/
Автор: Ходырев В.А.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы проектирование пермское книжное издательство эксплуатация штампов изготовление полиуретан лесоштамповочное производство
Год: 1975
Похожие
Текст
вг1.9
СС-69
В. А. ХОДЫРЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ,
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ШТАМПОВ
С ПОЛИУРЕТАНОМ
ПЕРМСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
1975
ЗАПАДНО-УРАЛЬСКИЙ ЦНТИ
В. А. ХОДЫРЕВ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ,
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ШТАМПОВ
С ПОЛИУРЕТАНОМ
Под редакцией
заслуженного деятеля науки и техники
доктора технических наук
профессора А. А. Поздеева
ПЕРМСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
1975 . ____
УДК 621.983.073.678.664
6П4.2
Х69
В книге рассмотрены особенности расчета и проектирования,
изготовления и эксплуатации штампов с полиуретаном. В основу
рекомендуемых автором конструктивных и технологических решений
положены научные исследования, опыт внедрения оснастки с исполь-
зованием полиуретана на отечественных предприятиях и результаты
зарубежной практики.
Книга содержит необходимые сведения и практические рекомен-
дации по технологии холодноштамповочных листовых деталей; раз-
работке технологии холодной штамповки; производимой в штампах
с использованием полиуретана; расчетам и проектированию конст-
рукций штампов с использованием полиуретана: выбору оборудова-
ния для штамповочных операций; уретановым каучукам; технико-
экономической эффективности применения штампов с полиурета-
ном и по технике безопасности.
Книга является дополнением и развитием предыдущей книги
«Применение полиуретана в листоштамповочном производстве» и рас-
считана на инженерно-технических работников, конструкторов, тех-
нологов листоштамповочного производства. Она может быть исполь-
зована студентами машиностроительных вузов и техникумов.
Автор выражает благодарность инженерам М. А. Блинову,
М. Ф. Попову, Б. В. Мишкину, А. П. Белькову, канд. техн, наук
В. И. Пермякову, М. Ш. Нихамкину за экспериментальные и
внедренческие работы, результаты которых использованы в книге;
инженерам Н. П. Пелечевой, Т. А. Макаровой, принявшим участие
в оформлении книги.
(6) Пермское книжное издательство, 1975 г.
31205—81
ХМ152(03)—75
I
ВВЕДЕНИЕ
Штамповую оснастку с рабочими частями из полиуретанов сей-
час широко используют во многих отраслях промышленности в
связи с ее высокой прочностью, износостойкостью и сопротивле-
нием раздиру, стойкостью к маслам. По сравнению со специальны-
ми жесткими штампами штампы с полиуретаном все еще пред-
ставляют собой относительно новый вид штамповой оснастки.
Иногда их считают малодоступными, не имеющими важного зна-
чения для листоштамповочного производства. Это связано с непо-
ниманием тех достижений, которые были сделаны за последние
три-четыре года.
Цель этой книги описать существующие и внедренные в произ-
водство конструкции штампов с рабочими частями из полиурета-
на, описать процесс проектирования, технологию изготовления
и опыт эксплуатации данных штампов в производстве, чтобы оз-
накомить широкий круг специалистов с листовой штамповкой. Пре-
имуществом таких штампов является простота конструкции и воз-
можность создания групповой и универсальной штамповой оснаст-
ки. Стоимость их составляет 2—10% стоимости соответствующих
специальных штампов.
В данной книге освещены наиболее важные вопросы, встречаю-
щиеся при проектировании штамповой оснастки с использованием
полиуретана в качестве рабочих частей, в основном для цехов
опытного, мелкосерийного и серийного производства. Некоторые
конструкции штампов с успехом могут быть использованы и в
крупносерийном производстве. Если принять во внимание, что не
существует видимых границ между штамповой оснасткой мелкосе-
рийного, среднесерийного и массового производства, все принципи-
альные вопросы и рекомендации для описанных в книге штампов
в равной мере одинаковы.
Практические указания по проектированию и расчетам, описан-
ные в книге, и некоторые теоретические положения являются ре-
зультатом анализа технологических процессов и отдельных работ
[1, 2, 3], а также действующих конструкций штампов, внедренных
на десятках заводов. Узлы и штампы, рассматриваемые в качестве
примеров, взяты в основном из числа внедренных конструкций [4]
и соответствуют классификации, описанной в работе [2]. Материал
1* з
изложен в последовательности, необходимой при проектировании
штампов. Отдельные положения и конструкции штампов описыва-
ются в литературе впервые или даны в новой трактовке, поэтому
автор заранее будет признателен, если читатели пришлют свои
отзывы и пожелания.
Глава 1
ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ХОЛОДНОШТАМПОВАННЫХ
ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ
§ 1. Понятие о технологичности
Технологичность подразумевает такое сочетание конструктив-
ных элементов деталей, которое позволяет изготовлять их в задан-
ной программе наиболее экономично при соблюдении всех требо-
ваний чертежа. Конструктор и технолог при разработке чертежа
детали на технологичность, при проектировании технологического
процесса изготовления детали в штампе с использованием поли-
уретана должны выбрать наиболее рациональный вариант детали,
изготовление которой обусловило бы создание технически и эконо-
мически целесообразного технологического процесса.
При разработке технологического процесса конструкцию дета-
ли, если это необходимо, изменяют для снижения трудоемкости
или расхода материала. При этом изменение размеров должно
укладываться в границы, определяемые требованиями к деталям,
изготовляемым в оснастке с использованием полиуретана [2, 3].
Конструктор должен определить не только форму и размеры де-
тали, но и вид технологического процесса, учитывая требования,
предъявляемые данным процессом.
Иногда незначительное изменение отдельных элементов конфи-
гурации деталей приводит к созданию более совершенного Техно-
логического процесса и, наоборот, наличие в детали нетехнологич-
ных элементов обусловливает создание сложного технологическо-
го процесса и не позволяет изготовить деталь в штампе с использо-
ванием полиуретана. Поэтому следует обращать особое внимание
при разработке технологического процесса на радиусы сопряже-
ний в плоских деталях, радиусы сопряжений между полками, меж-
ду дном и стенками и между стенками в гнутых и формованных де-
талях, полученных вытяжкой; на высоту полок при гибке и флан-
цев при отбортовке.
При разработке формы детали необходимо учитывать серий-
ность производства. При массовом производстве стоимость штам-
повой оснастки не оказывает большого влияния на стоимость дета-
лей, в то время как в штучном, опытном и мелкосерийном произ-
водстве этот фактор является основным.
5
В общей постановке технологических задач важное место зани-
мает выбор и назначение оборудования, это помогает заранее пред-
видеть габариты штампов, ход ползуна пресса и рабочие размеры
полиуретановых рабочих частей.
§ 2. Технологические требования, предъявляемые
к конструкциям листовых деталей,
< изготовляемых в штампах
с использованием полиуретана
Требования к конструкции плоских деталей,
получаемых вырезкой и пробивкой
Конфигурация вырезаемой детали, форма, размеры и располо-
жение пробиваемых в ней отверстий обусловливают конструкцию
копира-пуансона и . его стойкость (естественно, и стойкость поли-
уретановой- подушки), раскрой материала и его рациональное ис-
пользование. При разработке конструкций штампуемых деталей
необходимо предусматривать следующее: контур детали может
быть сложным, но без резких переходов в сопряжениях; узкие па-
зики и выступы должны соответствовать материалу, из которого
изготовляются детали. Для увеличения стойкости копиров-пуансо-
нов и для получения деталей хорошего качества необходимо при-
держиваться рекомендаций, приведенных в табл. 1. Иногда при из-
готовлении нескольких деталей могут быть отступления от табл. 1
в сторону уменьшения размеров.
При конструировании плоских деталей с учетом их технологич-
ности нельзя забывать о факторах, влияющих на качество [2, 3]:
отклонение от формы и размеров вырубаемой детали;
размеры элементов поверхности среза; :
зависание отхода;
точность деталей;
расположение отверстий в деталях, подвергаемых в дальнейшем
гибке.
Получение правильной формы и размеров детали согласно чер-
тежу (особенно сложных по конфигурации) — основная задача при
проектировании технологического процесса и изготовлении детали.
Отклонениями от формы и размеров детали (рис. 1) могут быть:
неправильность геометрических форм детали (вместо круга —
эллипс, вместо квадрата или прямоугольника — параллелепипед,
то же самое относится и к отверстиям);
утонение (утяжка) в перемычках между отверстиями и между
отверстием и наружным контуром детали;
несоответствие размеров в пазах деталей и на ее выступах раз-
мерам, указанным в чертеже;
угловое смещение элементов свыше допустимого;
6
Таблица!
Минимальные размеры отверстий, перемычек, выступов,
впадин и радиусов скруглений
Марка материала Тол- щина S Разме ры, мм
диаметр d. паз а выступ ь радиус скруг- ления г пере- мычка f ширина кольца с
не более
0,05 3,6 4,5 1,5 0,1 0,8 1,0
0,1 3,8 4,8 1,8 0,2 0,9 1,2
0,3 5,0 5,2 2,5 0,4 1,5 2,3
Ст. 1, Ст. 2, 0,5 5,5 6,0 3,0 0,7 2,0 3,0
Ст. 3 0,8 6,0 6,2 3,5 1,0 2,5 3,5
10, 20, 30,45 Х13, 1,0 7,0 7,0 4,0 1,2 3,0 4,0
Х18Н9Т 1,2 8,3 8,5 4,5 1,5 3,5 5,0
Х18Н10Т 1,5 11,5 11,5 5,2 2,3 4,2 6,5
1,6 12,5 12,5 6,0 2,5 4,5 7,0
1,8 15,0 15,0 7,0 3,5 5,0 9,0
2,0 18,0 18,0 8,0 4,0 6,0 10,0
0,05 2,5 2,5 1,3 0,1 1,0 0,9
0,1 2,8 2,8 1,8 0,2 0,9 1,2
0,3 3,8 3,8 2,2 0,4 1,5 2,3
0,5 5,5 5,5 3,2 0,7 2,0 2,8
Ml, М2 0,8 6,0 6,0 3,7 1,0 2,5 3,35
М3, А7 А5, А6, АО 1,0 7,0 7,0 4,0 1,25 3,0 3,8
1,2 8,0 8,0 4,5 1,5 3,5 4,2
1,5 9,0 9,0 5,0 2,4 4,2 4,8
1,6 10,0 10,0 ' 5,3 2,5 4,5 5,0
1,8 12,0 12,0 6,5 3,0 5,0 6,0
2,0 14,0 14,0 7,0 3,5 6,0 8,0
Окончание таблицы 1
Марка материала Тол- щина S Размеры, мм
диаметр d паз а выступ ь радиус скруг- ления г пере- мычка f ширина кольца с
не более
0,05 2,5 2,5 1,5 0,1 0,8 1,о
0,1 3,2 3,2 2,2 0,3 1,0 1,3
0,3 3,8 3,8 2,8 0,5 1,5 2,3
0,5 5,5 5,5 3,2 0,7 2,0 3,0
0,8 6,0 6,0 3,7 1,0 2,5 3,5
БрБ2 60С2А 65Г 1,0 7,0 7,0 4,0 1,2 3,0 4,0
1,2 8,0 8,0 5,0 1,5 3,5 5,0
1,5 9,5 9,5 6,0 2,3 4,2 6,0
1,6 12,0 12,5 7,0 2,5 4,5 7,0
1,8 15,0 15,0 8,0 3,5 5,0 8,0
2,0 20,0 20,0 9,0 4,0 6,0 10,0
несоответствие размеров наружного и внутреннего контуров де-
тали размерам, указанным в чертеже.
От того, насколько полно и правильно при проектировании де-
тали будут учтены причины отклонения от формы размеров, за-
висит качество штампуемых деталей. Следует особо подчеркнуть,
что отклонение формы 'как внутреннего, так и наружного контура
детали от заданной чертежом связано с нарушением точности из-
готовления копира-пуансона, так как практика внедрения показа-
ла,, что штампуемая деталь по размерам и форме полностью соот-
ветствует копиру-пуансону. Надо учитывать и такой фактор, что
малопластичные материалы хорошо сохраняют придаваемые им
при штамповке форму и размеры. Они почти ие подвержены утяж-
ке в местах перемычек между отверстиями и между отверстиями
и наружным контуром детали и на узких выступах.
Пластичные же материалы, наоборот, сильно подвержены дан-
ному явлению, и из-за этого детали могут уходить в брак.
Для пластичных материалов должно быть выдержано условие
а
~s>^
где а — перемычка между отверстиями и наружным контуром де-
тали;
S — толщина штампуемого материала.
Для деталей из малопластичных материалов отношение
— >3
S
8
Рис. 1. Формы деталей и элементов и возможные отклонения от формы
при вырубке в штампах с эластичной матрицей из полиуретана: 1 — форма
правильная; Г — форма искаженная; а — размеры по чертежу; а' — разме-
ры не по чертежу (утяжка).
Размеры элементов поверхности среза деталей (рис. 2), выре-
заемых и пробиваемых на штампах с применением полиуретана,
должны соответствовать рекомендациям, приведенным в табл. 2.
Зависание отхода можно предупредить, если будут правильно
выбраны:
оптимальное отношение диаметра отверстия d0TB к высоте ко-
пира-пуансона h;
соответствующий род материала и его состояние;
хорошее состояние режущей кромки копира-пуансона;
удачная конструкция копира-пуансона.
Если в деталях имеются отверстия, то обязательно должно бып>
выдержано условие
^>2,5,
5
Рис. 2. Размеры и качество поверхности среза деталей: а — поверхность
среза детали, полученной на штампе обычного исполнения (металлические
пуансон и матрица); б, г, е — поверхность среза деталей из малопластичного
материала, полученных на штампе с применением полиуретана и микрошлифы
детали и отхода в момент его отделения; в, д, ж — из пластичного материала.
Таблица 2
Соотношение размеров элементов среза при вырубке
Марка материала или сплава Номер стандарта Состояние поставки Относи- тельное удлинение, 96 h/S c/S
€т. 1, Ст. 2 ГОСТ 380—71 Неотожженная 30-35 0,50 0,20
ю 20 ГОСТ 1050-60 Нормализован- ная » 30-35 19—30 0,50 0,25 0,20 0,08
Ст. 6 ГОСТ 380-71 Неотожженная 10-19 0,10 —
Л68, Л63 Л68, Л63 Л68, Л63 ГОСТ 15527- 70 Мягкая Полутвердая Твердая 35—40 19-30 10-19 0,30 0,25 0,10 0,15 0,08
АД, АД1 ГОСТ 4784-65 Отожженный 30-35 0,50 0,20
Ml, М2, М3 ГОСТ 859—66 Мягкая 30-35 0,50 0,20
где d0TB —диаметр отверстий, мм;
h — высота копира-пуансона, мм.
При отношении •
^отв <^2 5
происходит зависание отхода в отверстиях.
Если высота копира-пуансона выбрана в соответствии с выру-
баемым материалом и его толщиной согласно рекомендациям
[2, 3], зависание отхода исключено.
Точность деталей. Точность размеров деталей, вырубаемых на
штампах с применением полиуретана, зависит от:
пластических и прочностных свойств материала детали;
толщины материала заготовки S;
состояния режущих кромок копира-пуансона;
высоты копира-пуансона h.
Притупление и выкрашивание кромок копира-пуансона увели-
чивает неточность деталей. Детали, вырубаемые, из пластичных
материалов с относительным удлинением больше 30% и из проч-
ных упругих материалов с относительным удлинением меньше
17%, имеют отклонения размеров (рис. 3, а, б), указанные в табл. 3.
11
Таблица 3
Предельные отклонения размеров деталей
в зависимости от марки материала
Марка материала или сплава Номер стандарта Временное сопротив. при растя- жении ав, кгс/мм2 Относи- тельное удлине- ние а10, % Предельные отклонения
размеров л охваты- вающие еталеи, мм охваты- ваемые
Ml, М2 ГОСТ 859-66 16-20 50 1,8 А h -1,9 — h
АД, АД1 ГОСТ 4784—65 4-7 43 S_ h. 1 кэ a-| оз
Л 68 ГОСТ 15527—70 30 40 0,85 — h -0,9 — h.
Х18Н9Т ГОСТ 5632-61 55 40 0,65 2?- Й 1 о 5г|оэ
08 кп ГОСТ 1050—60 30 35 0,25 4- h СО сГ 1
Юкп, 20кп ГОСТ 1050-60 32-39 27-33 — —
10, 20, 30 ГОСТ 1050-60 34-50 21—31 —
ХН38ВТ ГОСТ 5632-61 60 30 — —
Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5 ГОСТ 380—71 34-53 21-31 __ —
30 ГОСТ 1050—60 45 17 -0,25 4- 0,3 — h
Л63 ГОСТ 15527-70 42 10 -0,65 4- h о Оз
60С2А Бр ОФ6.5— 1,5 ГОСТ 14959—69 ГОСТ 5017-49 65 55 10 10 —0,85 -- h S h 0,9 А- h 1,2 — ’ h
БрА7 ГОСТ 493-54 95—103 2-4 -1,8 — h 1,9 — h
Это подтверждают фотографии микрошлифов деталей, получен-
ных из указанных материалов, в момент отрыва отхода от детали
(рис. 3 г, д) ив момент окончательного отделения отхода от дета-
ли (рис. 3 ж, е).
Детали, вырубаемые из материалов с относительным удлине-
нием меньше 30% и больше 17%, существенных отклонений раз-
меров не имеют (табл. 3, рис. 3, в).
Расположение отверстий в деталях, подвергаемых в дальней-
шем гибке. Кромки отверстий, пробиваемых в деталях после их
12
Рис. 3. а — вырубка, просечка дета-
лей из материалов, имеющих о>30%;’
б — вырубка, просечка деталей из
материалов, имеющих 6ю<17%; в —
вырубка, просечка деталей из мате-
риалов, имеющих 17<бю<30%.
5
гибки (детали больших габаритов), должны быть расположены от
ее внутренней -поверхности на расстоянии, равном не менее 1,07?
(рис. 4). Отверстия чаще открывают до гибки (на штампах с при-
менением полиуретана), тогда после гибки они будут расположе-
ны на боковых стенках выше или ниже линии гиба. В этом случае
d
Рис. 4. Пример расположения отверстия: а — до гибки, —+ /?;
d
б — после'гибки, ajjs -у + 1,5/?.
они должны находиться на расстоянии не менее 1,57? от внутрен-
ней стенки.
Раскрой материала. При проектировании плоских деталей с
учетом их технологичности необходимо учитывать и такой фактор*
как экономия штампуемого материала. Даже незначительное из-
менение элементов конструкции детали приводит к значительной
экономии материала и правильному комплексному и рациональ-
ному его раскрою (рис. 5).
Рис. 5. Расположение деталей в полосах и картах раскроя.
Экономию штампуемого материала можно также получить за
счет выбора наименьших размеров перемычек между вырубаемы-
ми деталями при раскрое ленты, полосы или ширины отхода пртг
штучной заготовке. Проверенные практикой производственного-
внедрения расчеты показали [2], что минимальная величина пере-
мычки между вырубаемыми деталями и припуском для отхода со-
ставляет 3,14 h (где h — высота копира-пуансона, приведенная
в табл. 4).
Требования, предъявляемые к конструкциям
деталей, изготовляемых гибкой
В отличие от гибки в жестких штампах гибка в штампах с эла-
стичной матрицей позволяет получить детали более сложной кон-
фигурации за один переход (рис. 6).
Гибка в штампах с эластичной матрицей может производиться
как на механических, так и на гидравлических прессах.
И
Таблица 4
Оптимальные размеры высот копиров-пуансонов для вырубки деталей на полиуретане, мм
Материал Толщина материала
0,1 0,3 0,5 0,8 1,0 1.2 | 1,5 2,0 2.5 3,0
Высота копира-пуансона
Стали марок: 65Г, 60С2, У8, У10; Бронза, медь, латунь Л63Т; Алюминий и его сплавы марок: АД, АД1, В95, АМЦ А-Н, . АМг А-Н; Другие материалы с относительным удлинением о < 12% 1,0 2,0 2,5 3,5 4,0 4,8 5,5 7,0 — —
Стали марок: 20, 25, 30, 35, 40, 45; Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5; 1X13, 2X13; Латунь ЛбЗПт; АМцА-М, АМгА-М; АВА-М; Д1АМ, Д1АТ; Другие материалы с относительным удлинением о = (15—25) % 1,5 2,5 3,5 4,0 5,0 6,0 6,8 8,0 10,0 12,0
Мекь М1М, М2М, МЗМ; Алюминий А2, АЗ; латунь Л63М; Бронза: Бр Б2; КМцЗ-1; Бр ОФ6,5-0,15; БрОЦ4-3; БрОЦС4-4-2,5; Сталь марок: Ст. 1, Ст. 2, 08кп, Юкп, 10,15кп, 15,20кп, Х18Н10Т и дру- гие материалы с относительным удлинением S > 25% 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 10,0 12,0 14,0
Рис. 6. Детали, полученные гибкой в штампе с эластичной матрицей
из полиуретана.
Основные требования при гибке для изготовления деталей хо-
рошего качества должны быть следующие:
1. Предел прочности материала ов и его толщина S должны со-
ответствовать величинам
высокопрочные, ов^60 кгс/мм2,
прочные, 30<ов^60 « «,
менее -прочные, ов^30 « «,
2. При конструировании детали
(рис. 7), так как форма детали, при
5^2 мм;
5^2,5 мм;
5^4 мм.
вводят ребра жесткости
больших радиусах гибки,
вследствие снятия с нее напряжений изменяется. Особенно следует
это учитывать при меньшей толщине материала и одновременно
большей его твердости, так как в этом случае особенно большие
упругие деформации.
3. Внутренний радиус гибки при вершине должен быть выбран
в зависимости от толщины и свойств материала-, из которого изго-
товлена деталь, но всегда радиус гибки выбирают не меньше чем
1,5 толщины материала.
4. Гибку детали следует производить предпочтительно поперек
волокон прокатки. Минимальную высоту полок деталей гнутых в
штампах с открытым объемом следует принимать согласно дан-
ным табл. 5. В штампах с закрытым объемом, где достигаются
более высокие удельные давления (около 40 кгс/мм2), необходимо
делать поправку «30% в сторону уменьшения.
16
Рис. 7. Примеры образования ребер жесткости.
