7 повить его пригодность к нормальной работе.

Ниже, при изложении материала о стойкости штампов, мы ка­ саемся всех трех указанных выше пунктов.

Главное значение для бесперебойной работы штамповочного цеха имеет стойкость штампа до переточки или до исправления, поэтому в брошюре этому вопросу уделяется наибольшее внимание.

2. Факторы, влияющие на стойкостьштампов для холодной штамповки

На стойкость штампов для холодной штамповки влияют различ­ ные факторы, основные из которых следующие:

1) механические свойства и состояние штампуемого материала;

2)толщина материала;

3)конфигурация и размеры детали и ее технологичность;

4)технологические особенности операций;

5)конструктивные особенности штампов;

6)материалы для штампов и термическая их обработка;

7)технология и качество изготовления и сборки деталей штам­

пов;

8)тип и состояние прессового оборудования;

9)условие эксплуатации штампа и характер организации штам­

пового хозяйства.

Механические свойства и состояние штампуемого материала.

Практикой и исследовательскими работами установлено, что на стойкость штампа значительное влияние оказывают род, свойства

исостояние штампуемого материала.

Сувеличением твердости материала, при сохранении равенства

прочих условий, стойкость штампов снижается. Объясняется это тем, что при штамповке более твердого материала удельное дав­ ление, воспринимаемое рабочими частями штампа — пуансоном и матрицей, возрастает, что и приводит к снижению стойкости ин­

струмента.

Большое влияние на стойкость штампов имеет чистота поверх­ ности штампуемого материала. Загрязненная поверхность мате­ риала снижает стойкость штампа.

'Толщина материала. Чем больше толщина штампуемого мате­ риала, тем больше потребное усилие штамповки, а следовательно, и тем меньше будет стойкость штампа.

5

Конфигурация и размеры детали и ее технологичность. При штамповке деталей сложной конфигурации и малых размеров, осо­ бенно на вырубных операциях, стойкость штампа будет ниже, чем для деталей простой формы, например, круглой и больших размеров.

Это объясняется тем, что для изготовления детали простой формы проще соблюдать требуемые конструктивные элементы штампа. При этом штамп работает в условиях равномерно рас­ пределенной нагрузки на его рабочие кромки.

Технологичность конструкции детали в значительной степени влияет на стойкость инструмента. Конструктор, проектирующий узел изделия в целом или отдельную его деталь, должен преду­ смотреть, помимо всех прочих параметров, также и технологич­ ность детали с точки зрения ее влияния на стойкость штампа

всторону повышения последней. Для этого необходимо соблю­ дать известные требования, предъявляемые к детали в зависимо­ сти от характера операции, которые довольно подробно освещены

влитературе по холодной штамповке [7, 12].

Технологические особенности операций. Как известно, большин­ ство штампуемых деталей из листового материала можно изготов­ лять двумя способами: дифференцированным (отдельными опера­ циями на раздельных штампах) и комбинированным-совмещенным или последовательно действующим методом.

Характер технологического процесса штамповки зависит от объема производственного задания или партии, размеров детали

иточности их изготовления.

Виндивидуальном или мелкосерийном производствах, а также при изготовлении крупных деталей, штамповка производится па раздельных штампах. При крупносерийном и массовом производ­

ствах стремятся к наименьшему количеству операций, причем в зависимости от размеров и требуемой точности детали штам­ пуются на комбинированных последовательно-действующих или на комбинированных совмещенных штампах, как правило, оснащен­ ных автоматизированными устройствами для подачи заготовки.

Вполне очевидно, что с точки зрения стойкости инструмента при изготовлении детали одной и той же конфигурации и разме­ ров при дифференцированной штамповке стойкость простого штампа будет выше, чем при комбинированной, где применяется сложный штамп, в котором трудно осуществить точную подгонку рабочих частей штампа и одинаковую термообработку их. Кроме того, от­ дельные рабочие части штампа могут находиться не в одинаковых

•условиях работы, вызывающих их различную стойкость. Наиболь­ шее влияние на стойкость штампа оказывают (для данного изде­ лия и при уже выбранном технологическом процессе его изготов­ ления) факторы, связанные с конструктивными особенностями штампа, с материалом для штампа, термической его обработкой и с совершенством организации производства. Ниже дается более, подробный анализ влияния этих факторов на стойкость штампов, а также приводятся'мероприятия пр повышению их стойкости.

6

II. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ШТАМПОВ,

ВЛИЯЮЩИЕ НА СТОЙКОСТЬ, И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ИХ СТОЙКОСТИ

Конструкции штампов и конструктивные элементы их опреде­ ляются характером выполняемых ими операций, поэтому ниже эти особенности штампов рассматриваются для каждой характер­ ной группы штамповочных операций отдельно.

3. Конструктивные особенности (факторы), влияющие на стойкость штампов для операций группы резки и мероприятия

по повышению их стойкости

К основным конструктивным факторам, влияющим на стой­ кость штампов для резки, относятся следующие:

1)зазоры между матрицей и пуансоном;

2)форма рабочих кромок (граней) матрицы и пуансона;

3)типы направляющих устройств;

4)величины перемычек и конструкция ограничивающих упоров;

5)особенности и конструкции прочих деталей штампов.