Таблица 5
Минимальная высота отгибаемой полки
при гибке деталей в штампах с открытым объемом
1 Толщина материала, мм
Предел текучести ат, кг/мма 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0
Высота отгибаемой полки
Менее 25 3 6 9 12 18 24
25—50 5 10 15 20 30 40
Более 50 6 12 18 24 36 48
5. Иногда требуется произвести гибку не по всему сечению де-
тали и ее длине (рис. 8), а только участками. Для этих целей отги-
баемые участки при местной гибке полок необходимо отделять от
общего металла, не подвергающегося гибке, путем надрезов на ве-
личину Ь, которую выбирают из условия &>0,5R мм (где R — ра-
диус гиба при вершине)'. г‘г
2 зак. 524 J А| п
it ..У. i-» 7 -I
Й ....... <1
Рис. 8. Местная гибка полок.
6. Для получения гибки хорошего качества радиус гибки реко-
мендуется производить по всей длине детали.
7. Для получения высокой точности детали, зависящей от фик-
сации, в последней предусматривают (если это возможно) техноло-
гические отверстия.
8. Предельные отклонения от правильности геометрических
форм: неплоскостность, непараллельность, неперпендикулярность
гнутых деталей принимать по рекомендациям как для штампов
обычного исполнения (металлические пуансон и матрица).
9. Предельные утонения, уширения и сужения в зоне скругле-
ния детали с углом гиба 90° (рис. 9) должны соответствовать
табл. 6.
Таблица 6
Предельные отклонения деталей
(сужение, уширение и утонение)
/? S Утонение Сужение и уширение ширины полки
в % от толщины
наименьшие наибольшие наименьшие наибольшие
До 2 16 20,0 11 13,5
Св. 2 12 16,5 8 10,5
Рис. 9. Пример утонения, уширения и сужения
в зоне гиба: а — уширение; б — утонение; в — су- &
жение.
10. Гнуть детали на ребро не рекомендуется, так как из-за ма-
лой площади приложения распределенной нагрузки гибки не про-
изойдет.
Требования к деталям пространственной формы,
полученных вытяжкой или растяжкой
Вытяжку эластичным пуансоном (матрицей) производят по двум
основным схемам: эластичная среда работает в качестве пуансона
и прижима (матрица жесткая): эластичная среда работает в каче-
стве матрицы (пуансон и Прижим жесткие).
Формообразование деталей из листа замкнутого (возможно не-
замкнутого) контура эластичными средами заключается в упруго-
пластическом деформировании трубчатой заготовки различных
форм и размеров по жесткой матрице (возможно и эластичной мат-
рице по жесткому пуансону) при помощи давления, прикладыва-
емого со стороны эластичной среды. Формование деталей воз-
можно из составных заготовок, когда необходимо получить труб-
ную заготовку необычной формы или размеров.
В зависимости от геометрии вытянутой или полученной формо-
образованием пространственной детали (рис. 10), толщины и мар-
ки материала необходимо придерживаться следующих требований:
‘1. Наименьший радиус между дном и стенкой при вытяжке по
жесткой матрице полиуретановым пуансоном определяют:
min —
2<гт-5
(О
2*
19
‘I-------------------
Рис. 10. Примеры деталей, полученных раздачей и обжимкой.
где tfT — предел текучести, кгс/мм2;
S —толщина материала, мм;
q —удельное давление, которое можно создать на данном
блоке и имеющемся оборудовании, кгс/мм2.
Достижимые наименьшие радиусы между дном и стенкой, меж-
ду фланцем и стенкой при вытяжке по жесткой матрице полиурета-
новым пуансоном для различных материалов приведены в табл. 7.
Таблица 7
Минимальные радиусы сопряжений
Между дном и стенкой Между фланцем и сеткой
Марка материала Радиус сопряжения R Марка материала Радиус со- пряжения R
АМц, АМг 6 35 АМц, АМгб 35
08кп, Юкп, 15кп (3-4)5 Д16 55
Х13, Х18Н10Т (7-8)5 Л63, Л68 55
10, 15, 20, 25, 30 45 08кп, Юкп, 15кп 45
65г, 60С2А (10-12)5 Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3 65
Х13, Х18Н10Т 85
2. Утонение стенок и дна при вытяжке составляет 5—18%.
3. Вытяжка деталей с фланцем
Ф = 1,6-2,0 и при-тт- = 0,25-0,50
достигается за одну операцию полиуретановым пуансоном без
донного прижима,
где Дф—диаметр фланца, мм;
Дв — диаметр вытянутой детали, мм;
• Н — высота вытянутой детали, мм.
4. Достижимый коэффициент вытяжки деталей, вытянутых за
одну операцию, допускается не ниже 0,5 из холодноштампуемых
материалов толщиной от 0,2 до 3 мм.
5. Возможно совмещение вырубки с вытяжкой (при проектиро-
вании деталей это необходимо учитывать).
6. При разработке технологического процесса растяжки и об-
жимки деталей необходимо учитывать, что наилучшее качество
штампуемых изделий получается при толщине материала 0,5—3 мм,
имеющего относительное удлинение более 7%.
7. Растяжка деталей полиуретановым пуансоном возможна при
отношении высоты заготовки к ее диаметру не более 3. При боль-
ших отношениях возможны искривление пуансона и некачественная
раздача детали.
8. Технолог и конструктор при проектировании детали при тол-
щине материала 1,0—1,5 мм и процесса его изготовления должны
21
учитывать, что раздачу и обжимку деталей можно совмещать с
операциями рельефной формовки, различных надписей и рисунков.
Следует иметь в виду, что детали, получаемые операцией вы-
тяжки, растяжки и обдсимки в штампах с применением полиуре-
тана, могут быть много сложнее по форме, радиусам сопряжений
и отдельным элементам, чем детали, получаемые в специальных
жестких штампах.
Требования к деталям, получаемым
рельефной формовкой и отбортовкой
Среди разных видов штамповки с применением полиуретана
наиболее перспективна рельефная формовка. Рельефной формовке
подвергают в основном плоские детали, на которых хотят получить
различные углубления и выступы.
Назначения рельефной формовки: декоративное (нанесение ри-
сунка); эксплуатационное (образование упоров, фиксаторов, уста-
новочных поверхностей); конструктивной (получение ребер жест-
кости) .
Отбортовка отверстия— образование борта заданной формы
вокруг предварительно пробитого отверстия или по краю изделия.
По ‘характеру деформации, схеме напряженного состояния и
производственному назначению различают три основных вида от-
бортовки: отбортовка отверстий (внутренняя); отбортовка наруж-
ного контура (внешняя); одновременная отбортовка отверстия и
наружного контура (совмещенная).
Качество деталей, получаемых в штампах с полиуретановой
рабочей частью, выше, чем в металлических, так как поверхность
заготовки повреждений не получает. Поэтому в таких штампах
можно изготовлять детали с полированной или декоративной по-
верхностью.
Условия получения деталей высокого качества должны быть
следующие:
1. Материал для рельефной формовки и отбортовки должен об-
ладать хорошими пластическими свойствами, так как образование
местных выступов и углублений происходит за счет растяжения, то
есть утонения, материала.
Предел возможностей деформации материала за одну операцию
должен быть в пределах
^=-Z- 100< 0,758 <15- 18%, (2)
где /1—длина материала по выбранному сечению формуемого
рельефа (рис. 11) после формовки, мм;
I —длина того же участка до рельефной формовки, мм;
б — относительное удлинение материала, %.
2. Размеры ребер жесткости (рис. 12) должны назначаться с
учетом табл. 8.
22
5
Рис. 11. Схема формовки ребра жесткости.
Таблица 8
Относительные размеры ребер жесткости
в зависимости от материала деталей
Материал Sw, % Элементы ребер жесткости
Г У R_ h
Сплавы тита- новые До 9 2,8-4 0,5
Сплавы алюми- ниевые 0,8—4 1,0
Стали твердые Св. 10 1,7-2,9 0,6
Стали мягкие 1,5—2,8 0,7-1,0
3. Расположение ребер жесткости должно соответствовать раз-
мерам, указанным на рис. 12. При этом необходимо учесть, что
возможна утяжка элементов детали, поэтому необходимо или рас-
полагать ребра жесткости на расстоянии от края детали, равном
150 мм, но не менее 100 мм, или предусматривать технологический
припуск на обрезку, равный 10 мм на сторону.
4. Величина утонения материала в местах ребер жесткости до-
стигает 10—15% исходной толщины.
23
a
a
Рис. 12. Пример отбортовки и формообразования: а — отбортовка с технологиче-
ской накладкой; б — форма ребер жесткости; в — деталь с ребрами жесткости.
5. Отклонения размеров ребер жесткости могут быть:
по высоте h, мм ±0,5;
по радиусам ruR, мм ± 1,5;
по 'длине I, мм ±3—5.
6. Допустимая глубина формовки ребер жесткости зависит от
отношения предела текучести от к пределу прочности <тв и от ра-
диуса дна и должна соответствовать:
24
ат/ав при >0,35 глубина /7 = 0,35 Д\
ат/ов при 0,35 до 0,5 глубина Я = 0,25 Д;
ат/°в при >0,5 глубина Я = 0,1 Д,
где Д — диаметр ребра жесткости.
7. Формовку выпуклых надписей, схем, чертежей, рисунков it
знаков следует производить на пластичных материалах
ав ^40 кгс/мм2 толщиной до 0,8 мм и предпочтительнее (экономи-
чески выгодно) на заготовках с предварительно отполированной
поверхностью согласно чертежу детали или техусловиям изделия.
8. Отбортовку следует производить из материалов с относитель-
ным удлинением б >20 % и толщиной 0,5—2 мм.
9. Отверстия под отбортовку следует определять по формуле
[3]
d0 = Дср - 2 (Н-0,43/? - 0.72S), (3>
где dQ—диаметр отбортованного отверстия, мм;
Дср=Д0 +5 — диаметр отбортованного отверстия по средней ли-
нии, мм;
Н — высота борта, мм;
R — радиус отбортовки, мм;
5 — толщина материала, мм.
10. При проектировании деталей необходимо учитывать и такой
фактор, что на штампах с полиуретановым пуансоном возможно
производить отбортовку с одновременной просечкой дна, учитывая,,
чтобы толщина материала заготовки была не более 1 мм, а высота
отбортовки должна быть равна радиусу отбортовки. Следователь-
но, для увеличения высоты отбортовки необходимо увеличивать
радиус. Возможна отбортовка круглого контура с предварительно-
открытым отверстием при толщине материала свыше 1 мм, с по-
мощью технологической прокладки (рис. 12, а.).
11. При назначении размеров отбортовки в деталях следует
учитывать допускаемую степень деформации предельного коэффи-
циента отбортовки
приведенного в табл. 9,
где Дср =Д+5.
Минимальные радиусы отбортовки должны соответствовать (в
зависимости от свойств материала):
пластичный материал — J? = 1S;
малопластичный —Д = 1,55.
прочный —/? = 2,25.
Величину отверстий принимать согласно табл. 10, а высоту бор-
та — Я< (3—4)5.
12. Конструируя детали, необходимо помнить, что оснастка с
полиуретановыми рабочими частями позволяет совместить отбор-
товку с проколкой пазов, отверстий, с формовкой ребер жесткости,
25
Таблица 9
Предельные значения коэффициента отбортовки
в зависимости от способа изготовления отверстий и отношения do/S
do
S'
Способ
'изготовления
отверстия
100 50 35 20 15 10
8 6,3 5
Степень деформации, К
Минимальные значения отбортованных отверстий
в зависимости от толщины и рода материала
Марка материала или сплава Толщина материала, мм
0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0 1,5
Минимальные диаметры отбортованных отверстий, мм
10, 20, 30 Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Л63, Л68 Д1, Д16, В95 2,8 3,0 3,5 5,0 6,0 7,0 8,5
Ml, М2, М3 АД, АМц, АД00 2,8 3,2 3,8 5,5 6,0 7,0 8,0
пуклевок, надписей, выполнением различных рисунков и схем и об-
рубкой по контуру за один ход пресса с учетом возможной толщины
.материала по совмещенной операции.
Требования к конструкциям плоских деталей
из неметаллических материалов,
получаемых вырезкой и пробивкой
К деталям и изделиям из неметаллических материалов (рис. 13)
предъявляются жесткие требования в отношении качества. По-
верхность среза должна быть чистой и ровной. Детали, особенно
получаемые из органического стекла, не должны иметь ни мель-
чайших трещин и расслоений.
26
Рис. 13. Детали из неметаллических материалов,
Дефекты, наблюдаемые при вырубке-пробивке деталей из неме-
таллических материалов в штампах с матрицами (пуансонами) из
полиуретана, следующие: трещины; ореолы, расслоения, сколы и
бахрома на поверхности среза; отклонение от чертежных форм и
размеров.
Опыт внедрения новых штампов показывает, что па дефекты
влияют:
факторы, зависящие только от рода материала;
факторы, обусловливаемые конструктивными особенностями
оформления деталей (диаметр отверстий, радиусы закругления, на-
личие острых углов, величина расстояний между отверстиями, от-
верстиями и кромками детали).
Образование трещин, поверхностных и сплошных, связано с раз-
рушением материалов под действием напряжений, возникающих
при штамповке. Обычно в местах концентрации наш,ряжений начина-
ется образование элементарных трещин, которые развиваются в по-
следующем в трещины, приводящие к браку деталей. На качество
деталей, изготовляемых из неметаллических материалов, значи-
тельное влияние оказывают конструктивные особенности оформле-'
ния деталей под вырубку-пробивку.
Наиболее часто дефекты на деталях •образуются около острых
углов и выступов, основной причиной чему являются условия де-
формации. В местах резких изменений формы, из-за значительной
концентрации напряжений, поверхность разделения материала раз-
рушается сильнее, чем на прямолинейных участках контура.
27
Вследствие указанных причин необходимо при проектировании
деталей для вырубки-пробивки из неметаллических материалов
стремиться к максимально .большим (допускаемым при сопряже-
нии с другими деталями в сборе) радиусам скругления и избегать,
насколько возможно, резких изменений формы.
При проектировании деталей необходимо создавать такие гео-
метрические формы, при которых возможности образования тре-
щин, ореолов и расслоений были бы минимальными. Наиболее тех-
нологичными плоскими деталями из неметаллических материалов
являются детали круглой, овальной и иной формы с плавными
очертаниями. Если 'конструктивные особенности деталей не позво-
ляют придать им такие формы, то необходимо острые, прямые и
тупые углы как на наружном контуре, так и в отверстиях выпол-
нять скругленными.
В зависимости от толщины и рода материала минимальные зна-
чения радиусов сопряжений поверхности и минимальные размеры
отверстий для деталей из неметаллических материалов необходимо
принимать по табл. 11 и 12.
Таблица 11
Минимальные радиусы скругления элементов контура деталей
из неметаллических материалов, мм
Форма сопряжения поверхности Поверх- ность Материал
оргстекло и целлу- лоид гетинаксы текстолиты и стекло- текстолиты
Внутренняя 5,0 4,0 4,0
4,0 з,о 3,0
Наружная 4,0 3,0 3,0
Х'— <£>9О ] 3,0 ’ 2,0 2,0
Следует отметить и такой важный фактор, что если па детали
из стеклоткани много длинных продольных пазов или выступов, то
28
Таблица 12
Минимальные размеры отверстий
для деталей из неметаллических материалов, мм
Форма отверстий Материал
оргстекло и целлулоид гетинаксы текстолиты и стекло- текстолиты
15 10 10
а 18 13 13
18 13 13
заготовку нужно располагать под копиром-пуансоном так, чтобы
угол между направлением волокон и пазов или выступов состав-
лял 45°.
Глава II
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ, ПРОИЗВОДИМОЙ
В ШТАМПАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИУРЕТАНА
§ 1. Выбор технологического процесса
Технологический процесс холодной штамповки представляет со-
бой совокупность действий, направленных на изменение формы ма-
териала или заготовки и получение таким образом готовой детали.
Оборудованием служит пресс, оснасткой — штамп.
Большинство штампуемых деталей из листового материала
можно изготовлять несколькими способами: дифференцированным,
или концентрированным, — совмещенного или последовательного-
действия, и различными способами и методами современной холод-
ной штамповки.
Выбор варианта технологического процесса и его разработка
являются основными вопросами в организации любого производ-
ства. Правильный выбор технологического процесса определит
рентабельность работы, позволит изготовлять детали с наименьшей
себестоимостью.
При выборе варианта и разработке технологического процесса
необходимо учитывать:
форму, габаритные размеры детали, толщину и свойства мате-
риала, требования, предъявляемые к ее качеству и точности изго-
товления;
программу выпуска;
имеющееся в цехе прессовое оборудование;
сроки подготовки производства.
Характер технологических процессов, производительность и
организация производства не могут быть одинаковыми при различ-
ных объемах производства. Основными признаками рациональ-
ности производства являются: минимальный расход материала;
наименьшая трудоемкость; минимальные затраты на изготовление
технологической оснастки; наибольшая стойкость инструмента.
При разработке технологических процессов [5] необходимо ре-
шить следующие задачи:
1. Согласовать технологические базы и припуски с представите-
лями механического цеха.
30
2. Определить форму и размеры заготовки и расход материала
на деталь.
3. Определить, какими будут операции, количество и последо-
вательность их.
4. Установить типы штампов (блоков) и исходные данные для
их разработки.
5. Определить тип, мощность и габариты оборудования.
6. Разработать нормы времени, определить разряды и количе-
ство рабочих.
7, Определить методы контроля за качеством деталей.
8. Установить необходимость (или ненужность) применения
каких-либо доделочных непрессовых операций.
9. Установить необходимость (или ненадобность) промежуточ-
ных термических операций.
Качественная разработка технологических процессов должна
быть произведена в следующем порядке:
проверяют конструкцию детали на технологичность;
определяют наиболее рациональные технологические варианты
операций, их последовательность и число;
определяют раскрой материала;
выбирают схему конструкций будущих штампов;
находят способ и направление подачи заготовок в штампы, их
удаление из штампов.
Проанализировав при разработке технологического процесса
значимость приведенных факторов, приступают к выбору варианта
технологического процесса, в каждом конкретном случае предпо-
лагая основную цель — качество и наименьшую стоимость изготов-
ления деталей.
§ 2. Варианты технологических процессов
Различные варианты технологических процессов должны пре-
дусматривать характер производства: опытное — штучное, мелкосе-
рийное, серийное, крупносерийное и массовое.
Нахождение оптимального варианта технологического процес-
са — задача трудная, так как стремление к снижению трудоемкости
детали может привести к общему повышению ее себестоимости.
При снижении трудоемкости стремятся’к сокращению числа опе-
раций, а это, в свою очередь, ведет к сложным комбинированным
штампам, к их резкому удорожанию. Поэтому правильное решение
может быть найдено лишь путем учета всех особенностей процесса.
Для удобства выбора оптимального варианта технологического
процесса разработана [2] терминология и характеристика основ-
ных операций холодной штамповки, выполняемых на. оснастке,
в которой использован полиуретан, сведенных в табл. 13.
3.1
Таблица 13
Терминология и характеристика основных операций холодной штамповки,
выполняемых на оснастке, в которой использован полиуретан
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали Формулы для определения усилии Определение и характеристика операции
Резка Вырубка 1 _S J Я = Кп, где Кп — коэффициент, зависящий от периметра детали и высоты копира-пуансона (см. табл. 40) 1/мм; S — толщина вырезаемого ма- териала, мм; q — удельное давление, кг/мм2 Отделение детали от заготовки (или заготов- ки от исходного мате- риала) по замкнутому контуру при толщине материала S = 0,01—2,0 мм
Пробивка \(L — Для отверстий d < 5/г 4хСр*S q~ d Для отверстий d = (5 4-10) h К' d Получение сквозных отверстий в заготовке с удалением материала по замкнутому контуру, как отхода. Черные металлы S < 1,5 мм Цветные металлы 5 < 2,0 мм
Зак. 524
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
Резка _5
Отрезка S
Надрезка 1 ВК... ЛЯИИ 1 ]
Продолжение таблицы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
Для отверстий d > ЮЛ Ten • <5* • d п = ! . 1.1Л (or — 1.57Л) где h — 'высота копира-пуан- сона, мм; К' — коэффициент формы отверстия
Ч = тср‘£’Кп> где 7 — уд. давл., кг/мм2; тср — сопр. срезу, кг/мм2; S— толщина материала, мм; Кп — коэффициент, завися- щий от периметра де- тали и высоты копира- пуансона 1/мм (см. табл. 40) Разделение материа- ла на части по незамк- нутому контуру. Черные маталлы S < 1,5 мм Цветные металлы S < 2,0 мм
TCp-S-P q- F ’ где тср — сопротивление сре- зу,кг/мм2: S — толщина материа- ла, мм; Р — периметр надрезае- мого контура, мм; F— площадь надрезае- мого контура, мм3 Частичное отделение материала по незамкну- тому контуру без уда- ления отделяемой час- ти. Черные металлы S < 1,5 мм Цветные металлы S < 2,0 мм
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
Резка Обрезка шм, _ м» \ ] отход
Гибка Гибка на свободной поверхности полиуре- тана за 1 удар ф U. У j-—-J -fc/j
Продолжение таблицы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
q == Тер * S • К где q — уд. давл., кг/мм2; тср — сопротивление срезу, кг/мм2: S — толщина материа- ла, мм; К — коэффициент, завися- щий от периметра де- тали и высоты копи- ра-пуансона, 1/мм (см. табл. 40) Отделение от заго- товки части материала (технологического при- пуска). Черные металлы S < 1,5 мм. Цветные металлы S < 2,0 мм
р S'B (1,5 + £в) Формоизменение пу- тем изгиба заготовки одним пуансоном Толщина материала S < 4,0 мм
6."-к£ + 1 -sin-1 2 R 2 где Р — усилие гибки, кг; S — толщина материа- ла, мм; В — ширина заготовки, мм; R— радиус гибки, мм; -1 — угол гиба, рад.; ев — относительное удлине- ние материала заго- товки при растяжении образца в момент на- чала* образования шей-
.со
Со
СП
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
Гибка на свободной
поверхности полиуре-
тана, за 2 удара
Гибка
Гибка на свободной
поверхности полиуре-
тана за 3 удара
J Гибка на свободной
поверхности полиуре-
тана за 4 удара-.
Продолжение таблицы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
ов — временное сопротивление разрыву, кг/мм2; К — коэффициент жесткости эластичного материала. Для полиуретана марки СКУ-7Л К = 0,4 Формоизменение пу- тем изгиба заготовки одним универсальным или двумя специальны- ми пуансонами
Формоизменение пу- тем изгиба заготовки универсальным и одним специальным пуансо- ном. Толщина материала S < 4,0 мм
Формоизменение пу- тем изгиба заготовки универсальным или че- тырьмя специальными пуансонами. Толщина материала S < 4,0 мм
ео
о
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
Гибка в замкнутом
объеме за 1 удар
Гибка
Гибка в замкнутом
объеме за 2 удара
Продолжение таблицы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
Для элементов гибки а _ $2 (1,5 + ев) °в 4 За2 где q — уд. давление, кг/мм2; S — толщина материа- ла, мм; ев — относительное удлине- ние; ов — временное сопротивле- ние разрыву, кг/мм2; а — плечо гибки, мм Формоизменение пу- тем изгиба заготовки специальным пуансо- ном. Толщина материала S 3t0 мм
Для элементов формовки _ 3aB-S-h 4 I где h — высота формовки, мм; 1 — ширина формовки, мм Формоизменение пу- тем изгиба заготовки двумя специальными пуансонами. Толщина материала S < 1,5 мм
Получение полых де- талей из плоских заго- товок. Толщина материала S = 0,3 -г 4,0 мм
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
Вытяжка Вытяжка повторная по жесткой матрице
Вытяжка по жестко- му пуансону
Вытяжка повторная по жесткому пуансону
Продолжение таблицы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
Получение полых де- талей из полых заго- товок. Толщина материала S = 0,34-4,0 мм
Получение полых де- талей из плоских заго- товок. Толщина материала . S < 0,3 4- 3,0 мм
Получение полых де- талей из полых загото- вок. Толщина материала S = 0,3 4- 3,0 мм
co
Ou
Вид
обра-
ботки
Наименование
операции
Эскиз детали
Формовка
Фор-
мовка
Отбортовка наруж-
ного контура
Отбортовка внутрен-
него контура
Продолжение табл и ц ы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
_ 3~B-S-k 1 где q — уд. даВл., кг/мм2; ав — временное сопротив- ление разрыву, кг/мм2; S — толщина материа- ла, мм; h— высота формовки, мм; 1 — ширина формовки Изменение формы за- готовки путем образо- вания выпуклостей и впадин. Для материалов с от < 2,0 кг/мм S < 5,0 мм, для мате- риалов с ат < 20 кг/мм2 S С 3,0 мм
а __ 1 GT‘1^ 4 2(Л-/?вн-р) ’ где ат — предел текучести материала, кг/мм2; S — толщина материа- ла, мм Получение относи- тельно невысокого бор- та по наружному кон- туру деталей. Толщина материала S < 3,0 мм
А — ширина изгибаемого уча- стка, мм; 7? — радиус отбортовки, мм; «р — угол отбортовки, рад. 1 Образование борта по внутреннему конту- ру детали. Толщина материала S < 3,0 мм
Вид обра- ботки Наименование операции
Растяжка
Фор-
мовка
Совмещение выруб-
ки с другими опера-
циями
Эскиз детали
ЕС
«О
Я
Я
cd
0
О
CU
я
я
я
\о
S
о
id
Совмещение глубо-
кой вытяжки с други-
ми операциями
Продолжение т’а"б л и ц ы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика, операции
* Расширение части полой детали. Толщина материала S < 3,0 мм
Подсчет удельных давлений для каждого элемента, выбор пресса — по наибольшему из них Одновременное вы- полнение вырубки с од- ной или несколькими следующими операция- ми: пробивкой, гибкой, формовкой, калибров- кой, неглубокой вытяж- кой за один ход пресса с одной установки за- готовки -
Подсчет удельных давлений для каждого элемента, выбор пресса — по наибольшему из них Одновременное вы- полнение глубокой вы- тяжки с формовкой, пробивкой в одном штампе за один ход пресса с одной уста- новки заготовки
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
Комбинированная штамповка Совмещение наруж- ной отбортовки с дру- гими операциями
1 Г
Совмещение растяж- ки с другими опера- циями к п? и
Фор- мовка Обжатие и я ol— ВЦ
Продолжение табли цы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
Подсчет удельных давлений для каждого элемента, выбор пресса — по наибольшему из них Одновременное вы- полнение наружной от- бортовки с внутренней отбортовкой, гибкой, формовкой, пробивкой, чеканкой, нарезкой за один ход пресса с од- ной установки заготов- ки
Подсчет удельных давлений по элементам формовки или пробивки, выбор пресса — по наибольшему из них Одновременное вы- полнение растяжки с формовкой, пробивкой в одном штампе за один ход пресса с од- ной установки заготов- ки
q = ^в-Sfi Образование в полых деталях местных суже- ний. Толщина материала S < 3,0 мм
Вид обра- ботки Наименование операции Эскиз детали
. Фор- мовка Правка JZ4ZL
Калибровка i
Чеканка
Сборка Обжим
Раздача г
Окончание таблицы 13
Формулы для определения усилий Определение и характеристика операции
Устранение неровной поверхности заготовки или детали. Толщина материала S < 4,0 мм
Придание заготовке точных размеров и фор- мы. Толщина материала S < 4,0 мм
д =—в^. 1 Получение углубле- ний, выступов и рисун- ков на поверхности за- готовки. Толщина материала 5 = 0,01—0,05 мм
Здв-Л 4 / Соединение двух де- талей обжимом наруж- ной детали
Соединение двух де- талей путем распучива- ния или раздачи внут- ренней детали
Пример выбора вариантов технологических процессов показан
в табл. 14 и на рис. 15.
Совмещение нескольких операций в одном копире-пуансоне по-
зволяет сократить трудоемкость штамповки и длительность техно-
логического цикла, уменьшить количество рабочих частей.
Таблица 14
Варианты технологических процессов изготовления держателей
(рис. 15) для различных масштабов производства
на штамповой оснастке с использованием полиуретана
Вид производ- ства Операция Штамповая оснастка
Мелко- серийное Вариант I 1-я операция — вырубка контура 2-я операция — сверление отвер- стий 0 2,8 3-я операция — формовка ребер жесткости, радиусов /?2 и /?10 4-я операция — гибка полок Вариант II 1-я операция — вырубка с одно- временной преколкой отверстия 2-я операция — формовка ребер жесткости, радиусов /?2 и 7?10 3-я операция — гибка полок Копир-пуансон (выруб* ной) Сверло и сверлильный ст,анок Формовочный копир-пу- ансон Гибочный пуансон ' Копир-пуансон (совме- щенный) Формовочный копир-пу- ансон Гибочный пуансон
Серийное Вариант I (Вариант II мелкосерийного про- изводства) Вариант 11 1-я операция — вырубка контура с одновременной проколкой отверстия 2-я операция — формовка ребер жесткости, радиусов R2 и /?10 с од- новременной гибкой полок По варианту II мелкосе- рийного производства Копир-пуансон (совме- щенный) Формовочно-гибочный пу- ансон Блок с закрытым объе- мом должен развивать удельное давление не ме- нее 12 кгс/мм2
В мелкосерийном производстве технологический процесс пре-
дусматривает получение детали минимальной стоимости и исполь-
зование для ее изготовления отдельных рабочих частей (копиров-
пуансонов, форм-блоков, гибочных пуансонов).
42
§ 3. Технологический процесс
изготовления плоских деталей
При разработке технологического процесса изготовления плос-
ких деталей (рис. 14) на штампах с использованием полиуретана
необходимо придерживаться такого порядка:
1. Определить характер производства (программу).
2. Изучить чертеж детали, определив толщину и марку мате-
риала, из которого она изготавливается, допуски на изготовление.
3. Рассчитать необходимые удельные давления [2] по форму-
лам согласно табл. 15, 16.
4. Определить минимальный технологический припуск (при
штучной заготовке) или минимальную ширину перемычки при вы-
рубке из полосы.
5. Определить тип копира-пуансона и его высоту, согласно
данным табл. 4.
6. По расчетному давлению q, по заданной величине рабочей
площади /•’„од упругой матрицы может быть определено необходи-
мое усилие пресса
Рпр= 1,ЗГЯ0Д^, (5)
где Рпр — усилие пресса, кг;
q — удельное давление, кгс/мм2;
/„од — рабочая площадь зеркала упругой матрицы, мм2;
Таблица 15
Экспериментальные формулы для определения удельного давления
в зависимости от формы вырубаемой детали
___________________или пробиваемого отверстия__________________
Форма вырубаемой детали или пробиваемого отверстия Удельное давление q, кг/мм2 Форма вырубаемой детали или пробиваемого отверстия Удельное давление q, кг/мм2
Круглая — на- ружный кон- тур Круглая — внутренний контур при d < 5Л * 'tCn,tS,Z) q = 1,1Л (£>+1,57Л) d Круглая — внут- ренний контур при а?=(5 4-10) h Круглая — внут- ренний контур ' при d > ЮЛ 4tCp-S • » q = _ 4 1,1Л(^- 1,57 Л)
Л* — высота копира-пуансона (табл. 4).
** Значения коэффициента приведены в табл. 16.
1,3 — коэффициент, учитывающий неоднородность физико-ме-
ханических свойств материала заготовки, допуск на
толщину материала.
Следует обратить внимание, что- энергоемкость процесса вы-
рубки-пробивки в штампах с эластичной матрицей из полиуретана
43
Рис. 14. Детали сложного контура, полученные в штампах с эластич-
ной матрицей.
45
Таблица 16
Экспериментальные значения коэффициента использования площади
Вырубаемый материал
Отношение 1 h Сталь Х18Н9Т Сталь 3, 5, 08кп Сталь 10, 20 Медь М, IM, мягкий алюминий Алюминиевые сплавы Д16АТ, Д16В9Т
Значение коэффициента Кг
5 1 1 1 1
6 1.3 1,2 1,4 1,3
7 1,6 1,5 1,8 1,7
8 1,9 1,8 2,1 2,0
9 2,2 2,1 2,3 2,2
10 2,5 2,4 2,5 2,5
значительно выше и отличается от энергоемкости процесса вы-
рубки-пробивки в специальных жестких штампах.
7. При изготовлении деталей из листа и разработке технологи-
ческого процесса необходимо учитывать, что способом вырубки-про-
бивки в штампах с эластичной матрицей нашли распространение
следующие основные технологические операции и схемы (табл. 17):
а) вырубка-пробивка листовых деталей или технологических
заготовок различной конфигурации из черных и цветных матери-
алов толщиной от 0,01 до 2,5 мм. При работе с материалами, лег-
ко поддающимися вырубке в штампах с эластичной матрицей, ис-
пользуют копиры-пуансоны простой конструкции (табл. 17.1). Вы-
рубку деталей из материалов, трудно поддающихся изготовлению,
производят сложными копирами-пуансонами (табл. 17.2);
б) пробивка (проколка) производится с помощью копиров-
пуансонов простой и сложной формы (табл. 17*. 3,4,5) в плоских
гнутых и объемно отштампованных деталях. Наиболее простой вид
операции —пробивка отверстий любой конфигурации в плоских
заготовках;
в) вырубка по контуру с одновременной пробивкой отверстий
всевозможных конфигураций.
Номенклатура деталей (совмещенная вырубка и пробивка), из-
готовление которых возможно в штамповой оснастке с использо-
ванием полиуретана, разнообразнее, чем номенклатура деталей,
изготовляемых в специальных штампах. Достаточно сказать, что
при вырубке-пробивке <в штампах с эластичной матрицей (пуансо-
ном) отпадает необходимость учитывать:
величину одностороннего зазора между пуансоном и матрицей;
перемычку в пуансоне (матрице) между отверстиями и наруж-
46
Рис. 15. Пример разработки вариантов технологического процесса изготовления
деталей в штампах с пуансоном (матрицей), из полиуретана.
Таблица 17
i г’ L Технологические операции вырезки-проколки
Р?' , и схемы их выполнения
Наименование операции Схема выполнения операции Реко! механи» ства э °в. кг/мм2 лендуе 1еские ластом 5, % иые свой- еров ^шор
1. Вырубка-прокол- ла простым копиром 200- 300 >300 90— 95
2. Вырубка-прокол- ка сложным копиром с периферийным шаб- лоном 250— 300 >300 90— 95
3. Проколка отвер- стий копиром простой формы 250— 300 >300 90— 98
4. Проколка отвер- стий сложными копи- рами я ев»» 250— 300 >300 95— 98
«же
^\\\^\\\\
5. Проколка отвер- стий в гнутых дета- лях сложными копи- рами 1 О ф ds в 250— 300 >300 85— 90
48
Окончание таблицы 17
Наименование операции Схема выполнения операции Рекомендуемые механические свой- ства эластомеров
®в. кг/мм2 о, % /^шор
6. Проколка отвер- стий в деталях в про- странственной форме сложным копиром 400 600 85— 90
Z//Z//Z У//////л
7. Вырубка деталей из полосы или ленты копиром-пуансоном 250— 300 >350 85— 95
'77/////\ ///////у
8. Надрезка детали с помощью копира- пуансона 250- 300 >350 85— 95
9. Обрезка припус- ка по высоте у ци- линдрической детали с помощью копира 400 400 85— 90
Mr /V\\
7А7/А 7//АА
10. Обрезка при- пуска по фланцу ; ко- пиром 400 500 85— 90
мйчфя&ДЧ-'4*
'/////А 7//////,
4
Зак. 524
49
ным контуром (при малых перемычках стойкость пуансона (мат-
рицы) обычных штампов резко падает);
количество отверстий в детали;
конфигурацию детали (простую, сложную, особо сложную);
толщину материала до 0,5 мм;
усилие снятия детали с пуансона;
усилие проталкивания отхода через рабочий поясок матрицы;
г) отрезка — полное отделение одной части материала от дру-
гой — производится при изготовлении мерных лент, полос из рулон-
ного или полосового материала копирами-пуансонами (табл. 17.7);
д) надрезка — операция, при которой происходит частичное от-
деление материала по незамкнутому контуру (жалюзи, полузакры-
тые отверстия, выступы и упоры). Эту операцию производят с по-
мощью копиров-пуансонов (табл. 17.8);
е) обрезка—отделение припуска материала при неровных кра-
ях снаружи или внутри плоских полых и круглых объемных дета-
лей, полученных путем изменения их форм. Обрезка производится
с помощью копира-пуансона, внутренняя полость которого иден-
тична наружной форме обрабатываемой детали и имеет те же раз-
меры (табл. 17.9,10).
§ 4. Технологический процесс
изготовления гнутых деталей
В отличие от гибки в жестких штампах гибка в штампах с эла-
стичной матрицей позволяет получать детали более сложной кон-
фигурации за один переход. Расчет усилий, необходимых при гиб-
ке, производят для штампов с открытым и с закрытым объемами
(рис. 16, а, б).
Расчет усилий гибки
в штампах с открытым объемом
В отличие от гибки на жесткой матрице гибка на эластичной
матрице [1, 2] сопровождается деформацией последней совместно
с заготовкой (рис. 17). Усилие, необходимое для деформирования
заготовки, определим из равенства моментов внутренних и внешних
сил Мвн =МИ.
Момент внутренних сил при пластическом изгибе с упрочнением
принимаем равным:
7ИВН= 1F(1,5 +ев)ав, кг«мм, (6)
где W — момент сопротивления волокна, мм3;
ев—относительное удлинение материала заготовки в момент
начала образования шейки;
сгв— временное сопротивление разрыву, кг/мм2.
50
р
Рис. 16. Схема гибки: а — с открытым
объемом; б — в закрытом объеме.
Рис. 17. Схема поверхности гибки
детали на свободной поверхности
эластичной матрицы.
Момент внешних сил
Ма = Р*-а, (7)
где Рх— реакция, действующая со стороны эластичной матрицы на
заготовку;
o = (8)
(9)
где а — плечо, мм;
а — угол гибки, град.;
S — толщина формуемой заготовки, мм;
К — коэффициент жесткости эластичной матрицы (для поли-
уретана СКУ-7Л твердость по Шору (шкала А) 80 единиц
К=0,4).
Решив формулы (6, 7 и 8), получим
р _ qb-B-S (1,5 4~ ев)
R + 1 а ’
ЗК-а- —н— -Sin -75-
A Z
где ов— временное сопротивление разрыву, <кгс/мм2;
В — ширина заготовки, мм;
S — толщина материала, мм;
ев—относительное удлинение материала;
К — коэффициент жесткости эластичной матрицы (для поли-
уретана СКУ-7Л равен 0,4);
а — угол гибки, град.;
R — радиус гибки, мм:
4*
51
Как показала практика внедрения, для упрощенных расчетов
можно пользоваться и формулой
P = S-aB-B-Kt, (10)
где Ki — коэффициент, учитывающий влияние угла гиба, при коэф-
фициенте жесткости эластичной матрицы равным 0,4, при-
нимать по данным табл. 18.
Таблица 18
Значения коэффициента К, зависящего от угла гиба
Значение углов, градусы 165 150 135 120 105 90 75 60 45 30
Коэффици- ент К 0,99 0,97 0,95 0,94 0,93 0,92 0,91 0,91 0,90 0,90_
Расчет усилий гибки
в штампах с замкнутым объемом
Детали, для которых характерны повышенная точность разме-
ров и большие усилия при гибке, предпочтительно изготовлять в
штампах с замкнутым объемом (рис. 18). Усилие со стороны эла-
стичного элемента, необходимое для изгиба борта, определяем из
условия равенства моментов внутренних и внешних сил
Жвн = Мн.
Момент внутренних сил находим:
Мвн= 1Г(1,5 + ев)ав,
где W7 — момент сопротивления волокна, м.м3.
Момент внешних сил равен:
Яю -я2
Мн = ^—В. (11)
Поставив соответствующие значения и выделив qv, получим;
__ 52(1,5 + ев)св
— За2
(12)
где s — толщина материала, мм;
а — плечо, на которое действует давление, мм.
а= [A-(/? + S0)(1-cos<p)]-^-mm, (13)
где h — высота отгибаемого борта, мм;
R — радиус гибки, мм;
So — толщина формуемой заготовки, мм:
Ф — угол гибки, град.
52
б
Рис. 18. Схема действия сил при отгибке борта: а — начальная- стадия; б —
окончательная стадия; в — схема действия сил.
При разработке технологического процесса гибки деталей не-
обходимо учитывать:
1. Глубину хода внедрения пуансона с деталью в полиуретано-
вую матрицу, которая равняется
Лп = /?+(5-7)5, (14)
где R — радиус гибки, мм.
2. Длину развертки гнутых деталей (рис. 19) определяют по
формуле
^раз — + ^+ ... + ^+ 7/ TTjgs f К ^4-—] ,
r 1OU \ Z I
где А, В, Е — прямые участки детали, мм;
Н — количества гибок «а данный угол;
(15)
53
Рис. 19. Элементы гнутых де-
талей.
R — наружный радиус гибки, мм;
г — радиус гибки, мм;
К — коэффициент, зависящий от угла гиба (значения
коэффициента приведены в табл. 18).
3. Достижимую точность размеров элементов профиля гнутых
деталей (рис. 20), полученную штамповкой на штампах с полиуре-
Рис. 20. Элементы профиля гнутых деталей.
Таблица 19
Отклонения размеров гнутых деталей
в зависимости от толщины материала
Толщина материала, мм Элементы профиля гнутых деталей
А н 1
Пред гльные отклс нения
До 1,0 Ai а -^5 А, В,
Св. 1,0 до 1,5 . . . . Ai Д5 А, А5 Въ Ва
, 1,5 до 2,0 . . . . Ai А Ai А В а, В9
, 2,0 до 3,0 . . . . А. А Ai А —
54
Таблица 20
Предельные отклонения по углу гиба
Интервалы длин меньшей Толщина Отношение радиуса к толщине материала при прочности материала
ав < 30 кгс/мм2 ав > 30 кгс/мм2
стороны угла, ММ до 1,5 св. 1,5 св. 1,5 до 3 св. 3
Предельные отклонения углов гиба
0,5 0,5 15 Ю 20
1,0 15 30 20 45
До 10 2,0 1°00 Г15 1°30 1°45
3,0 ' 2°30 3°00 3°00 3°30
4,0 — — — —
0,5 0,5 15 10 20
1,0 0,5 15 10 20
Св. 10 до 20 2,0 10 30 20 зо
з,о 1°00 1°15 Г15 1°30
4,0 2°00 2°30 2°30 3°00
0,5 0,5 15 10 20
1,0 0,5 15 10 20
Св. 20 до 40 2,0 10 25 15 20
3,0 15 30 20 30
4,0 15 30 20 45
0,5 0,5 15 10 20
1,0 0,5 15 10 20
Св. 40 до 100 2,0 0,5 15 10 20
3,0 0,5 15 10 20
4,0 10 20 20 30
0,5 0,5 15 10 20
1,0 0,5 15 10 20
Св. 100 2,0 0,5 15 10 20
3,0 0,5 15 10 20
4,0 10 20 20 30
тановым пуансоном (матрицей), принимают согласно табл. 19, пре-
дельные отклонения угловых размеров деталей— согласно табл. 20
и отклонения радиусов гибки при вершине — по табл. 21.
4. Влияние технологического процесса на точность размеров
изготовляемых деталей. В зависимости от выбранного варианта
55
Таблица 21
Предельные отклонения радиусов гиба при вершине угла
Отношение радиуса к толщине
Интервалы материала — - при прочности
номинальных Толщина О
разме ров радиусов, материала, мм св < 30 кгс/мм2 ав > 30 кгс/мм2
мм до 1,5 св. 1,5 до 3 св. 1,5 до 3 св. 3
Предельные отклонения радиуЬов, мм
0,5 0,20 0,30 0,30
1,0 0,50 •0,50 0,60 —
От 1 до 3 2,0 1,00 — — —
3,0 2,00 — — —
4,0 4,00 — — —
0,5 — — — 0,40
1,0 — 0,50 0,50 0,60
Св. 3 до 6 2,0 0,80 0,90 1,00 —
• 3,0 1,00 1,10 1,30 —
4,0 1,50 — — —
0,5 — — — 0,60
1,0 — — — 0,70
Св. 6 до 10 2,0 — 0,60 0,80 1,00
3,0 — 0,80 1,50 1,80
4,0 0,80 1,00 2,00 —
технологического процесса деталь изготовляется за одну или не-
сколько следующих одна за другой операций (рис. 21, а, б).