Зазоры между матрицей и пуансоном. Величина зазора между

матрицей и пуансоном оказывает существенное влияние на проте­ кание процесса резки штампами. Она влияет на усилие (сопротив­ ление вырубке) и работу резки-вырубки, а также на качество по­ верхности среза, точность получаемой детали, износ и стойкость штампа.

Для каждого материала и толщины имеются свои оптималь­ ные (наивыгоднейшие) зазоры или некоторый их интервал.

В зависимости от рода и толщины штампуемого материала

вырубке (усилие вырубки) становится большим, чем при средних оптимальных значениях зазора.

При оптимальных зазорах получаются наиболее удовлетвори­ тельная форма поверхности среза и наибольшая точность Штам­ повки (наиболее близкое совпадение размеров вырубаемой детали с размерами матрицы и пробиваемого отверстия с размерами пуансона).

На основании наблюдений и исследований можно установить, что наиболее высокая стойкость вырубных (пробивных) штампов также получается при оптимальных зазорах Г2; 7; 39].

При уменьшении и увеличении зазора стойкость снижается.. В первом случае это происходит благодаря увеличению поверх­ ности соприкосновения детали (отверстия) с инструментом (двой-

7

ной поясок среза) я сжимающих напряжений в зоне деформации,

Рис. 1.' Зависимость стойкости вырубного штампа

При неравномерном распределении зазора по контуру, условия работы режущих кромок штампа ухудшаются, вследствие чего и стойкость штампа падает.

По мере увеличения числа заточек стойкость штампа также уменьшается. Последнее обстоятельство можно объяснить в зна­ чительной мере увеличением зазора между матрицей и пуансоном за счет постепенного по мере работы истирания их режущих кро­ мок.

Так как в практических условиях решающее значение име.ет вопрос получения качественной поверхности среза, то при установ­ лений величины зазора исходят из того, что качественная вырубка

8

может производиться в некотором интервале зазоров как для толстых, так и для тонких материалов.

Поэтому на практике установлено понятие о минимальных и максимальных значениях зазора. Минимальное значение опти­ мального зазора (для каждого материала и толщины') zmin считают таким, при котором торцовая кромка среза становится почти пер­ пендикулярно к плоскости детали без заметного образования за­ усенцев. Максимальное значение оптимального зазора гтях, — при котором поверхность среза остается удовлетворительной, хотя и не яйляется вертикальной.

Эти величины зазоров выбирают в зависимости от механиче­ ских свойств, толщины материала и режима работы пресса, т. е. числа двойных ходов ползуна в минуту [7, 24].

При вырубке на повышенном числе двойных ходов пресса (скоростном режиме «>140 об/мин.) оптимальная величина за­ зора должна быть увеличена по сравнению с табличными дан­ ными в 1,5—2 раза.

Увеличение зазора обеспечивает нормальный процесс вырубки при повышенных скоростях, так как в противном случае будет происходить «заедание» пуансона и матрицы, которое получается вследствие того, что они, разогреваясь, неравномерно увеличивают свои размеры.

Так как по мере работы (износа) штампа зазор между матри­ цей и пуансоном увеличивается, то на новом инструменте следует задавать зазор, близкий к минимальному — zmin-

Форма рабочих кромок (граней) матриц и пуансонов. Форма рабочих граней матрицы и пуансона в значительной мере влияет на величину усилия и на продолжительность периода износа штампа до верхнего предела зазора.

Имеется несколько профилей рабочего отверстия матрицы, но.. наибольшее распространение в штамповочной практике получили матрицы двух типов (рис. 2):

1)матрицы, у которых рабочее отверстие выполнено в виде цилиндрического пояска h определенной высоты (3—12 мм), пере­ ходящего затем в конус с наклоном выходных стенок под углом ai = 3—5° (рис. 2, а);

2)матрицы с рабочим отверстием в виде конуса от верхней зеркальной их плоскости. Величина угла наклона «2 в этом случае колеблется в зависимости от толщины материала в пределах от

10' до 1°30' (рис. 2, б).

Достоинство матриц первого типа состоит в том, что они имеют прочную рабочую (режущую) кромку и не теряют при заточке своего рабочего размера. К недостаткам рх следует отнести — скопление отхода или изделий в рабочем отверстии, вследствие

чего увеличивается трение вырубленной детали о стенки отверстия матрицы и создаются условия для образования обратного конуса при их проталкивании (рис. 3, а).

9

В матрицах второго типа в процессе вырубки скапливается не­ большое количество отходов или изделий, благодаря чему значи­ тельно уменьшается трение их о стенки матрицы. Обратный конус здесь также будет-меньшим (рис. 3,6).

выше, чем стойкость матрицы с пояском.

Опытные и расчетные данные Научно-исследовательского ин­ ститута местной промышленности [6, 19] и завода ВЭФ [35] пока­ зывают, что стойкость штампов при использовании конусных мат­ риц повышается в 1,5—2 раза.

Величина заточку пуансона

Рис. 3. Обратный конус и величина заточки при затуплении матрицы и пуансона:

На заводе ВЭФ применяют уменьшенные уклоны стенок ра­

10