С увеличением количества операций происходит накопление по-
грешностей. Рассмотрим накопление погрешностей по мере увели-
чения числа переходов (рис. 21).
Окончательные размеры детали I и h. Размер I имеет свой до-
пуск А, в который должны укладываться все отклонения при изго-
товлении детали.
Технологический процесс имеет два варианта. По варианту А
детали изготовляют за пять переходов. На каждом переходе задан
определенный допуск. Общее суммарное отклонение составит:
Дотк = Д1 + ДП + ДШ + Д1У + ДУ.
При таком варианте трудность соблюдения допуска, оговорен-
ного чертежом, очевидна. Хорошо, если отклонения на переходах
56
л f детали
^детали. = Д1+М+ДШ +ДЕ+ AV
5
Рис. 21. Накопление погрешностей в зависимости от числа переходов:
а — гибка за 5 переходов; б — гибка за 2 перехода.
будут попеременно минусовыми и плюсовыми: тогда, возможно,
окончательные размеры детали окажутся в пределах допуска.
А если все отклонения будут одного знака? Тогда деталь, возмож-
но, будет изготовлена с отклонением от допуска.
По второму варианту отклонений меньше, он состоит лишь из
двух переходов: A0TK =Д1 +ДП.
При этом варианте вероятность изготовления деталей в преде-
лах допуска намного выше. Отсюда вывод: при гибочных опера-
циях следует всегда стремиться к сокращению числа операций, что
обеспечит более точное изготовление деталей.
57
5. Классификацию технологических операций листовых деталей
{табл. 22), изготовляемых гибкой в штампах с эластичной матри-
цей (пуансоном):
Одноугловая гибка как наиболее простая операция производится
с помощью пуансона соответствующей формы (угол и радиус при
вершине) за один переход.
Двухугловая гибка. Операция может выполняться как за один
переход (Ц-образный пуансон), так и за два перехода (V-образный
пуансон).
Двухугловая гибка в двух плоскостях. Операция производится
У-обра131ны.м пуансоном за два перехода. Применяется при этом
технологическая прокладка из полиуретана, по толщине равная вы-
соте отогнутой полки или чуть больше.
Четырехугловая гибка. Операция производится за два перехода
U-образными пуансонами. При втором переходе используют тех-
нологическую прокладку из полиуретана, толщина которой равна
высоте отогнутых полок в первом переходе или чуть больше.
Четырехугловая гибка полками вовнутрь. Операция произво-
дится за два перехода с помощью U И -образных пуан-
сонов.
Гибка по диаметру. Эта 'Операция сходна с одноугл'овой гибкой.
Разница .между ними только в форме гибочного пуансона.
Гибка по диаметру с плоскими полками. Операция производится
за два перехода с помощью L^xJ и -образных пуансонов.
Гибка деталей с одновременной формовкой ребер жесткости.
Операция производится за один, два, а иногда и три перехода.
6. При разработке технологического процесса необходимо учесть
факторы, описанные в работах [2 и 3]:
энергетическую сторону процесса гибки, которая связана с глу-
биной внедрения пуансона в эластичную матрицу и стойкость по-
следней;
влияние радиуса гибки и глубины внедрения пуансона на усилие;
влияние ширины подушки (матрицы), ее твердости и радиуса
гибки на усилие;
влияние рода материала и его состояние на точность деталей;
фиксацию заготовки перед гибкой.
58
Таблица 22
Классификация деталей, подвергаемых гибке
<»
№ п. п. Наименование класса Форма детали
4
Четырехугловая гибка в одной
плоскости полками наружу
5
Четырехугловая гибка в одной
плоскости полками внутрь
Продолжение таблицы 22
Форма пуансона
Схема гибки
№ п. п. Наименование класса Форма детали
6 Гибка по диаметру
7 Гибка по диаметру с плоскими полками
8
Вырубка с гибкой в одной плос-
кости
Продолжение' t а’6 л и ц ы '22
№ п. п. Наименование класса Форма детали
9 Гибка с формовкой ребер жесткости S < 1,5 мм ат < 25 кг/мм2 А _ X Lr
А А-А
Окончание таблицы 22
Форма пуансона Схема гибки
§ 5. Технологический процесс изготовления
деталей пространственной формы,
полученных вытяжкой или раздачей
Расчетная схема деформирования
и напряженно-деформированного состояния
при вытяжке осесимметричных деталей
Как известно [1, 2, 6, 7, 8, 43], технологические процессы листо-
вой штамповки можно разделить на операции, поочередное приме-
нение которых позволяет придать исходной заготовке форму и раз-
меры детали, заданной к изготовлению. В частности, при операции
вытяжки происходит превращение плоской заготовки в полое из-
делие.
Рассмотрим вытяжку сферических деталей. Независимо от того
как происходит вытяжка, с помощью жесткого пуансона или эла-
стичными средами, донная часть заготовки получает значительные
пластические деформации. Исследуем возможность получения вы-
тяжкой сферических деталей минимальной разнотолщинности
жестким пуансоном при действии по контуру заготовки сжимаю-
щих продольных сил (рис. 22). Если производить точный математи-
ческий анализ процесса деформирования, то нужно совместно ре-
Рис. 22. Схема вытяжки под действием.сжимающих сил по контуру.
63
шить уравнения: равновесия, пластичности, связи напряжений и
деформаций, неразрывности деформаций и уравнения сплошности.
Заданные условия деформирования определяют граничные условия
задачи.
Точное решение указанной системы затруднительно тем, что
при пластических деформациях отсутствует линейная связь между
напряжениями и деформациями, а граничные условия могут ме-
няться по ходу деформирования. Поэтому произведем,.как это де-
лалось и другими авторами, схематизацию процесса деформи-
рования.
В процессе вытяжки с перемещением фланца под действием
сил давления эластичной среды и сжимающих продольных сил за-
готовка находится в сложном напряженно-деформированном со-
стоянии. Выделим три различные зоны деформирования — зону
фланца (плоская зона), зону элемента, перемещающегося по кром-
ке матрицы (зона резкого изменения кривизны), и зону свободной
части заготовки, выпучиваемую давлением.
Рассмотрим подробное напряженно-деформированное состояние
каждой из зон.
На фланец (рис. 22) в процессе деформирования действуют
сжимающие силы q, приложенные по краю; растягивающие силы,
действующие со стороны остальной части заготовки; усилие прижи-
ма Q, прижимающее фланец к плоскости матрицы; силы трения,
приложенные к нижней и верхней плоскостям фланца.
Как показали исследования [7], в случае, когда плоскости при-
жима и матрицы, по которым скользит фланец, параллельны,
можно считать, что вследствие более интенсивного утолщения кра-
евой части фланца усилие прижима не будет равномерно распре-
деляться по всей плоскости фланца, а его действие будет сосредо-
точено по некоторому кольцевому участку, граничащему с краем
заготовки. Отсюда следует, что при вытяжке с прижимом на ос-
новную часть фланца не действуют нормальные напряжения, вы-
зываемые усилием прижима. В то же время усилие прижима срав-
нительно невелико, и даже на части фланца оно не может создать
нормальных напряжений, соизмеримых с пределом текучести. Сле-
довательно, и при вытяжке с прижимом можно принять схему на-
пряженного состояния фланца плоской.
Для отыскания поля напряжений во фланце решим совместно
уравнение равновесия и уравнение пластичности.
Учитывая наличие осевой симметрии деформирования, уравне-
ние равновесия имеет вид.
—а0=О. (16)
Это уравнение справедливо лишь в том случае, если толщина
фланца постоянна или ее изменением по координатам в исходном
состоянии или в процессе деформирования можно пренебречь.
Для случая, когда толщина переменна, уравнение (16) имеет
вид:
64
f । f* * dS а л /1
'V+o'dFy + o'-°0 =0- (l7>
Если использовать уравнение (17), то для отыскания поля на-
пряжений недостаточно знать только уравнение пластичности,
нужно записать еще уравнение связи. Так как решение в этом слу-
чае очень сложно, то в дальнейшем для приближенной оценки
влияния толщины на величины напряжений, действующих в очаге
деформаций, можно использовать метод последовательных прибли-
жений [7].
Запишем условие пластичности, согласно гипотезе максималь-
ных касательных напряжений без учета влияния упрочнения
- Сг - ае =а5. (18)
Совместное решение уравнений (16) и (18) дает уравнение
, dr
азг = — а —
Г S г
(19)
отсюда
ar = — In Г -f- С. (20)
При действии сжимающих сил по контуру граничное условие
имеет вид:
arir=Ra = — q,. (21)
тогда
-q = — о^пЯн + с; с = — <7 ч-<5S In/?н;
Сг = — а5 In Г + as in /?н - q = as In — q
или окончательно
ar = ajn^-^ (22)
Из уравнения (18) находим
( Rh\
l — In —) - q- (23)
Уравнение связи напряжений и деформаций применительно
к деформированию фланца при oz =0 можно записать в виде
ei / I \ Ei / I \ /п..
е'= 77Г'-"Г°6 J S0 = 77(O()-— (24>
или 2s г — ап = (25)
если обозначить ~^~а> то будем иметь ег = ее2-а- (26>
5 Зак. 524
65
Из условия постоянства объема
ez = - ег - 50 ,
(27)
то есть
/2а — 1 \ а +1
ег = ~ 60 ^2 — а + 1 ] = — 60 2—а • (28)
Запишем зависимость тангенциальной составляющей деформа-
ции от текущей координаты для фланца заготовки, наружный ра-
диус которого в процессе вытяжки уменьшается от исходного зна-
чения до значения:
(29)
позво-
к пло-
А , . •
У^ + Г2_^
Следовательно, формула (28) с учетом уравнения (29)
ляет определить изменение толщины фланца при вытяжке.
Теперь учтем усилие прижима Q, прижимающее фланец
скости матрицы, и силы трения, приложенные к нижней и верхней
плоскостям фланца. Так как наиболее интенсивно утолщается кра-
евая часть заготовки, то силы трения, вызванные действием при-
жима, будут сосредоточены у краевой части фланца. Это обстоя-
тельство позволяет приближенно учесть влияние сил трения во
фланце в граничных условиях. Действительно, силы трения, прило-
женные к верхней и нижней плоскостям фланца вблизи его края,
вызовут появление растягивающих напряжений в радиальном на-,
правлении у края заготовки. Величину этих усредненных по толщи-
не растягивающих напряжений можно определить из выражения
—
ТР
(30)
тогда граничное условие при r=R будет иметь вид.
°пт = R = чТр — Я, (31)
и вместо формулы (22) и (23) будем иметь
+ <32>
/ /?н\ hQ
= — аД1-1п—) + ^75 — Я- (33)
Переходим к расчету второй зоны — зоны резкого изменения
кривизны (рис. 22). Процесс деформирования этой зоны можно
рассматривать, как процесс деформирования тонкостенной обо-
лочки под одновременным действием продольных сил, моментов
и перерезывающих сил. Записанные в общем виде уравнения рав-
новесия для этого случая весьма сложны, а так как в формоизме-
няющихся операциях усилие деформирования определяется макси-
мальной величиной меридиональных напряжений, определяемых
66
моментами, действующими в меридиональном сечении, то в пер-
вом приближении влиянием моментов, действующих в широтных
сечениях (а следовательно, и изменением кривизны элементов в
широтных сечениях), пренебрегают.
Резкое изменение кривизны в меридиональном напра'влении при
изгибе и спрямлении требует затраты дополнительной работы де-
формирования, которую можно приближенно учитывать условным
увеличением продольных напряжений, необходимых для деформи-
рования заготовки.
Величину приращения Даг, вызванного изгибом заготовки, мож-
но найти из условия равенства работ. Условие равенства работ
при перемещении элемента заготовки из положения 1 в положение
2 (считая, что длина элемента в меридиональном направлении не
изменяется, так как учитывается только работа изгиба) запишем
в виде [7]:
Aor-S-rcp(ZT = ^^, (34)
откуда
• (35)
Таким образом,' можно считать, что изменение радиуса кривиз-
ны в меридиональном направлении от бесконечности до определен-
ного радиуса гм или наоборот, от радиуса гм до бесконечности, при-
водит к увеличению меридионального напряжения, действующего
на участке изгиба или спрямления на величину Даг.
Учет изгиба и спрямление можно учесть введением удвоен-
ного До> в выражения (32) и (33).
Влияние трения на кромке матрицы на величину напряжения,
действующего в опасном сечении, можно определить на основе сов-
местного решения уравнения равновесия, выделенного в торообраз-
ном участке заготовки элемента, противостоящего скругленной
кромке матрицы (относя силы трения к серединной поверхности),
с условием пластичности. Однако такое решение очень сложно.
Приближенно влияние сил трения можно учесть аналогично тому,
как это сделано в известном решении Эйлера о трении ремня по
шкиву путем.введения множителя 1^а, где I — основание натураль-
ных логарифмов, ц — коэффициент трения и а—угол охвата шки-
ва ремнем.
При полном охвате заготовкой кромки матрицы . Приняв
те
для удобства выкладок с а ж 1 + = 1 + l,6ji и выражения (32)
(33) (при r=J?o) с учетом изгиба и трения примут вид:
/ 7?н uQ S \
®г_ах = °* 1П 7Г + -г R ? + (1 + 1 , (36)
max \ а о Ящн о «j . ** м । w
3*
67
где
'"м Н 2~ '"ср J '"ср ~~ Ri гм • sin у.
При изгибе заготовки происходит изменение ее толщины, учесть
которую приближенно можно из условия постоянства объема:
'"ср 'S2-d-[ = гн • Sj • (37)
где гср — радиус срединной поверхности заготовки, мм;
гн — радиус нейтральной поверхности, длина которой остается
неизменной при изгибе и спрямлении, мм;
$i — толщина заготовки до изгиба, мм;
s2 — толщина заготовки после изгиба, мм;
у—угол между плоскостями, перпендикулярными срединной
поверхности, ограничивающими рассматриваемый эле-
мент в его изогнутом состоянии, град.
Из приведенного равенства получаем
S2 = St^, (38)
' ср
где
, St
'"ср ------------------------ '"м 2 •
Величину гн можно определить из следующего выражения [7]:
/(rM +S,) гм , (39)
kJ*
где /?н — радиус фланца заготовки в момент, когда рассматривае-
мый элемент сходит со скругленной кромки матрицы;
7?о — внутренний радиус матрицы.
Расчет центральной части заготовки проведем для двух схем:
по сферическому пуансону и по плоскому пуансону из полиуретана.
Для схемы по сферическому пуансону центральную часть заго-
товки разделим на два участка: участок заготовки, контактирую-
щий к выпуклым торцам пуансона, и участок в зазоре между пуан-
соном и матрицей, деформирующийся без воздействия поверхност-
ных сил. В самом начале вытяжки пуансон касается лишь цент-
ральной части заготовки, а ширина части заготовки, деформиру-
емой «на весу», почти равна половине диаметра матрицы. Это при-
водит к тому, что в данной части заготовки имеются различные
схемы напряженных состояний: если ог во всей области являются
растягивающими, то напряжения ое являются сжимающими вбли-
зи кромки матрицы и становятся растягивающими в центральной
части заготовки.
При вытяжке центральная часть заготовки с самого начала
принимает куполообразную форму с образующей двоякой кривиз-
6Н
ны. Центральная зона обтягивается по пуансону, а наружная —
выгибается в обратную сторону. Однако эксперименты показыва-
ют, что обратная кривизна наружной зоны незначительна [9], а
потому будем считать, что заготовка за пределом контактного
участка принимает коническую форму. Уравнение равновесия сво-
бодного участка тогда будет совпадать с уравнением (16), и в об-
ласти сжато-растянутого состояния решение его можно записать
в виде:
or = — ajnr + С.
Постоянную с находим из условия непрерывности ог при
г=/?гр:
— as In Rrp + с = os In — Я + (40)
Изменяя г, можно найти такое значение r=Ra, при котором ог
становится равным as. При этом значении радиуса о© становится
равным нулю. Дальнейшее уменьшение радиуса приведет к тому,
что о© станет растягивающим и сжато-растянутая схема перейдет
в схему двухосного растяжения.
Уравнение связи между напряжениями и деформациями при
r<Ra
°г ~ а0 _ °C — вг
ег — eQ eQ ~er ’
а напряжение ог при любом г и s с учетом действия усилия вы-
тяжки Р и конической формы заготовки [9].
’, = ^•4' (42>
Р = 2v:Ra-Sa-a^-slncf. (43)
Определим Ra:
OQ = — as In /?а + С = 0.
Отсюда
1пЯо=1 + -у-. (44)
Подставляя формулу (44) в выражение (20), а затем в выра-
жение (43), найдем связь между Рид.
В табл. 23 приведены значения предельных нагрузок Р и q для
разных глубин вытяжки. При расчете были приняты следующие
значения:
= 75 кгс/мм2; So = 1,7 мм; гм = 9 мм; = 115,8 мм;
Q = фк (/?„ — /?гр); Ф = 0,3; /?гр = /?1ГМ • sin а.
Далее перейдем, к определению деформаций центральной части.
Будем считать, как это сделано в работе [9], что отношение ши-
69
Таблица 23
Значения предельных Png для разных глубин вытяжки
Н, Ян. мм g = 0 кг/мм2 g = 6 кг/мм2 g = 12 кг/мм2 g = 18 кг/мм2 g = 24 кг/мм2 g = 30 кг/мм2
Отах (т) Рmax (т) Отах Рmax Отах Рmax Qmax ^"тах Отах /’max Отах /’max
//=19,07 Ян = 165,72 Отах = < Ртах= =11,07 =10,75 =10,34 =21,5 =9,66 =32,2 =9,02 =43 =8,43 =53,76 =7,87
/7 = 28,3 /?н = 164,905 =0 =19,26 =10,72 =17,99 =21,4 = 16,801 =32,2 =15,701 =42,899 =14,66 =53,62 = 13,699
Н= 38,67 Ян = 162,834 =0 =26,908 =10,657 =25,135 =21,31 =23,47 =31,97 =21,93 =42,62 =20,48 =53,2 =19,135
/7 = 43,969 Ян = 161,201 =0 =27,62 = 10,604 =27,62 =21,1 =25,804 =31,8 =24,104 =42,4 =22,5 =53,5 =21,03
/7 = 55,305 Ян = 157,87 =0 =33,13 =35,62 =20,98 =33,279 =31,48 =31,079 =41,97 =29,030 =52,47 =27,11
77 = 49,87 Ян = 159,714 =0 =34,04 = 10,55 =31,79 =21,109 =29,704 =31,66 =27,746 =42,21 =25,917 =52,77 =24,21
Н= 61,345 Ян = 155,705 =0 =42,03 =10,42 =39,26 =20,84 =36,67 =31,264 =34,25 =41,68 =31,99 =52,107 =29,89
/7=67,808 Ян = 152,87 =0 =45,3 =10,32 =42,35 =20,65 =39,56 =30,979 =30,95 =41,305 =34,52 =51,63 =32,24
/7=74,27 Ян = 149,92 =0 =46,25 =10,226 =43,2 =20,25 =40,35 =30,67 =37,99 =40,90 =35,21 =51,13 =32,98
/7=81,58 Ян = 146,064 =0 =50,84 =10,09 =47,48 =20,18 =44,35 =30,28 =41,43 =40,37 =38,7 =50,47 =36,15
/7= 88,991 Ян = 141,735 =0 =52,38 =9,94 =48,93 =19,88 =45,7 =29,829 =42,69 =39,77 =39,88 =49,71 =37,25
/7 = 105,95 Я„ = 129,508 =0 =53,9 =9,504 =50,42 =19,01 =47,09 =28,51 =43,99 =38,017 =41,09 =47,52 =38,38
ротной деформации к нормальной на свободном участке является
величиной постоянной, то есть
ее = — К-ег; К = const. (45)
Тогда из условия постоянства объема меридиальная деформа-
ция равна
er = —(1 —K)ez. (46)
70
Условие связи интенсивности напряжений и деформаций обо-
лочки, находящейся в безмоментном состоянии:
£/ / 1 \ / 1\
= —Г°еЬ‘ e0=^^0-"ToJ’ (47)
где е; и ог— соответственно интенсивности деформаций и напря-
жений
/(ег-Ее)2 + (е9 + е2)2 + (ег —ег)2 = -|_ ez / К* - 2К +2
(48)
Или, разрешая (47) относительно деформаций, получаем
4 а»/ 1 \ 4 as / 1 \
°'- = Т ' (ег + Т 8е ) = Т ' — V ’
„ _ _4_ . °*3(к~2)
г 3 4/ К2-2К + 2 ’
Обозначим через 7?экв радиус, на которой Ez =0, можно запи-
сать, что
Ог' Г' S — /?экв ’ •‘ч ’ ®экв*
Следовательно, можно определить и величину утонения.
Расчет усилий, необходимых
> при вытяжке по жесткой матрице
Особенность процесса вытяжки с помощью эластичного эле-
мента, применяемого в качестве прижима и пуансона, состоит в том,
что усилие деформации и усилие прижима взаимосвязаны. При-
жим заготовки и ее деформация осуществляются через один и тот
же эластичный элемент. Усилие пресса, передаваемое через элас-
тичный элемент, распределяется пропорционально площадям.
Усилие деформации— произведение удельного потребного дав-
ления деформации на площадь горизонтальной проекции свободной
поверхности заготовки:
Pq = q-^. (49)
Усилие прижима — произведение удельного потребного давле-
ния деформации на площадь фланца:
р<к =Я-Рфп- (50)
В процессе вытяжки с помощью эластичного пуансона и при-
жима на заготовку действуют следующие внешние силы (рис. 23, а):
Р9— усилие со стороны эластичного элемента, действующего в
качестве пуансона;
Р91 —усилие со стороны эластичной среды, действующей в каче-
стве прижима.
71
Со стороны заготовки действуют силы, противодействующие
силе Рд.
Рл—сила сопротивления фланца объемно-пластическому дефор-
мированию;
Pi — сила трения (от прижима фланцевой части) между заго-
товкой и матрицей;
Р2— сила трения на вытяжном ребре матрицы;
Ри—усилие, вызываемое изгибом заготовки вокруг вытяжного
ребра матрицы.
Вытяжка заготовки возможна в| том случае, если усилие со сто-
роны пуансона Pq больше суммы всех сил, противодействующих
перемещению фланца в процессе вытяжки:
^>Л + Л + ^2 + ^и. (51)
В ходе вытяжки свободная часть заготовки касается централь-
ной своей частью дна матрицы, и в дальнейшем контакт заготовки
с дном матрицы становится все большим. Сила деформирования
из-за уменьшения активной части площади (рис. 23, б) начинает
уменьшаться, и наступает критический момент, когда величина де-
формирования Рд не превышает величины сил, противодействую-
щих перемещению фланца (Рд, Ри, Pi, Р2). Перемещение фланца
прекращается. В дальнейшем процесс идет за счет утонения боко-
вых стенок и радиуса сопряжения стенки с дном. При превышении
напряжений происходит обрыв дна.
В процессе штамповки с донным прижимом на заготовку дейст-
вует, в отличие от процесса штамповки без донного прижима, до-
полнительная сила — сила донного прижима (рис. 23,а).
Условие, при котором возможен процесс вытяжки, выразится
следующим соотношением сил:
^д>Л + Л+Р2 + Л + Ри + Лп, (52)
где Рдп—усилие донного прижима—подсчитывается по формуле
Лп = /7^п, (53)
где F — площадь донного прижима, мм2;
qn — удельное давление, развиваемое донным прижимом,
кгс/мм2 (принимается (0,01—0,4)^Pl — удельное давление
вытяжки, кгс/мм2);
Рз — усилие заготовки между стенкой матрицы и заготовкой.
При вытяжке без донного прижима сила трения Р3 практически
отсутствует, так как в начале процесса центральная часть заготов-
ки испытывает деформацию по сфере и по достижении дна матрицы
начинает приобретать форму последней. Постепенно стенки заго-
товки прилегают к стенкам матрицы, и сила Р3 возникает лишь в
конце процесса, величина ее незначительна. При вытяжке с дон-
ным прижимом стенки детали прилегают к стенкам матрицы зна-
чительно раньше. Величина силы трения зависит от величины
удельного давления и величины поверхности детали, прилегаю-
щей к стенкам матрицы.
72
Рис. 23. Схема действия внешних сил при вытяжке
эластичным пуансоном: а — с донным прижимом;
б — без донного прижима.
Максимальной величины сила трения Р3 достигает в конце про-
цесса и подсчитывается >по формуле
= (54).
где q — удельное давление, необходимое для вытяжки детали,.
кгс/мм2;
ц — коэффициент трения между стенкой матрицы и стенкой за-
готовки;
F — площадь стенки, контактирующая с матрицей вытягива-
емой детали, равная ndH.
Донный прижим служит двум целям: предотвращает смещение
заготовки в своей плоскости, уменьшая утонение в центральной
части заготовки и перемещая опасное сечение от центра к фланцу;
73;
•обеспечивает удельное давление эластичной среды, достаточное
для предотвращения гофрообразования на фланце.
На рис. 24,а показаны графики изменения удельного давления
в зависимости от глубины деформируемой (центральной) части
заготовки. Кривой / выражен характер напряжения, не обеспечи-
вающий предотвращения гофрообразования. На фланце образо-
вался гофр (рис. 24,6). Кривая II выражает характер напряжения,
обеспечивающий отсутствие гофра (рис. 24, в).
Определяя режимы вытяжки, нужно прежде всего найти макси-
мальное удельное давление и характер нагружения. Максимальное
удельное (потребное) давление вытяжки определится по упрощен-
ной формуле
<7 = ^-. (55)
где от— предел текучести, кгс/мм2;
S — толщина заготовки, мм;
г — радиус сопряжения стенки с дном, мм.
Исходя из величины максимального удельного давления, опре-
деляют усилие пресса.
Для гидравлического пресса
^пр = ^тах"-^конг) (56)
СЬ
Рис. 24. а — график измене-
ния удельного давления в
зависимости от хода дефор-
мируемой (центральной)
части заготовки:I — нагруз-
ки, не предотвращающие
гофрообразование; II — на-
грузки, предотвращающие
гофрообразование; б — де-
таль, полученная при удель-
ном давлении, недостаточ-
ном для предотвращения
гофрообразования; в — де-
таль, полученная при удель-
ном давлении, достаточном
для предотвращения гофро-
образования.
74
где Р„р — усилие пресса, кгс;
Л<онт — площадь контейнера, мм2;
Qmsx — максимальное удельное давление, кгс/мм2.
Для кривошипного пресса
Дпр 9шах' Дконт ‘ К,
(57)
75
где К — коэффициент, которым учитывают неравномерность уси-
лия пресса по ходу ползуна (номинальное усилие пресса,
приведенное в паспорте, создается при угле кривошипа
20—30° от нижней мертвой точки). При глубокой вытяжке
К= 1,5—1,6, при неглубокой — К= 1,2—1,3.
Расчет усилий, необходимых
при вытяжке по жесткому пуансону
На рис. 25 схематично представлен штамп для вытяжки с по-
мощью эластичной матрицы по жесткому пуансону. Данный про-
цесс отличается от процесса вытяжки в жестких штампах тем, что
протекает при значительной нагрузке со стороны эластичной мат-
рицы. По мере увеличения давления радиус сопряжения фланца со
Рис. 25. Схема штампа с эластичной матрицей, предназначенного
для вытяжки по жесткому пуансону: 1 — контейнер; 2 — эластичная
матрица; 3 — жесткий пуансон; 4 — прижим; 5 — толкатели;
6 — плита.
стенкой становится меньше. Наименьшая величина радиуса зависит
от механических свойств материала, его толщины и, как уже ска-
зано, от величины удельного давления.
Характерная особенность данного процесса — необходимость
создания переменного давления на заготовку со стороны эластич-
ной матрицы. С одной стороны, это давление должно предотвра-
76
тить складкообразование, а с другой, — не превысить в то же время
критической величины, при которой силы трения и напряжения от
изгиба могут вызвать обрыв фланца.
Величина давления, необходимого для предотвращения гофро-
образования фланца, зависит от механических свойств материала,
его толщины, а также от геометрических параметров штампуемой
детали. Характер и величина давления регулируются прижимом.
В начале деформирования удельное давление эластичного элемен-
та имеет наименьшее значение, а в конце оно достигает наиболь-
шей величины. При вытяжке деталей из алюминиевых сплавов
удельное давление со стороны прижима регулируют от 0 до
4— 5 кг/мм2, при штамповке из латуни, малоуглеродистой стали —
от 0 до 5—7 кг/мм2, а из нержавеющей стали—от 0 до 7—12 кг/мм2.
Следует отметить, что характер и максимальная величина по-
требного давления имеют своим назначением обеспечение не де-
формации заготовки, а предотвращение гофрообразования. Чем
больше склонен металл к упрочнению, то есть чем ближе величина
—к единице, тем больше потребное давление.
Расчет удельного давления для вытяжки цилиндрических дета-
лей может быть определен по формуле, рекомендуемой Е. И. Иса-
ченковым в работе [1]:
______ Ка -ав (/?п + So)-So /ЧйА
^max = Rm (Яп + So + 0,5/?м) ’
где К, — коэффициент, которым учитывают соотношение пределов
прочности при испытании трубчатого и плоского образцов;
ов — временное сопротивление разрыву, кг/мм2;
So — толщина заготовки, мм;
Rn— радиус закругления пуансона, мм;
RM—условный радиус закругления матрицы, при вытяжке де-
талей без фланца Ru = (6-i-8) So.
Следует отметить, что реализация вытяжки деталей по жестко-
му пуансону связана с необходимостью изменения давления эла-
стичной матрицы в зависимости от глубины вытяжки.
В работе А. С. Шелухина [10], выполненной под руководством
доктора технических наук Е. И. Исаченкова, описывается метод
глубокой вытяжки эластичной матрицей с политропическим регу-
лированием давления, основанный на закономерностях сжатия и
истечения газа.
Основной разновидностью пневматического метода, как указы-
вает автор, является политропическое регулирование давления за
счет сжатия газа в замкнутом объеме (камере сжатия) при увели-
чении глубины вытяжки (рис. 26). Сжатие газа происходит соглас-
но политропической зависимости:
Рг.1/?=РО-Ко, (59)
где Ро — начальное давление газа в камере сжатия;
v0 — начальный объем камеры сжатия;
77
Рис. 26. Штамповка — вытяжка эластичной матрицей с политропическим
регулированием давления: 1 — сжатый газ; 2 — распределительная среда;
3 — передающая жидкость; 4 — поршень; 5 — колонка; 6 — прижим;
7 — заготовка; 8 — эластичная матрица; 9— пуансон.
Pt—давление газа в процессе сжатия;
п — показатель политропы.
Давление эластичной матрицы [10] при однокамерном полит-
ропическОхМ регулировании имеет следующие зависимости и выра-
жается формулой
где qt — давление эластичной матрицы при вытяжке;
до— начальное давление эластичной матрицы;
Fa — площадь поршня агрегата;
Fn — площадь прижима;
Н — глубина вытяжки;
И — относительная-глубина вытяжки, определяемая соотно-
шением Н= — характерный размер детали).
Однако метод политропического регулирования давления за
счет сжатия газа в замкнутом объеме хотя и является точным и
хорошо регулируемым (в заданных пределах), но сложен в изго-
товлении и эксплуатации, так как требует хороших уплотнений.
Автором предложена более надежная и простая схема регулИ'
рования давления (рис. 27), зависящая от сечения, твердости и мо-
дуля упругости полиуретанового буфера.
Рис. 27. Схема штампа с регулированием давления против гофрообразования
за счет полиуретанового буфера:
1 — полиуретановая матрица; 2 — контейнер; 3 — заготовка; 4 — пуансон;.
5 — выталкиватели; 6 — опорное кольцо; 7 — буфер полиуретановый; 8 — кон-
тейнер; 9 — прижим.
Возможности и особенности вытяжки деталей
При проектировании технологических процессов необходимо
учитывать:
1. Схемы вытяжки.
2. Совмещение операций с операциями вырубки, проколки и
формовки различных выдавок, рисунков и пуклевок.
3. Полезные силы трения между эластичным элементом и за-
готовкой. Если при вытяжке использовать не сплошной эластичный
элемент, а полый (с отверстием) [11], то характер вытяжки изме-
нится (рис. 28).
При приложении усилия пресса эластичный элемент будет де-
формироваться к центру, то есть к внутренней свободной поверх-
ности. Ввиду того, что коэффициент трения между эластичным эле-
ментом и заготовкой больше (для полиуретана различных марок по
стали равен 0,45—0,7), чем между заготовкой и матрицей (коэффи-
7&
Рис. 28. Схема вытяжки (кольцевой эластичный пуан-
сон) .
циент трения со смазкой равен 0,154-0,25), добавится сила, направ-
ленная к центру и благоприятствующая процессу вытяжки. Вели-
чина этой силы может быть вычислена по формуле
—?-Л1>л-Р2, (61)
где pi — коэффициент трения полиуретана по заготовке;
ц2 — коэффициент трения заготовки по матрице;
Рфл — площадь фланца, мм2;
q — удельное давление на фланце, кг/мм2.
4. Минимальный радиус между дном и стенкой при вытяжке
жестким пуансоном в полиуретановой матрице — J?min =2S, а при
вытяжке эластичным пуансоном по жесткой матрице определяется
по формуле
_ 2aT-S
1 min Z •
Технологические схемы вытяжки
В зависимости от заданной программы, характера производства
(единичное, опытное, мелкосерийное или серийное), от марки мате-
риала и его толщины выбирают одну из следующих технологиче-
ских схем вытяжки (табл. 24).
Все технологические схемы подразделяются:
Прямая схема — вытяжка деталей эластичным пуансоном по
жесткой матрице, которая включает в себя семь схем.
1. Вытяжка эластичным сплошным пуансоном по жесткой мат-
рице применяется для вытяжки неглубоких деталей из пластичных
материалов толщиной до 1,5 мм.
2. Вытяжка эластичным пуансоном с отверстием применяется
для вытяжки деталей большей глубины за счет подтягивания ма-
териала в связи с большим коэффициентом трения ц между заго-
товкой и полиуретановым кольцом (пуансоном).
80
<51
Технологические схемы вытяжки
Таблица 24
Зак. 524
Процесс
Схема процесса
Рекомендуемые
механические свойства
эластомеров
X
х
2
О
X
а
S «
з s
эх
о
X
X
X
<и
со
«в,
кг/см2
S. %
^Лиор
1. Полиуретановым сплошным пу-
ансоном
2. Полиуретановым пуансоном с
отверстием (за счет сил трения)
>250
500
<80
и
7777777777,
О
>300
>600
<80
О’
>>
О
Процесс
Вытяжка эластичным пуансоном по жесткой матрице 3. С дополнительной подачей заго- товки, усилиями, приложенными к торцам заготовки
4. Реверсивная с вкладышем
5. Эластичным пуансоном из-под металлического прижима
Продолжение таблицы 24
Рекомендуемые «в
механические свойства со
Схема процесса эластомеров и S
кг/см2 6, % Ншор Марк ПОЛИ)
Процесс
Вытяжка эластичным пуансоном по жесткой матрице
6. Эластичным пуансоном с пода-
чей материала от периферии в зону
деформации из-под металлического
прижима
7. Вырезка сЛ одновременной вы-
тяжкой эластичным пуансоном по
жесткой матрице
8. По жесткому пуансону без при-
жима
Продолжение таблицы 24
Схема процесса Рекомендуемые механические свойства эластомеров Марки полиуретана
’в. кг/см2 о, % -^шор
р >250 500 <75 о
1 1 "1 г
е
'////Л '/////
1 >/ /////// 350 550 90 СКУ-7Л; СКУ-ПФЛ
7////У////7
/ / / / / s 7 у f 7 / >400 650— 700 ~70 СКУ-7Л; СКУ-6Л
'////. V,’
Процесс
В Вытяжка эластичной матрицей по жесткому пуансону 9. Вытяжка по жесткому пуансону с прижимом заготовки
10. Без прижима с выворотом фланца
11. Многопереходная матрица и пуансон эластичные 1 _ . . . ..
Продолжение таблицы 24
Схема процесса Рекомендуемые механические свойства эластомеров Марки полиуретана
’в, кг/см2 8, % /^шор
Процесс
'Вытяжка эластичной матрицей по жесткому пуансону 12. Многопереходная матрица эла- стичная, прижим металлический
13. Вырезка с одновременной вы- тяжкой эластичной матрицей по жест- кому пуансону
Окончание таблицы 24
Схема процесса Рекомендуемые механические свойства эластомеров Марки полиуретана ।
°в, кг/см2 6, % /^шор
3. Вытяжка полиуретановым кольцом (пуансоном) с дополни-
тельно приложенным усилием к торцу, заготовки, которое подает
заготовку в зону деформации. Схема хорошо зарекомендовала се-
бя на практике и может быть применена в мелкосерийном произ-
водстве.
4. Реверсивная вытяжка производится так же, как в обычных
жестких штампах, за два перехода. На первом переходе происходит
набор материала для последующего перехода; на втором перехо-
де— выворачивание материала, набранного в первом переходе, и
окончательная калибровка детали.
5. Вытяжка эластичным пуансоном по жесткой матрице из-под
металлического прижима. Данная 'схема внедрена в производстве
массовых деталей и рекомендуется как одна из прогрессивных (уто-
нение по сечению не более 12—15%).
6. Вытяжка эластичным пуансоном по жесткой матрице с по-
дачей заготовки в зону деформации усилиями, приложенными к
торцу последней. Заготовка выходит из-под металлического при-
жима. Этот процесс применяется для вытяжки деталей из высоко-
прочных'сплавов, с пределом прочности ~ 100—140 кгс/мм2 и где
разнотолщцнность по сечению готовой детали не должна превы-
шать 3—5%. Рекомендуется как самая прогрессивная среди мето-
дов вытяжкой эластичными средами и намного лучше, чем вытяжка
жесткими специальными штампами.
7. Вырезка деталей с одновременной последующей вытяжкой
эластичным пуансоном по жесткой матрице. Схема рекомендуется
для вытяжки, деталей с невысокими бортами из самых различных
материалов с пределом прочности ов не выше 40 кгс/мм2. Принята
в производстве штамповки колец жесткости для резинотехнических
уплотнений. Обратная схема—вытяжка деталей эластичной мат-
рицей по жесткому пуансону.
8. Вытяжка деталей эластичной матрицей по жесткому пуансо-
ну без прижима. Применяется в мелкосерийном производстве для
изготовления невысоких деталей из пластичных материалов с пре-
делом прочности ов не выше 25 кгс/мм2.
9. Вытяжка деталей эластичной матрицей по жесткому пуансо-
ну с прижимом. Рекомендуется для производства относительно
глубоких деталей-^- ЗИ,2—1,5 из различных материалов с преде-
лом прочности ов 5—50 кгс/мм2.
Особенностью данной схемы является постепенная подача заго-
товки из-под прижима и ее «одевание» на пуансон. Трудность внед-
рения — сложность регулирования усилия прижима.'!
10. Вытяжка деталей эластичной матрицей без прижима с вы-
воротом фланца — применяется для производства деталей декора-
тивного назначения, имеющих различный декоративный рисунок.
Заготовка перед вытяжкой чаще полирована или имеет уже нане-
сенный рисунок. Материалы — серебро, мельхиор и другие, приме-
няемые для изготовления украшений, столовой посуды и сервизов.
86
11, 12. Вытяжка деталей многопереходная эластичной матрицей
по жесткому пуансону. Суть данной схемы в том, что вытянутая на
первом переходе заготовка надевается на прижим, который посте-
пенно выдвигается из последней, оставляя ее на вытяжном .пуансо-
не для последующей вытяжки. Одновременно с ходом прижима
полиуретан (соответствующим удельным давлением) воздействует
на заготовку и заставляет ее принимать форму пуансона и так на
всем протяжении длины заготовки, пока ее первоначальный диа-
метр di не перейдет в последующий диаметр d2, согласно диаметру
пуансона. Характерной положительной особенностью описанной
схемы является то, что детали, изготовленные по данной схеме,
имеют минимальное утонение по всему сечению.
Различие между схемами 11 и 12 в их прижиме: в первом слу-
чае прижимом являются металлическая втулка, входящая в прост-
ранство между деталью и пуансоном, и полиуретан, прижимающий
деталь к втулке; во втором—прижим металлический со щелью
для детали.
13. Вырезка деталей с одновременной последующей их вытяж-
кой эластичной матрицей по жесткому пуансону — применяется в
производстве широкой номенклатуры деталей, имеющих невысокие
борта.
Расчет усилий, необходимых
при раздаче полых деталей пространственной формы
Раздаче и обжиму подвергаются полые и трубные заготовки.
По своему назначению эти операции прямо противоположны одна
другой. При раздаче происходит увеличение первоначального диа-
метра заготовки, определяемого коэффициентом раздачи, то есть
отношением диаметра заготовки, полученного в результате раздачи,
к его первоначальному диаметру =КР. Коэффициент раздачи
зависит от рода материала (марки материала, его твердости, тер-
мообработки) и отношения предела текучести от к пределу проч-
ности <тв.
На рис. 29 [2] показан график коэффициента раздачи (дефор-
мации от нагрузки в зависимости от отношения для различ-
ных материалов).
При обжиме полых деталей происходит уменьшение размеров
первоначального диаметра заготовки.
Раздачу полых заготовок с целью изменения размеров или
формы производят по двум схемам (рис. 30,а,б). По схеме а об-
работка происходит без осевого подпора, Это дает возможность
выполнять операции с тангенциальной деформацией, не превышаю-
щей 40—50%.
Раздачу по схеме б производят с осевым подпором, с помощью
которого заготовка по мере- необходимости подается в зону дефор-
87
Деформация
о- меди М1.М2МЗ ^~о,29
• - латуни МБ М8 -^=025-0.3
л- алюминий АДМ и АД1М
©- латунь П062-1 ^=0,97
□ - брОНЗЫ ~= 0.55
^-алюминий АНцМ ^-=085
д- нержаьеющие бТ
мягкие бв~0-^
и-нержавеющие &.
нагартобанные в&~0-7
8.7JKP}
Рис. 29. График деформаций от нагрузки в зависимости от отношения
ат
°в ’
мации. Это позволяет раздавать заготовку до 75% без надрыва
материала и без утонений и с утонением материала до 100-=—125%,
деформации.
Усилие, необходимое при раздаче заготовки без осевого подпо-
ра, определяют по формуле
Рпр = (/>р+/’сж.п)К, (62)
где -Рпр — усилие пресса, кгс;
Рр —усилие, необходимое для раздачи заготовки, затрачива-
емое непосредственно на деформацию стенок заготов-
ки, кгс;
Рсж. п — усилие, необходимое для деформации полиуретанового
пуансона, кгс;
К — коэффициент, учитывающий силы трения между заго-
товкой и матрицей из полиуретана.
Определим каждое из слагаемых в отдельности.
1. Усилие раздачи найдем по формуле
<бз>
где do — начальный диаметр заготовки, мм;
q — давление, необходимое для деформации заготовки кгс/мм2.
88
Рис. 30. Схема растяжки: а —
без осевой нагрузки; б — с осе-
вой нагрузкой; 1—плоский бо-
ек; 2 — прижим осевой нагруз-
ки; 3 — формуемая заготовка;
4 — эластичный пуансон; 5,7 —
части штампа; 6 — заготовка,
до формовки.
Определим q по формуле, исходящей из уравнения Лапласа:
Я = «», (64-)
где S—толщина материала деформируемой заготовки, м.м;
d0 — начальный диаметр заготовки, мм;
ов—предел прочности материала, кгс/мм2.
Подставив значение формулы (64) в уравнение (63), получим
Pp = Z^BKrc. (65)
2. Определим усилие Рсж. п, создаваемое при осадке полиурета-
нового пуансона, которое зависит от величины сжатия, модуля уп-
ругости полиуретана и размеров пуансона.
Для характеристики напряженного состояния пуансона при его
осадке введем понятие коэффициента формы пуансона и модуля
упругости материала.
Коэффициент формы определяется отношением опорной площа-
ди пуансона к его боковой поверхности.
89
Для цилиндрического пуансона коэффициент формы Кф вычис-
ляется по формуле
кФ=4’ <66)
где d —диаметр пуансона мм;
Н — .высота пуансона, мм.
При осадке (сжатии) пуансонов с различными коэффициентами
формы Кф установлено, что пуансоны с большим коэффициентом
формы требуют приложения больших усилий при одной и той же
осадке. На рис. 31 приведен график зависимости удельного давле-
ния на поверхность полиуретановых пуансонов (можно и буферов)
в зависимости от деформации Еи коэффициента формы Кф.
Относительная деформация, %
'Рис. 31. График удельных давлений в зависимости от отно-
сительной деформации и коэффициента формы.
Коэффициент формы Кф определяет поведение пуансона при
сжатии.
Далее вводим для расчетов модуль упругости для полиуретана,
из которого выполнен пуансон для раздачи.
Модуль упругости определяем по формуле
Р
£ = т». (67)
н
где Е — модуль упругости полиуретана, кгс/см2;
Р — сила сжатия образца, иге;
F—площадь пуансона, (воспринимающая силу Р, см2.
АН = Н0 — Hi — изменение высоты пуансона при приложении силы
Р, см;
Но — начальная .высота .пуансона, см;
Hi — высота пуансона при приложении силы Р, см.
Величина модуля упругости Е полиуретана изменяется с изме-
нением площади сечения образца (эластомер) и процентного со-
держания составляющих.
Многочисленные эксперименты позволили вывести график
(рис. .32) определения величины модуля упругости Е, чтобы не
пользоваться формулой (67) для полиуретанов СКУ-6Л, СКУ-7Л
и СКУ-ПФЛ (как наиболее подходящих для пуансонов) в зависи-
мости от коэффициента формы Кф. Усилие от величины деформации
пуансона учитывается коэффициентом деформации Ке, на который
увеличивается модуль упругости Е Ке .
Определив по графику (рис. 32) модуль упругости, определяем
по формуле (67) усилие, затрачиваемое на осадку пуансона (зная
при этом величину деформации е и размеры пуансона).
Рсж.п = e-F-E, (68)
. Но- Hi
где е — относительная деформация, равная —£, где
Но — начальная высота пуансона;
Hi — высота пуансона под нагрузкой;
Е — модуль упругости, кгс/см2;.
F — площадь пуансона, к которой приложено усилие (площадь
Ttrf2
равна -£-) мм2,
тогда формула (68) примет вид
Рсж.п=^Д (69)
где величину е • Е берем по графику (рис. 32) в зависимости от
коэффициента формы пуансона Кф и от коэффициента осадки Ке .
91
Рис. 32. График определения модуля упругости в зависимости от коэффициента
формы.
Найдем общее усилие, подставив в формулу (62) значение фор-
мул (65) и (69):
Рпр = 1-^ + ^4— X (™)
Все величины в формуле (70) известны. По найденному усилию
Рсж.п ПО формуле (67) можно определить величину осадки:
= <71>
Можно вычислить осадку пуансона, используя коэффициент
раздачи и условие равенства объемов полиуретанового пуансона
до и после деформирования.
кр = А. (72)
1/0=1/,, (73)
где Vo — объем пуансона до деформации, мм3;
V, — объем пуансона деформированного, мм3.
92
Объем полиуретанового пуансона до деформации равен:
^о-—4-
(74)
Объем пуансона в момент максимальной деформации ана-
логично:
Приравнивая выражения (74) и (75), получим
dl-h^dlh^- (76)
Далее выражение (76) поделим на do и, выделив относительно
h, получим
Ах = 4 • (77)
d\
do
£
Заменив отношение —?, согласно формуле (72), на коэффициент
do
раздачи Кр, получим
^ = 4- (78)
По формуле (78) всегда можно определить величину осадки
пуансона, так как отношение диаметра d\ к do известно.
Следует обратить особое внимание при раздаче деталей из
тонколистовых заготовок (£<1 мм), на то, что в момент раздачи
заготовка может получить гофр (рис. 33 в) в зоне сопряжения
стенки с дном. Это происходит вследствие смещения среднего диа-
метра раздачи пуансона (рис. 33 а) на величину смещения
Д/7ср = ЯСР1 - ЯРа, (79)
где Л/7ср — величина смещения среднего диаметра, мм;
//Cpi—наибольший диаметр раздачи при величине осадки Н},
мм,
ЯСР2 — наибольший диаметр раздачи при величине осадки Н2,
мм.
В момент раздачи среднего диаметра пуансона поверхность пу-
ансона своей выпуклой частью соприкасается со стенками детали,
подвергаемой раздаче, и при дальнейшей осадке при смещении
средней линии раздачи пуансона на величину смещения ДЯср за
счет сил трения заготовка получает гофр, который в дальнейшем
не исправляется.
Чтобы избежать дефекта гофрообразования, следует форму пу-
ансона делать конусной (рис. 32, в) , так как средняя линия наиболь-
шего диаметра dcp по высоте остается почти неизменной.
93
Рис. 33. Формы пуансонов и схемы раздачи: а — цилиндрический; б —конус-
ный; в — раздача цилиндрическим пуансоном; г — раздача конусным пуансоном.
Расчет усилий при раздаче
заготовки с осевым подпором
Расчет усилия пресса при раздаче с осевым подпором ведут
по формуле
Рпр. О -^пр + Роп>
(80(
где Рпр. о —усилие пресса, кгс;
Рпр — усилие, необходимое для раздачи трубной заготовки
без осевого подпора, кгс;
Ро. п — усилие осевого подпора, кгс.
94
Усилие Рпр известно из формулы (70), усилие Рв. п определяем
по формуле
^оп = ' *^0 ‘ °т> (81)
где d0 — диаметр трубной или полой заготовки до раздачи, мм;
So — толщина стенки заготовки до деформации, мм;.
от — предел текучести материала, кгс/мм2.
Подставив в формулу (80) величины из формул (70). и (81),
получим:
(TtdnS\
+ Pn-е-Е} К + *doSo^, (82)
где do — начальный диаметр заготовки, мм;
So — толщина заготовки до деформации, мм;
ов— предел прочности материала заготовки, кгс/мм2;
Ttrf2
Fn— опорная площадь пуансона равная -у, мм2;
е • Е — величина выбирается по графику (рис. 31) в зависимо-
сти от коэффициента формы Кф и коэффициента дефор-
мации Ке пуансона;
сгт—предел текучести материала заготовки, кгс/мм2.
Длина заготовки. Разрабатывая технологический процесс, необ-
ходимо учитывать, что длина заготовки при выполнении операции
растяжки претерпевает изменения. На эти изменения влияют:
трение между заготовкой и матрицей;
трение между заготовкой и полиуретановым пуансоном;
схема растяжки (простая, с осевым подпором);
отношение от/ов;
толщина материала заготовки.
Трение между заготовкой и матрицей — явление вредное, оно
препятствует свободному перемещению заготовки в зону дефор-
мации. Результаты экспериментов показали, что коэффициент тре-
ния при различных смазках составляет 0,15—0,09. Поэтому перво-
начальная длина заготовки должна быть скорректирована на соот-
ветствующую величину. Трение между внутренней поверхностью
заготовки и полиуретаном, величина которого может быть в пре-
делах 0,35—0,8, полезно —оно подтягивает заготовку в зону де-
формации.
Основным фактором, влияющим на первоначальную длину 1о
заготовки, является схема растяжки [2]. При простой схеме без
осевого подпора определить длину 1о наиболее трудно, так как она
представляет собой функцию многих величин:
4=/(hi; 1*2; So; Л»; °tR и др.).
Практика внедрения показала, что первоначальная длина 10 за-
готовки должна быть скорректирована в меньшую сторону на
5—15% длины, образующей сечение отформованной детали.
95
Схему растяжки с осевым подпором необходимо признать наи-
более правильной и рекомендовать ее в производство. При этой
схеме первоначальная длина заготовки Iq соответствует длине, об-
разующей сечение отформованной детали.
Отношение предела текучести от к пределу прочности ов также
влияет на длину заготовки. Чем меньше отношение от/ов 1,0, тем
короче должна быть 1о, так как чем пластичнее материал заготов-
ки, тем больше деформации будет происходить за счет утонения
толщины стенок заготовки. Часть толщины заготовки используют
на деформацию последней при ее формообразовании в пределах
утонения материала, оговоренного чертежом детали.
Таким образом, длину трубных заготовок можно рассчитывать
но формулам:
для простой схемы без осевого подпора заготовки
/о = Л-Ку, (83)
где /о — первоначальная длина трубной или полой заготовки, мм;
/1—длина образующей сечение отформованной детали, мм;
Ку — коэффициент, которым учитывают трение между заготов-
кой и матрицей, трение между полиуретаном и заготовкой,
отношение от/ов и другие факторы.
Технологические схемы раздачи
и обжатия деталей
Технологические операции (табл. 25) раздачи и обжатия могут
быть выполнены по следующим схемам:
1. Раздача эластичным пуансоном без осевого подпора заго-
товки по жесткой разъемной матрице. Эта схема наиболее распро-
странена при раздаче деталей с деформацией, не превышающей
20—35%, при которой необходимо учитывать первоначальную дли-
ну 10 заготовки.
2. Раздача эластичным пуансоном с осевым подпором заготовки
по жесткой разъемной матрице. Рекомендуется для широкого
внедрения в производство для деталей со значительным коэффи-
циентом раздачи Кр при малых утонениях стенки.
3. Для раздачи деталей типа сильфонов или деталей с множе-
ством элементов, расположенных по высоте, применяют схему пос-
ледовательной раздачи эластичным пуансоном по жесткой матрице
с осевой подачей заготовки в зону деформации.
Сущность данной схемы заключается в последовательной дефор-
мации (формообразовании) гофров (или отдельных участков де-
тали) по жесткой матрице равномерно распределенной нагрузкой
последовательно гофр за гофром (или участок за участком). Фор-
мообразование происходит за счет свободной части заготовки,
подаваемой в зону деформации осевым усилием.
Для предотвращения утяжки материала из отформованной зо-
ны высоту полиуретанового пуансона подбирают равной . высоте
96
Таблица 25
Технологические схемы раздачи и обжатия
Процесс Схема процесса Рекомендуемые? ме- ханические свойства эластомеров
’в, кгс/см2 8, % /Диор
Растяжка 1. Раздача элас- тичным пуансоном без осевого подпора заготовки 400 650 80
2. Раздача элас- тичным пуансоном с осевым подпором заготовки ж» Ж * 400 650 80
3. Последователь- ная раздача элас- тичным пуансоном по жесткой матрице 400 650 80
Обжатие 4, Обжатие -э час- тичной матрицей по жесткому пуансону 1Ъ 500 700 85
1
///
/ // / /
7 Зак. 524
97
двух, а в некоторых случаях и трех гофров. В этом случае проис-
ходит формообразование нового гофра и калибровка ранее отфор-
мованного.
Напряженно-деформированное состояние заготовки в процессе
формообразования зависит в основном от конструктивно-геометри-
ческих размеров полиуретанового пуансона, расчеты которого при-
водятся в главе II.
4. Обжатие эластичной матрицей по жесткому пуансону. Опера-
ция чаще всего применяется при выполнении резьбы в полых или
трубчатых деталях. Операции раздачи и обжима рекомендуется
выполнять одновременно с нанесением рисунков, схем или фирмен-
ных знаков.
§ 6. Технологический процесс
формообразования рифтов
или технологических углублений
Расчет хода ползуна и усилия
Величину хода ползуна АЛП (рис. 34, поз. 1) определим из ус-
ловия изменения объема полиуретановой подушки до и после при-
ложения нагрузки.
V= Ур+Уо.сж, (84)
где V — общий объем полиуретановой подушки, мм3;
Vp — объем полиуретана, занимающий объем рифта в мат-
рице, мм3;
Vo. сж — объем полиуретана, сжимающийся под действием на-
грузки, мм3.
Объем, занимаемый формой рифта, высчитывается согласно его
геометрическим размерам. В нашем случае (рис. 34) Ур равен
/itd2 \
1/Р = (г2-/₽)К- (85)
где d2 = 2/?p — радиус рифта, мм;
/р — длина рифта, мм;
Кг,— коэффициент увеличения объема за счет ради-
уса сопряжения между плоскостью рифленой
детали и радиусом рифта.
Kj, — обычно не превышает 1,01.
Тогда, с учетом радиуса рифта, формула (85) примет вид
= <86)
Под действием нормального давления полиуретановая подушка
сжимается. Сжатый объем можно высчитать по формуле
Уо.сж= У-Р-Ксж, (87)
98
Рис. 34. Схема формовки рифта круглого сечения: 1 — матрица сечением
АхВ; 2 — заготовка; 3 — полиуретановый пуансон; 4 — контейнер с.-
чением АХВ.
где V — объем полиуретановой подушки, равный АхВхНп, мм3;
Р — нормальное усилие, прикладываемое со стороны пресса,
равное q • Fn (где q = °в3 j А ; Fa— площадь полиуре-
тановой подушки, равная АхВхНп).
КСж — коэффициент сжатия полиуретановой подушки.
Величина хода пуансона сязана с высотой формообразующего
элемента соотношением, согласно(формуле:
I Рз\ vo
= + (88)
где ДЯП—величина рабочего хода пуансона, мм;
F3 — активная площадь формуемой заготовки с размерами
АзХВз, ммг; •
7*
99
Vp — объем рифтов, мм3;
Fn — рабочая площадь полиуретановой подушки е размера-
ми А X В, мм2.
Усилие, потребное для рельефной формовки в штампах с ис-
пользованием полиуретана, можно рассчитать по формуле
P=F-q-K, (89)
где F— площадь окна контейнера (или пуансона F„), зависящая
от габаритов штампуемой детали, мм2;
q — потребное удельное давление для формообразования риф-
тов, кг.с/мм2;
К — коэффициент, которым учитывают неоднородность меха-
нических свойств материала и неравномерность его’ по
толщине. Обычно К принимают равным 1,2—1,3.
Потребное удельное давление для выполнения рифтоц круглого
сечения можно рассчитать по формуле
q = , (90)
где (тв — временное сопротивление материала разрыву, кгс/мм2;
So — толщина материала, мм;
h — высота рифта, мм;
I — ширина рифта, мм.
Потребное удельное давление на основе многочисленных опы-
тов, подтвержденных практикой внедрения, рекомендуется вычис-
лять по формуле (рис. 35):
q = °в 4>тн к, (91)
? 0.0250.05 0.015 OJ Q125 0.150.П50.20.2250250.2750.3032503503750.0 Q.0250.050^15 050525 0.55 ММ
;Рйс. 36.;Трафик определения поправочного коэффициента К в зависимости от
/отн, получен на материалах *1X18 НЮТ, 08 кп, сталь 20 (жесткая матрица).
где /отн— относительная длина ралвертки, равная ——
ч
(где О I — длина развертки по дуге; Ц — длина отформованного
участка).
Формула (91) дана для расчета, когда жестким рабочим эле-
ментом является матрица. Для рифтов прямоугольного, трапеце-
идального сечения и другой формы, аналогичной этим сечениям,
удельное давление будет
q = , (92)
гinin
где rmin —минимальный радиус, оформляемый полиуретановой ра-
бочей частью, мм;
от—предел текучести материала, кгс/мм2;
S — толщина заготовки, мм.
Анализ формулы (92) показывает, что для уменьшения потреб-
ного давления минимальные радиусы следует оформлять жестким
формообразующим элементом.
Усилие и некоторые параметры
при формовке глухих отверстий
При формовке глухих отверстий, которые вводятся как элемен-
ты жесткости или для достижения технологических целей, часть
металла за его пределами испытывает напряжение и входит в по-
лость формуемого отверстия. Полиуретан, давя на металл непо-
средственно формуемого элемента, растягивает его в радиальном
и тангенциальном направлениях (рис. 36) — площадь формуемого
элемента, занимая объем инструмента, по которому идет формова-
ние, становится больше.
Если пренебречь втягиваемым со стороны объемом металла (он
не превышает 3—5% общего объема металла, формуемого элемен-
та), то есть считать, что оформление происходит только за счет
металла формуемого элемента, то .из условия постоянства объема
получим
F0.S0 = ^.,S0 = F1.S1, (S3)
где Fo • So — площадь поверхности и толщина заготовки, состав-
ляющие объем металла до формования элемента;
Ft S] —площадь поверхности и толщина отформованного эле-
мента, составляющие объем металла после формова-
ния элемента.
Отношение объемов Vo/Vj или площадей F0/Fi всегда меньше
единицы, и чем глубже формуемое отверстие, тем больше эти от-
ношения будут отличаться от нее. Таким образом, и толщина мате-
риала штампуемого элемента также будет отличаться от ее перво-
начальной .величины. Степень утонения материала, или его разру-
шение в опасной зоне деформации, и будет являться предельной
' 101
Рис. 36. Схема формообразования глухих отверстий.
технологической возможностью операции формовки глухих от-
верстий.
На предельно допустимую глубину формовки глухих отверстий
влияют различные факторы: отношение ат/ав формуемого мате-
риала; радиус рабочего инструмента; отношение F0/Fi', радиус со-
пряжения дна глухого отверстия с его стенкой.
Исследования и результаты внедрения дают право рекомендо-
вать следующую предельную глубину формовки глухих отверстий:
для материалов от/ов< 0,35 Я^35% диаметра формовки;
« « 0,35>от/ов >0,25 Я^25% „ „5
« « о'т/сГв> 0,6 Я^Ю—15% „
102
При формовании глухого отверстия заготовка над формуемой
полостью матрицы в начале выпучивается и принимает форму час-
ти сферы с некоторым радиусом, который изменяется от со до ми-
нимума, равного радиусу 7?о- В дальнейшем 'при возрастании
удельного давления со стороны эластичной среды вершина полу-
ченной сферы касается дна матрицы и начинается окончательное
формообразование глухого отверстия со значительным ростом дав-
ления.
Таблица 26
Технологические схемы штамповки ребер жесткости
и глухих отверстий
Процесс Схема процесса Рекомендуемые механические свойства эластомеров
®в. кгс/мм’ о, % ^шор
Ребра жесткости 1 1. Формова- ние ребер жест- кости по жест- кой матрице 300 500 85
2. Формова- ние ребер жест- кости по жест- кому пуансону 400 600 90
| Глухие отверстия | 3. Формова- ние глухого от- верстия по жесткой матри- це ж 300 550 80
4. Формова- ние глухого от- верстия по жесткому пуан- сону 400 650 90
103
Это давление определяется по формуле
о = • <94>
где So —толщина материала, м.м;
ов— предел прочности материала, кгс/мм2;
7?с — радиус сопряжения дна со стенкой, мм.
Машиностроение, электромашиностроение, приборостроение,
радиотехника и электроника потребляют большое количество раз-
личных табличек с цифрами и буквенными обозначениями, фирмен-
ных этикеток и знаков качества в основном из мягких цветных ма-
териалов. Некоторые из этих табличек и этикеток выполняются
химическим способом, но большинство по техническим условиям
•машины должны иметь глубокую рифленость и изготовляются на
граверных станках, что, как правило, обходится дорого. Еще боль-
ше граверных и чеканочных работ в производстве товаров• народ-
ного потребления.
В настоящее время на предприятиях страны находит примене-
ние новый прогрессивный метод изготовления тонколистовых дета-
лей с надписями, изображениями и рисунками (рис. 37). Этот ме-
тод с успехом заменяет дорогостоящие граверные и чеканочные
работы, и, как показывает быстрый рост данной технологии, этот
вид производства, видимо- будет одним из основных.
Технологические схемы формовки
Существуют четыре основные технологические схемы (табл. 26)
формовки ребер жесткости и глухих отверстий:
1. Формование ребер жесткости по жесткой матрице эластич-
ным пуансоном — схема широко внедрена в практике и рекоменду-
ется как одна из основных. Данная схема позволяет производить
совместно с формовкой и проколку отверстий различной конфигу-
рации и размеров.
2. Формование ребер жесткости по жесткому пуансону эластич-
ной матрицей , рекомендуется для упрощения штамповой оснастки,
Так как ребра жесткости фрезеруются из прутков соответствующе-
го диаметра и привариваются или приворачиваются винтами к пло-
ской плите.
3. Формование глухого отверстия по жесткой матрице эластич-
ным пуансоном — схема также рекомендуется основной в произ-
водстве и позволяет производить одновременно проколку отверстия.
4. Формование глухого отверстия по жесткому пуансону эла-
стичной матрицей рекомендуется для упрощения штампового инст-
румента, так как, выточцв бобышки и присоединив к металличе-
скому пуансону, получаем готовую штамповую оснастку для фор-
мовки глухого отверстия.
104 '
Рис. 37. Пример художественной формовки.
§ 7. Технологический процесс отбортовки отверстий
Расчет параметров и усилия отбортовки
При расчете диаметра d0TB отверстия необходимо учитывать
сложность напряженно-деформированного состояния на участке
отбортовки (рис. 38), при точных же расчетах длину развертки от-
бортовки нельзя отождествлять с длиной развертки при гибке. Из-
вестно, что высота борта уменьшается, так как тангенциальные
Рис. 38. Отбортовка отверстия эластичной матрицей.
деформации вызывают (обусловливают) радиальные деформации.
Если это явление не учитывать, то размеры развертки могут ока-
заться недостаточными для образования высоты борта, заданной
но чертежу.
Размеры развертки под отбортовку, если элемент ее (отбортов-
ки) оговорен высокой точностью, определяют исходя из равенства
объемов заготовки и готовой детали (рис. 38).
V / S \ / 5 \2
41 — 2ir4i ^/?вн -|—+ 8 ^/?вн Н—2 / ——2/?вн—S) Л I
(95)
106
где Д\—диаметр начала сопряжения фланца с диаметром отбор-
товки, мм;
/?вн — радиус закругления матрицы, мм;
5 — толщина материала заготовки, мм;
h — высота прямолинейного участка отбортовки, мм.
В практике многие элементы отбортовки у детали имеют широ-
кие допуски, а изменения ширины штампуемого борта находятся
в пределах, допустимых значением коэффициента отбортовки. По-
этому диаметр отверстия можно рассчитать исходя из условия раз-
вертки по средней линии:
<А>тв = А — я (fl™ + -у") ~ 2Л (96)
и
dmB =Д-2Н + 0,86А?вн + 1,435, (97)
если за базовый диаметр принять Дотб.
Если диаметр Дот6 отбортовки и диаметр dmB отверстия под
отбортовку связать с деформацией е, можно определить и высоту
борта:
__ Датб ^отв 2/7 Н
6доп j — J w \У°)
“отв "отв “отв
2
или через радиус
= н — н
доп 7?отв /?отб — Н '
тогда /?отв = Ротб — Н
и высота борта будет равна
Н = едоп-/?от6 (99)
1 едоп
Можно высоту борта найти исходя только из диаметров отвер-
стия d0TB и диаметра отбортовки Дотб, толщины материала 5 и
радиуса закругления матрицы:
И = A°T6~rf°TB + 0,43/?вн + 0,725. (100)
Для определения давления q, необходимого для отбортовки, вос-
пользуемся выводами М. Н. Горбунова [13]. Давление q, необхо-
димое для деформирования борта по. вогнутому контуру, можно
определить, представляя его в виде суммы q = qi + qz,
где q\ — давление, необходимое для гибки борта по ребру мат-
рицы, кг/мм2;
z/2 — давление, необходимое для пластического растяжения
борта в тангенциальном направлении, кг/мм2.
2М-Р2 ФР +ТГ7> (Ю1)
I/1 — ^-ВН Аотб
107
где от— предел текучести материала, кг/мм2;
S — толщина материала заготовки, мм;
А — ширина изгибаемого участка заготовки, мм;
7?вн— радиус закругления инструмента, мм;
<р — угол отгибки борта, рад;
/?отб — радиус отбортовки, мм.
Чтобы более интенсивно использовать усилие существующего
пресса (выбранного по технологическому процессу), можно перей-
ти к комбинированной схеме отбортовки. Суть ее состоит в том, что
применяют специальную металлическую накладку (рис. 39), кото-
рая изменяет характер отбортовки и естественно увеличивает уси-
лие на элемент отбортовки.
Рис. 39. Схема отбортовки отверстий: а — глухого; б — с предварительно от-
крытым отверстием; 1 — полиуретановая подушка; 2 — накладка — пуансон;
3 — заготовка; 4 •— жесткая матрица.
Усилие, необходимое для отбортовки металлическим цилиндри-
ческим пуансоном, с достаточной степенью точности можно вычис-
лить по формуле, предложенной А. Д. Томленовым [39].
Р= 1,5^(Д-<Z)S-ou, (102)
где Д — диаметр отбортованного изделия, мм;
d — диаметр отверстия под отбортовку, мм;
S — толщина материала, мм;
ов — предел прочности материала, кг/мм2.-
В то же время усилие штамповки отбортовки при применении
накладок (рис. 39) равно площади контактной поверхности (с по-
лиуретановой подушкой) на давление, которое развивает полиуре-
тановая подушка:
^отб = ^н‘*7п. п, (103)
где Ротб— усилие, необходимое для отбортовки отверстия (приме-
няя накладку), кг;
108
F„—площадь накладки, контактируемой с полиуретановой
подушкой, мм2;
qn. п — усилие, развиваемое полиуретановой подушкой (зави-
сит от усилия пресса и размеров рабочего окна контей-
нера, куда заключена полиуретановая подушка), кг/мм2.
Исходя из формул (102) и (103), находим необходимую пло-
щадь накладки для отбортовки отверстия:
у? _ FpT& __ 1 (Д — d) (104)
?п. п 7п. п
Следует знать, что при отбортовке коническим или сферическим
пуансоном Величина усилия снижается по своему значению и уве-
личивается во времени.
Технологические схемы отбортовки
В основу технологических процессов могут быть рекомендова-
ны (табл. 27) следующие технологические схемы отбортовки:
1. Отбортовка отверстия по жесткой матрице эластичным пуан-
соном широко применяется для отбортовки материалов с невысо-
ким пределом прочности о .
2. Отбортовка отверстий по жесткой матрице эластичным пуан-
соном при помощи технологической прокладки. Схема применя-
ется при отбортовке высокого борта и из материалов с высоким
пределом прочности ов>45 кг/мм2.
3. Отбортовка глухого отверстия по жесткой матрице эластич-
ным пуансоном аналогична выполнению технологических выдавок,
описанных выше.
4. Отбортовка отверстий по жесткой матрице эластичным пуан-
соном с помощью накладки-пуансона. Схема применяется, когда
невозможно достичь высокого удельного давления в полиуретано-
вой подушке (усилие пресса недостаточно). В данной схеме.совме-
щены обычная отбортовка стальным пуансоном по стальной мат-
рице с приложением усилия на пуансон от полиуретановой подуш-
ки. Процесс внедрен в производстве на материалах с высоким пре-
делом прочности ов >55 кг/мм2.
5. Схема аналогична четвертой с той лишь разницей, что от-
бортовывается глухое отверстие.
6. Отбортовка отверстий с последующим 'выворачиванием его во
второй фланец. Процесс производится по жесткой разъемной мат-
рице эластичным пуансоном и совмещает в себе операцию собствен-
но отбортовки и операцию развальцовки отверстия во фланец.
7- Отбортовка наружного контура по жесткому пуансону элас-
тичной матрицей выполняется для деталей с невысокими бортами.
8. Совмещенная отбортовка внутреннего и наружного контура
производится аналогично седьмой схеме.
9. Отбортовка отверстий по жесткому пуансону эластичной мат-
рицей с использованием прижима.. С помощью данной схемы вы-
109
Таблица 27
Технологические схемы операции отбортовки
Процесс Схема отбортовки Рекомендуемые механические свой- ства эластомеров
«в,’ кг/см2 8, % //шор
1. Отбортовка отвер- стия по жесткой матри- це эластичным пуансо- ном 350 550 85
X \ \ \ ^ 44 \
2. Отбортовка по жесткой матрице элас- тичным пуансоном при помощи технологиче- ской прокладки 350 500 80
3. Отбортовка глухого отверстия по жесткой матрице эластичным пу- ансоном //Д 350 500 80
4. Отбортовка отвер- стия с помощью наклад- ки-пуансона по жесткой матрице 400 550 90
\ \ \ \ <
5. Отбортовка глухого отверстия с помощью накладки-пуансона по жесткой матрице Л 400 550 90
^ \ \ \ \ \ \ \
ПО
Окончание таблицы 27
Процесс
Схема отбортовки
Рекомендуемые
механические свой-
ства эластомеров
’в.
кг/мм2
9, % ^Лиор
6. Отбортовка отвер-
стия с вывертом борта
на второй фланец
7. Отбортовка наруж-
ного контура по жестко-
му пуансону
300
400
700
550
8. Отбортовка внут-
реннего и наружного
контура по жесткому пу-
ансону
9. Отбортовка отвер-
стий в полых деталях
70
80
полняют отбортовку в полых изделиях, например в полушариях
или емкостях. В таких случаях пространственные габариты детали
относительно больше.
111
Глава Hi
УРЕТАНОВЫЕ КАУЧУКИ
§ 1. Общие сведения, производство, марки
и физико-механические свойства
Уретановые каучуки предназначаются для изготовления изде-
лий, обладающих исключительной износостойкостью, высокими
физико-механическими показателями, маслоозоностойкостью, а так-
же вибро- и радиа1Ц.ионно1Стой.костью.
Полиуретановые эластомеры сейчас широко иопользуются как
конструкционный материал во многих отраслях промышленности.
По сравнению с жесткими и мягкими пенополиуретанами эласто-
меры все еще представляют собой относительно новый материал
для многих производств, возможности применения которого далеко
не исчерпаны [14].
Термин «полиуретаны» не совсем точен, так как относится к
целому ряду материалов, .которые, наряду с многими общими ха-
рактеристиками, могут иметь и различные свойства. Это различие
свойств может быть объяснено разными химическими структурами,
встречающимися в полиуретанах. Тридцать лет назад, когда по-
явился этот материал, он был назван полиуретаном, потому что
основная группа в нем была полиуретановая. Теперь это уже не
так: введение в цепь полимера других функциональных групп мо-
жет привести к изменению свойств конечных продуктов [14].
По способу переработки в изделие полиуретановые эластомеры
можно свести к трем основным типам: литьевые, вальцуемые и
термопластичные. Все они имеют высокую прочность в ненапол-
ненном состоянии, хорошую эластичность, отличное сопротивление
раздиру к многократным деформациям, вибростойкость й другие
специальные свойства.
Структуру и свойства полиуретанов можно менять в широких
пределах путем подбора соответствующих исходных веществ. Они
относятся к числу тех немногих полимеров, у которых можно на-
правленно регулировать число поперечных связей, гибкость поли-
мерных молекул и характер межмолекулярных взаимодействий [15].
Литьевые полиуретаны обычно применяют" для изготовления
деталей больших размеров, например массивных шин для внутри-
заводского транспорта, облицовки валов, крупногабаритных листов,
112
вибростойких деталей и других изделий в основном в машино-
строении.
Особый интерес представляет применение литьевых полиурета-
нов в листоштамповочном производстве.
Среди методов получения литьевых полиуретанов наиболее
распространен форполимерный. На первой стадии этого метода
проводят реакцию диола (например, простого или сложного поли-
эфира с молекулярным весом от 1000 до 2000) с ароматическим
диизоцианатом для получения форполимера с концевыми изоцио-
натными группами:
2R (N СО2) +НО —... — OH-H3CN — R — NHCOO —...
OCONH —J? —NCO.
На второй стадии к форполимеру добавляют при перемешива-
нии низкомолекулярный «отвердитель-удлинитель» (гликоль или
диамин).
Последняя стадия процесса (отверждение) может начаться в то
время, когда вторая еще не закончилась, и может продолжаться в
течение нескольких часов или даже суток в зависимости от выбран-
ной системы отверждения и температуры. При этом происходит
взаимодействие концевых изоционатных групп с активными атома-
ми водорода как цепи, так и «отвердителя-удлинителя». Образу-
ющиеся в процессе сложных превращений полимеры могут иметь
различные строения и физико-механические свойства в зависимости
от строения и молекулярного веса исходного полиэфира и соотно-
шения реагентов.
Уретановые эластомеры можно считать блоксополимерными,
в которых величину и строение любого блока можно изменять
в широком диапазоне.
Типичными представителями простых полиэфиров являются по-
лифурит, полученный полимеризацией тетрагидрофурана, и сопо-
лимер, созданный сополимеризацией тетрагидрофурана с окисью
пропилена. Из сложных полиэфиров наиболее распространен поли-
этиленглюкольадиниат (полиэфир 17-6).
В качестве исходных диизацианатов нашли применение произ-
водные ароматического ряда 2,4 — толуилен; 4,4 — дифенилметан-
диизационат.
В качестве «отвердительно-удлинительной» цепи используются
гликоли (например, диэтиленгликоль, триметиланпропан) или аро-
матические амины типа 3,3'—дихлор; 4,4'—диаминодифенилметан
(диамит X").
При получении высокопрочных вулканизатов необходимо в
каждом отдельном случае подбирать оптимальный рецепт смеси и
условия ее вулканизации. Часто свойства уретановых каучуков не
всегда достигают своего оптимального значения. Для этого иногда
требуется выдержка 10—20 суток в контакте с влагой воздуха для
дополнительного структуирования вулканизаторов.
Для улучшения технологических свойств резиновых смесей и
8 Зак. 524 113
и низкотемпературных свойств резин опробованй различные мяг-
чители. Наилучший комплекс свойств обеспечивает введение дибу-
тилфталата и дибутилсебацината, а также кумарон-инденовых
смол при дозировках, не превышающих 10 весовых частей на
100 весовых частей полимера. Учитывая дефицитность указанных
мягчителей, в настоящее вре-мя начали работы по замене их на не
вымывающиеся из резин полиэфиры и жидкие кумарон-инденовые
смолы.
Чтобы расширить практическое использование ценных свойств
резин на основе уретановых каучуков, проведены работы по их адге-
зионным свойствам по отношению к различным материалам. Раз-
работаны клей 51-К-16 и методы крепления резиновых смесей на
основе каучуков СКУ-8ПГ, СКУ-ПФ, СКУ-50 к металлам (сталь,
титан, дюраль) в процессе вулканизации, обеспечивающие высо-
кую прочность крепления. Например, прочность крепления эласто-
мера на основе каучука СКУ-ПФ к стали Ст. 3 достигает по отрыву
100—150 кгс/см2, против 37 кгс/см2, получаемых при использова-
нии клея лейконат.
Разработан и применяется в производстве клей У-9 холодного
отверждения, предназначенный для склеивания уретановых эласто-
меров между собой и с резинами на основе других синтетических
каучуков (СКН, СКС, СКИС, каприт СКИ и др.), и обеспечиваю-
щий высокую прочность.
Результаты сравнительных испытаний, описанных эластомеров
по изменению физико-механических свойств, релаксационных и ди-
намических свойств при воздействии различных нагрузок, динами-
ческих и статических, а также внешних (атмосферные, маслоозоно-
действующие среды и др.) показали, что они по стойкости превос-
ходят серийные резины.
В листоштамповочном производстве в качестве рабочих частей
пуансонов, матриц, прижимов, съемников и буферов нашли приме-
нение литьевые полиуретаны. Для литьевых полиуретанов не нуж-
на, как правило, дополнительная стадия вулканизации, изделия на
их основе изготовляются непосредственно, в процессе синтеза мето-
дами свободной заливки, вакуумного и центробежного литья.
Уретановые каучуки марок СКУ-6, СКУ-7Л, СКУ-7-85 и
СКУ-7-100 получены на основе сложных полиэфиров и отличаются
природой сшивающих агентов и физико-механическими показате-
телями: твердостью, прочностью, модулем при 100%-ном растя-
жении.
Уретан марок СКУ-7-85 и СКУ-7-100 обладает наибольшими
твердостью и сопротивлением раздиру.
СКУ-ПФЛ и СКУ-ПФ-15 — уретановый форполимер на основе
простых полифуритов, вулканизуемый ароматическими диамина-
ми или гидроксилсодержащими соединениями. В зависимости от
соотношений, исходных компонентов и природы вулканизующих
агентов из. СКУ-ПФЛ могут быть получены изделия различной
114
твердости, высокой гидролитической стабильности и с низкой тем-
пературой хрупкости (—75°С).
В табл. 28 приведены марки и физико-механические показатели
литьевых уретанов, применяемых в листоштамповочном произ-
водстве.
§ 2. Оснастка для производства литьевых уретанов
Одно из преимуществ [1; 2; 3; 4; 14; 15] литьевых полиуретанов
состоит в том, что оборудование для их производства гораздо де-
шевле, чем оборудование, используемое в -производстве обычных
резин. В процессе изготовления формы полиуретаны не подверга-
ются давлению, поэтому они могут иметь более легкую конструк-
цию, чем формы для прессования или литья под давлением. Однако
соответствие заданным размерам и качеству поверхности изделия,
как и при других способах переработки, зависит от качества по-
верхности формы и точности ее размеров, и поэтому стоимость ос-
настки почти одинакова. Преимущество полиуретанов состоит и в
том, что к ним можно применять более широкий диапазон методов
переработки по сравнению с другими эластомерами. Так, из лить-
евых полиуретанов обычно делают крупногабаритные изделия до-
вольно простой конфигурации, и именно в этих случаях формы для
отливок обходятся дешевле; чем формы для обычных эластомеров.
Формы для отливки полиуретановых изделий можно изготов-
лять из разных металлов, однако, если нужны долговечные формы,
’рекомендуется применять обычную мягкую сталь с соответствую-
щим упрочнением поверхности (цементация). При необходимости
в форме предусматривают отверстия для выхода воздуха (сечение
не более 0,15 мм).
При проектировании формы необходимо помнить, что изделие
не должно подвергаться излишней деформации при его извлечении
из формы, так .как оно еще недоотверждено. Если конструкция фор-
мы такова, что ведет к образованию воздушных раковин при за-
ливке, то необходимо подавать уретан под небольшим давлением
или создавать над формой дополнительную емкость, откуда бы он
мог стекать самотеком.
В последнее время для изготовления .форм стали с успехом при-
менять полиуретан, силиконовые каучуки или пластмассы, такие
формы выдерживают достаточное количество циклов заливки (де-
сятки, иногда сотни) и обладают значительной прочностью.
При изготовлении буферов и пружин для штампов формы луч-
ше изготовлять из полиуретана, заливая жидким полиуретаном
прототип буферов и пружин. Это обусловливается тем, что размеры
буферов и пружин должны быть одинаковы для получения одина-
кового усилия при деформации.
Для производства небольшого числа крупногабаритных изде-
8* 115
Таблица 28
Физико-механические свойства литьевых полиуретанов
Показатель Марка
СКУ-ПФЛ СКУ-ПФ-15 СКУ-6 СКУ-7Л СКУ-М СКУ-7-85 СКУ-7-100
Плотность, г/см3 Модуль при 300%-ном растяжении, 1,2 — 1,21 1,25 — 1,26 1,26
кг/см3 300 — 40 80—100 — 150-180 370
Прочность на разрыв, кг/см3 .... Удлинение, % 400-500 350 450-500 500-600 550 500-600 570-630
относительное 350-400 500 500-550 500—600 600 500 350-380
остаточное 6-10 2 0-2 2—4 10 2-5 15-20
Сопротивление раздиру, кг/см . . . 90—100 40 30 50-70 100 50—65 90-100
Твердость по ТМ-2 (шкала А) . . . 92-95 80 55—60 75—80 60 81-89 91—99
лий можно использовать разборные прессформы, собирая которые
можно получить изделия различной конфигурации и размеров.
При проектировании форм следует учитывать усадку, которая
имеет место при формовании самых различных полиуретанов и за-
висит от типа материала и конфигурации изделия.
В общем, все типы материалов — для свободного литья — испы-
тывают усадку от 0,5 до 8 мм. Осадка по высоте неравномерна по
поверхности. Это зависит от неравномерности температуры в фор-
ме. Различные полиуретаны имеют свои особенности, и единствен-
но правильная информация в этом отношении может быть получена
только на основании собственной практики. Однако не следует
забывать, что правильно выбранный по величине и времени темпе-
ратурный режим дает довольно точные и постоянные размеры.
Для облегчения выемки готовых изделий из форм используют
смазки. При правильном нанесении смазок склеивание формован-
ных изделий с формой не происходит, и они легко достаются из
форм.
§ 3. Механическая обработка
Применяя полиуретан в качестве рабочих частей штампов, при-
ходится часто производить его механическую обработку. При этом
следует соблюдать определенные условия, однако ввиду разнооб-
разия самих полиуретанов эти рекомендации носят весьма общий
характер. Опыт работы с конкретным материалом является основ-
ной предпосылкой достижения высокого качества получаемых из
него изделий.
При обработке любого вида полиуретана, каким бы твердым он
ни был, следует помнить, что по своей природе — это эластичный
материал, имеющий тенденцию отклоняться от режущего инстру-
мента. Чтобы противодействовать этому движению, режущие инст-
рументы всегда должны быть очень хорошо заточены. Из-за эла-
стичности полиуретана зажимы, в которых удерживается деталь
при механической обработке, не должны сдавливать ее слишком
сильно, иначе она деформируется. Практика показала, что при лю-
бых операциях механической обработки целесообразно использо-
вать высокие скорости и медленную подачу обрабатываемой по-
верхности, чтобы избежать перегрева.
Применение водорастворимых масел и эмульсий для операций
резания помогает предотвращать перегрев и обычно рекомендуется
для более мягких марок полиуретана.
Отечественные полиуретаны марки СКУ-6Л, СКУ-7Л;
СКУ-ПФЛ; СКУ-ОП-15 были подвергнуты механической обработке
на предмет обрабатываемости на различных режимах резания.
Результаты экспериментальных работ в виде рекомендаций сведе-
ны в табл. 29. Нагрев полиуретана при обработке не должен пре-
117
Таблица 29
Рекомендации по механической обработке полиуретана
Марка полиуретана Операция Обрабатывающий инструмент Размеры обрабатываемой заготовки, мм Скорость обработки, м/мин Примечение
СКУ-7Л Резка Ручная пила-ножовка 300x300x70 Без охлаждения
СКУ-6Л Дисковая пила 500X 500X140 75—100
СКУ-ПФЛ Ленточная пила 0 96-180 300-500 С обильным охлаж- дением
СКУ-ОП-15 Токарная об- работка Резцы обычные и из быстро- режущей стали с задним углом 8—12° , Диаметр любой, а дли- на в зависимости от твердости полиуре- тана 80—120 250—350 Без охлаждения С обильным охлаж- дением
Фрезерование Фрезы цельные с задним уг- лом 10—12° и дисковые Толщина не менее 10—15 • 100 400 Без охлаждения С обильным охлаж- дением
вышать 75—80° С. При более высоких температурах происходит
падение физико-механических свойств полиуретана.
Одним из основных недостатков при механической обработке
полиуретанов является наличие заусенцев на поверхности. Заусен-
цы удаляются шкуркой.
Глава IV
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ШТАМПОВ
§ 1. Расчет силовых элементов штампов
Штамповка эластичными средами благодаря своей экономич-
ности, универсальности и простоте получила широкое распростра-
нение в машиностроении. В настоящее время успешно решены и
решаются многие вопросы, связанные с технологией штамповки
листовых деталей [16, 17, 21, 44].
Вместе с тем актуальной остается задача выбора равнопрочной
конструкции контейнера для полиуретановой подушки. Если для
цилиндрических контейнеров эта проблема успешно разрешена из-
готовлением их навивкой напряженной стальной ленты, прямоуголь-
ные контейнеры таким образом изготовить очень трудно, хотя и
возможно. Возникает вопрос о выборе рациональной толщины стен-
ки контейнеров, радиусов сопряжения между стенками, между стен-
ками и дном и других конструктивных параметров, обеспечивающих
надежность работы контейнеров.
Несмотря на то, что усилия штамповки достигают значительной
величины (иногда 50—60 кг/мм2), материал контейнера должен
работать только в упругой стадии. Это накладывает дополнитель-
ные ограничения на выбор материала и размеры контейнера.
Расширение возможностей применения штамповой оснастки с
использованием полиуретана (увеличение толщины штампуемых
деталей до 3 мм, применение высокопрочных материалов
ав =140 кг/мм2) вызывает увеличение удельных давлений, разви-
ваемых в контейнерах полиуретаном. Нагрузка на контейнеры рез-
ко возрастает. Это ведет к опасному разрушению их, если конст-
руктивные элементы контейнеров малы. С другой стороны, необос-
нованное увеличение размеров обоймы способствует увеличению
веса контейнеров, их металлоемкости. В связи с этим возникает
необходимость выбора правильных методов расчета обойм (контей-
неров) для определения их оптимальных размеров в зависимости
от конфигурации и размеров полиуретановой подушки, величины
удельного давления, материала, из которого изготовлена обойма,
его термообработки.
По форме рабочего объема наиболее рациональными, с точки
зрения распределения нагрузок, являются цилиндрические контей-
120
меры. Однако в зависимости от геометрии деталей необходимы
контейнеры других форм (квадратные, прямоугольные).
Расчет круглых контейнеров
Для определения усилий, возникающих в цилиндрическом кон-
тейнере, были проведены исследования деформации полиуретана
па моделях из эпоксидной смолы (рис. 40). Предварительно нагре-
тую модель до 150° С помещали в гидравлический испытательный
пресс и нагружали. Нагруженную модель затягивали болтами и
снова помещали в печь, где медленно охлаждали до комнатной
Рис. 40. Картина изохром в модели, имитирующей полиуретановую
матрицу.
температуры. Из рис. 40 видно, что напряжения, возникающие от
внедрения пуансона при вырубке деталей, на 'границе полиуретан —
внутренняя стенка контейнера (по высоте контейнера) одинаковы.
Отсюда следует, что расчет контейнера можно вести аналогично
121
расчету толстостенной трубы с дном, нагруженной изнутри распре-
деленной нагрузкой.
Рассчитывая круглый контейнер, как толстостенную трубу с дном
(задача решена Л. М. Качановым) [21], введем коэффициент за-
паса прочности для учета цикличности нагружения.
Тогда, учитывая Кпр> можно рассчитать толщину стенки контейнера
по формуле
= (105)
где г? —внутренний радиус контейнера, мм;
г2 — наружный радиус контейнера, мм; .
q— максимальное удельное давление, необходимое для вы-
полнения операций, кг/мм2;
[ст] — допускаемое напряжение, кг/>мм2;
КпР — коэффициент запаса прочности, равный 1,5—2,5.
Большее значение Кпр выбирают при высоких контейнерах, ког-
да отношение danjHK < 1,
где dBH— внутренний диаметр контейнера, мм;
Нк—высота стенок контейнера от верхней поверхности до
дна, мм (рис. 41).
Рис. 41. Схема цилиндрического контейнера: а — без обоймы; б — с запрес-
сованной закаленной обоймой.
д
Для высоких удельных давлений, q>20 кг/мм2, требуется наи-
большая толщина стенки контейнера. Чтобы уменьшить вес контей-
нера (без потери прочности), стенку его делают тоньше, компенси-
руя ее закаленной обоймой, запрессованной в контейнер.
122
Расчет квадратных и прямоугольных контейнеров
Исследование напряженно-деформированного состояния контей-
неров методом фотоупругости проводилось на моделях из смолы
ЭД-6М горячего отверждения [44].
Состав компаунда следующий:
смола ЭД-6М — 100 весовых частей;
отвердитель МТГФА — 58 весовых частей;
ДБ — 1 весовая часть;
дилитиланилин — 0,1 весовой части.
Компоненты нагревались до 60° С, и после тщательного переме-
шивания компаунд выливался в форму. В горячую смолу опус-
кался пуансон. Полимеризация производилась в сушильном шка-
фу по графику, приведенному на рис. 42.
После отверждения смолы при наивысшей температуре поли-
меризации мастер-пуансон извлекался из модели, в которой полу-
чилась полость, отвечающая всем размерам пуансона. На рис. 43
представлены объемные модели контейнеров. Далее по готовым
моделям контейнеров в полость, предварительно смазанную раст-
вором каучука в бензине, для предотвращения прилипания, была
сделана заливка среды, моделирующая полиуретан.
Полимеризация проводилась по обычному режиму. Модуль уп-
ругости материала в высокоэластичном состоянии Е = 2 кг/см2.
В то же время материал моделей контейнеров в высокоэл1астичном
состоянии имеет модуль упругости £ = 200 кг/см2, и, таким обра-
зом, отношение модулей равно 102-, тогда как для натурной конст-
рукции это отношение имеет порядок 104. Такое различие в отноше-
123
Рис. 43. Объемные модели контейнеров.
яиях модулей несущественно .сказалось на результатах экспери-
мента.
Для передачи осевой нагрузки на полиуретановую матрицу
(имитатор) был изготовлен плоский боек также из эпоксидной
смолы, который без зазора входил в полость контейнера. Таким об-
разом создавалось равномерное давление на эпоксигель, модели-
рующий полиуретан.
Нагружение осуществлялось в модернизированной печи ШК-2.
Модели в собранном виде (рис. 44) устанавливали в реверсор и
помещали в печь, в которой прогревали до температуры 140° С,
выдерживали два часа и нагружали. Под нагрузкой модели вы-
держивали при 140° С два часа, затем медленно охлаждали. На-
грузка на первую модель была 26,225 кг, на вторую — 32,840 кг.
При охлаждении в материале модели «замораживалась» опти-
ческая неоднородность, возникающая вследствие деформации мо-
дели.
«Замораживание» происходило при температуре 110° С, когда
материал модели имеет модуль упругости Е = 200 кг/см2, то есть
находится в высокоэластичном состоянии.
«Замороженная» оптическая неоднородность в дальнейшем,
уже при комнатной температуре, была исследована на поляриза-
ционных установках, что позволило определить напряжения, быв-
шие в модели в момент «замораживания».
124
Рис. 44. Модель под’Нагрузкой.
Для дальнейшего исследования из моделей, после их «замора-
живания» под нагрузкой, были изготовлены срезы. Схемы разрезки
моделей показаны на рис. 45, а и б.
Предполагали, что нагрузка на дно и стенки контейнера равно-
мерна и симметрична, поэтому для получения максимальной ин-
формации из каждой модели были выпилены один цельный верти-
кальный срединный срез, три горизонтальных половинных среза
(фотографии картин полос в этих срезах на рис. 46), несколько
половинных вертикальных срезов из стенок контейнеров (их фото-
графии на рис. 47), один угловой срез и один наклонный срез
(рис. 48).
На рис. 49 представлены макет контейнера, собранный с помо-
125
10
5
Рис. 45. Схемы разрезки моделей: а — стенка 10 мм; о —стенка.
15 мм.
Рис. 46. Вертикальные срезы.
Рис. 47. Горизонтальные срезы.
щью пластилина из срезов, и две подушки эпоксигеля, а на
рис. 50 — тот же контейнер вместе с плоским бойком.
При определении напряжений, возникающих в стенках контей-
нера, исследовались точки на внутреннем контуре полученных сре-
127
Рис. 48. Наклонные срезы.
Рис. 49. Макет контейнера, собранный из срезов.
зов, так как там возникали наибольшие напряжения. В этих точ-
ках была измерена оптическая разность хода в полосах, которая
пропорциональна разности главных напряжений ср — а2. Считаем,
что одно из главных напряжений направлено по нормали к конту-
128
Рис. 50. Макет контейнера, собранный из срезов, с плоским бойком.
ру, то есть представляет собой нормальное давление. Величина
нормального давления определялась как отношение осевой на-
грузки к площади плоского бойка. Для первой модели (рис. 45, а)
оно получилось равным Pi = 1,46 кг/см2, для второй — Р2=
1,82 кг/см2.
Зная разность главных напряжений и величину одного из них,
легко определяем и значение другого главного напряжения, на-
правленного вдоль контура, которое определяется по формуле
°конТ = 4°’1)-«-Р, (106)
где 40,1) — цена полосы материала модели, кг/см2;
п — разность хода в данной точке.
Цена полосы оо0,1) определялась по диску, сжатому по диа-
метру, по формуле
до,!) _ 8Р
° *Д ’
(Ю7)
9 Зак. 524
129
где Р — нагрузка на диск, кг;
Д — диаметр диска, мм;
2Х — расстояние между полосами одного порядка.
Цена полосы получилась: о д1 = 0,38 кг/см2.
Для практического использования и сопоставления результатов
по разным моделям напряжения приводят к безразмерному виду.
В нашем случае контурные напряжения отнесены к величине нор-
мального давления Р. Расчет ведется по формуле
Cj и-а£0,1^ — Р п
tz _ ____ о_________ _______]
14 Р Р ~ П* ’
* р
где п * — отношение —— .
°о’
О величине контурных напряжений можно судить по графикам,
приведенным на рис. 51 для первой модели (рис. 45, а) и на рис. 52
для второй модели (рис. 45, б).
Рассмотрим, как по данным эксперимента, выполненного на мо-
дели, рассчитать напряжения в натурном контейнере. Пусть ом1,
ам2 — напряжения в двух различных точках модели; он1 и ан2— на-
пряжения в соответствующих точках натурной конструкции. Пред-
полагается, что модель выполнена геометрически подобно натуре,
а нагрузки приложены одинаково и пропорциональны. При этих
предположениях отношение напряжений в двух точках модели к
соответствующим точкам натуры должно быть одинаковым:
' а и
Mt Ht
°м, %
В качестве ом2 и он2 возьмем давление Рм и Рн, действующее
на полиуретан в контейнере, тогда:
^ = 4- = К. (110)
Следовательно, напряжение в контейнере, выполненном подоб-
но модели, определяется по формуле
ан = К-Р, (111)
К — безразмерное напряжение, определенное на модели.
Таким образом, исследование срезов напряженно-деформиро-
ванного состояния цельнометаллических контейнеров методом фо-
тоупругости позволило выявить зону максимальных напряжений
в опасных точках (рис. 53). Наиболее опасные зоны в точках Аь
А2, Аз и А4.
(Ю9)
Расчет напряжений-в составных контейнерах
В практике часто встречаются составные контейнеры (рис. 54),
по которым также возникает необходимость расчета. Верхнюю
часть составного контейнера можно рассматривать как прямо-
130
Срез 1
Срез 2
Срез б.
Рис. 51. Картина напряжений для срезов.
9*
Срез ю
Срез и
Срез /з
Срез /4
332
Срез 20
*Срез 22
133
Сpe j f
Срезе
Срез 7
-
Срез ю
Срез ff
135
Срез 12
Срез /3
136
Срез 15
137
угольную раму, нагруженную равномерным давлением. Пусть /ь
I2, 11, Л— стороны этой рамы и моменты инерции площади попе-
речного сечения каждой из сторон (рис. 55).
Пользуясь симметрией конструкции при раскрытии статической
неопределимости, удается уменьшить число неизвестных силовых
факторов до одного (рис. 55, б).
Для составления уравнений достаточно рассмотреть половину
рамы. Каноническое уравнение метода сил в данном случае выгля-
дит так:
81Л + Д1р = 0. (112)
Определим грузовой член Д1р, а затем коэффициент 6ц. Для
этого построим эпюры изгибающих моментов от внешней нагрузки
и от единичных силовых факторов Х= 1.
На аюловине стержня /2 изгибающий момент будет иметь вид
Л{(2) =
и изменяется от нуля до -у в угловом сечении рамы.
138
ншпн
a
Рис. 55. Схема распределения сил в раме: а
в цельной; б — в половинной.
На стержне Ц изгибающий момент равен
(113)
Изгибающие моменты от единичного момента, приложенного
в разрезе, будут везде равны единице.
Перемножая эпюры, получим ____,
Л - / 2 1
Д>Р (EJ2 J 2 J [ 8 2 + 2 J
Л - [ ql* %1' ql' _L -
Л1Р [24Я/3 + \ 8j 4-6 /] -
= --й-й[1 + Р(3а_2а3)Ь (114)
где a,=l\lh-,
знак минус показывает, что эпюры моментов от нагрузки и единич-
ные — разных знаков.
8и = ^ + Д = Д(1+«Р). (И5)
Таким образом,
A1P=?Z2 1 + «₽(3-2а»)
«И “ 24 ’ 1 + ар
(Пб)
и теперь известен наибольший изгибающий момент в середине
стороны
/ /2 \
В середине стороны /1 изгибающий момент оказывается равным
Gi/2) = • - -Г+ар— ’ (1 !7)
а в угловом сечении рамы
М° = — — • 1 + а3^ . (118)
12. 1+ар •
Составим теперь формулы для подсчета напряжений в середи-
нах сторон.
Пусть Ь — высота контейнера; h\, h2 — толщины стенок контей-
нера. Принимая высоту контейнера единичной и относя напряже-
ния к давлению, получим
°(2) _ Л М(2)(/?/2)о
q ~ 2h3 ± h2
140
или
°(1) = 4
q 2ht “ Л| ’
°(2) = 4 , 1 ( 12 ^21 +^(3-2^)
q 2h% 4 \ Л2 / 1 + <ф
°(1) _ 4 . ( h V“2(3 + a₽)-2
q 2fti ~ \hj 1 + afJ
(119)
(120)
Здесь знаки напряжений выбраны так, что знак плюс соответ-
ствует наружным волокнам, а минус — внутренним.
Напряжения вблизи углового сечения могут вычисляться по
формуле
°(0)' _ 4 , A (jA 1+“3Р /19П
q ~ 2Л2 - 2 \ 1 + ар
либо
°(0)" _ 4 . . JJAL (199\
q ~ 2Й! - 2\h1) 1+ар •
Здесь уже сложение соответствует внутренним волокнам рамы,
вычитание — внешним. Результаты по определению величины кон-
центрации напряжений приведены в табл. 30. Для примера выпол-
ним то формулам (вычисления, необходимые для нахождения на-
пряжений в серединах сторон контейнера и вблизи углового сече-
ния. Длины /1 и 12 выбираем по размерам внутренней полости. Так,
для контейнера с камерой 300X500 принимаем /1 = 300 мм, 12=
500 мм.
Пример.
Контейнер 300x500; А1=Л2=70мм;
4 зоо л г?. □ 1
/3 500 О’6, Р
ля,[ l2\ ?Z2 1+0,6-1 • (3—2-0,62) <2,31
\ V/ = "24 1 +0,6-1 = "24 Гб“
мпЛ 0,62(3+ 0,6-1)-2 qll -0,704
М \ 2 / ~ ,24 1 +0,6-1 24 ‘ 1,6
ЗОЭ , /бООУ 1 2,37 О1С , ,оп ( 211
— = А7(Г ± М А"“Ё6" = 2’15± 18>9=1^1бГ8
а0) 500 , /бООУ 1 ( —0,704 т rfi_ f —2,0
" q ~ 2-70 ± \70/ 4 \ 1,6 / о,о + 0,0 (+9,2 ’
Вблизи углового сечения на более короткой стороне
а" 500 _ 1 /500\ 1 + 0,63 о , 1 а с ( -15,9
V - 'Т70 + ~2 V707T+0.6 “ ± 1 ’ “ \ +23,1 •
В табл. 30 приведены результаты подсчетов по формулам (119)
и (120) для нескольких типоразмеров контейнеров. Там же (в скоб-
141
Таблица 30
Результаты величин концентрации напряжений
Контейнер h, мм R, мм Нормальные напряжения в середине длинной стороны Нормальные напряжения в середине короткой стороны Напряжения в угловом сечении
внешняя поверхность внутренняя поверхность внешняя поверхность внутренняя поверхность
300X500 70 10 21,1 (19,7) -16,8 (-14,7) —2,0 (0,5) 9,2 (6,4) — 59,4
300X500 50 10 40,4 (36,6) —34,4 (-26,9) -6,0 - 16,0 — - 104,0
150X200 40 20 10,4 (10,0) -6,8 (-6,0) 2,9 (2,5) 2,1 (2,1) — 13,0
150X200 30 5 17,8 (15,6) -12,8 (-12,9) 4,0 (5,5) 2,6 (1,2) — 48,5
100X100 50 10 2,0 (2,14) 0 (-0,4) — — — 5,9
юохюо 30 10 4,44 (5,2) -1,1 (-2,1) — — - 10,0
ках) указаны напряжения, полученные для этих же сечений мето-
дом конечных элементов на ЭВМ М=220. Величины напряжений
отнесены к давлению. Анализ результатов машинного счета позво-
ляет сказать, что составные контейнеры можно рассчитывать, как
прямоугольные рамы, используя для расчета метод сил.
На рис. 56—61 приведены эпюры напряжений и смещений внут-
реннего контура нескольких типоразмеров контейнеров, подсчи-
танные методом конечных элементов [44]. Для симметрии рассмат-
ривалась четверть рамы, ее напряженное состояние считалось
плоско-деформированным. Рассматриваемую область разбивали на
.треугольные элементы, причем в зоне входящего угла элементы
были меньших размеров. Пример разбивки показан на рис. 56.
Рис. 56. Картина напряжений.
Расчет перемещений
При расчете контейнера важно знать не только внутренние си-
ловые факторы, но и его жесткость.
143
<\= QOip
6 = Ор2 р
А
б^розр
<5к= 0.03Р
Рис. 57. Картина напряжений.
144
10 Зак, 524
Рис. 58. Картина напряжений.
Рис. 59. Картина напряжений.
Рис. 60. Картина напряжений.
Рис. 61. Картина напряжений.
Выведем формулы для подсчета перемещении в серединах сто-
рон контейнера. Как и прежде, будем рассматривать половину ра-
мы, но момент Xi будем считать уже известным. Построим единич-
ные эпюры изгибающих моментов от единичных сил и от внешних
нагрузок (рис. 62, а, б).
Рис. 62. Единичные эпюры.
Составляем интеграл Мора, дающий перемещение в направле-
нии единичной силы в середине стороны 12.
( 1 1
Е12 \ 4-16 24-4
, /1 я3 1 а3
“ Т + “б
а 1 + ар (3 _ 2а2) '
24 1 +
1 +яр (3 — 2а2) \
149
Я^ (13 + Зар — 2 — бар + 4аэр (
Е1Ъ 1'96 Г+^Р
3-2а2+аР(3 —2а2) —1—аР(3 —2а2)1 Я^ 1
Х 1 + ар J — 24£/2 ' 1 + ар Х
X (у(1 - Зар + 4а3р) + ар (2 - 2а2)} -
«4
24£/2 ‘ 1 + ар( 4" — Т аР + “3Р + 2а₽ — 2ft3?j =
__ 1 + ар (5—4а2)
96£/2 1 + ар
Таким образом,
_ ql4 1+аР(5-4а2)
6,3 “ 96£/2 ' ' 1 + ар
(123)
(123')
Переобозначив стороны /1 и /2 по этой же формуле, можно вы-
числить перемещения на середине стороны Ц.
§ 2. Методика расчета квадратных
и прямоугольных контейнеров
В настоящее время нет оптимальных методов расчетов, позво-
ляющих учитывать концентрацию напряжений в точках сопряже-
ний (стенок контейнера с дном и между собой) в зависимости от
радиуса сопряжения. В связи с этим появилась необходимость
дальнейшего более детального исследования напряженно-деформи-
рованного состояния прямоугольных контейнеров и создания про-
стого, но достаточно точного метода расчета толщины стенок и
радиусов сопряжения. На основании выполненных работ — расчета
нескольких вариантов геометрии контейнеров методом конечных
элементов; исследования концентрации напряжений в объемных
моделях методом фотоупругости; исследования напряженно-де-
формированного состояния методом фотоупругости плоских мо-
делей и расчета контейнеров то расчетной схеме рамы под равно-
мерно распределенной нагрузкой — получен суммарный результат
проведенных исследований, который позволяет определить напря-
жения в любой точке контейнера и, наоборот, по заданному дав-
лению и размерам полиуретановой подушки можно определить
толщину стенок.
Исследование напряженно-деформированного
состояния методом конечных элементов
При исследовании предполагалось, что имеет место плоско-на-
пряженное состояние (влияние крепления болтов к нижней плите
150
штампа считали незначительным). Расчет проводился по специаль-
но составленной программе на ЭВМ М=220.
Получены эпюры напряжений для шести вариантов геометри-
ческих размеров контейнеров. Коэффициенты концентрации на-
пряжений приведены в сводной табл. 31. Эпюры напряжений хоро-
шо согласуются с результатами, полученными методом фотоупру-
гости.
Исследование напряженно-деформированного
состояния методом фотоупругости
Исследования проводились методом «замораживания» напря-
жений на объемных моделях из эпоксидного компаунда. Как и сле-
довало ожидать, наиболее опасными оказались точки 1, 2, 3
(рис. 53), причем концентрация напряжений в точках 1 и 2 при-
мерно в два раза больше, чем в точке 3 при одинаковых радиусах
сопряжений. Это подтверждает возможность применения результа-
тов исследований на плоских моделях к пространственной конст-
рукции контейнера.
Необходимо отметить, что получено хорошее совпадение резуль-
татов экспериментов и расчетов величины коэффициентов концен-
трации и графиков для определения коэффициента напряжений К®.
Исследование напряженно-деформированного
состояния методом фотоупругости
на плоских моделях
Исследования проводились на моделях из эпоксидного ком-
пауанда с помощью установок «Кото»} и КСП-7. Коэффициент кон-
центрации Ко определен как отношение
д- _____________________ ятах _ атах Р
’ «0 °0 ’
где По, по — напряжение и число полос в точке А.
’max,’ «max—напряжение и число полос в точке сопряжения.
Исходя из того, что одна из главных осей тензора напряжений
направлена перпендикулярно
чаем:
(124)
боковой поверхности модели, полу-
(°1-°з)тах. (125)
(®1 — ®з)о v '
моделей (77=16 мм и 77=50 мм)
Результаты исследований
приведены в сводной табл. 31. На основании данных таблицы пост-
роены графики для определения коэффициента напряжений К® :
K,=K^Kt, (126)
где К® — коэффициент концентрации напряжений;
К — коэффициент, определяемый по графику (рис. 65) в зави-
симости от г и h;
151
Таблица 31
Коэффициенты концентрации напряжений
№ п. п. R Г~ li Н h~ К, Метод определения
1 0,1 1 0,5 3,22 Метод конечных элементов
2 0,1 1 0,3 2,11 1»
3 0,1 1 0,32 3,32 Метод фотоупругости
4 0,04 1 0,32 4,45 »
5 0,01 1 0,32 5,8 »
6 0,0333 1,335 0,2 3,18 Метод конечных элементов
7 0,1335 1,335 0,267 1,65 в
8 0,0333 1,67 0,167 2,92 »
9 0,0333 0,167 0,233 3,85 »
Кг — коэффициент, определяемый по графику (рис. 66) в зави-
симости от I.
Расчет контейнеров по схеме рамы
. Если обойма контейнера нагружена равномерным давлением
со стороны полиуретановой подушки, то, по принятой расчетной
схеме нагружения, контейнер находится в условиях плоско-напря-
женного состояния.
152
Рис. 66. График определения коэффициента К’?
Напряжения в серединах сторон определяем из расчета стати-
чески неопределимой рамы, нагруженной равномерным внутрен-
ним давлением [16]. Раскрытие статической неопределимости ве-
дем методом сил, число неизвестных силовых факторов за счет
симметрии уменьшается до одного.
Формулы для определения напряжений в сечениях 1—1 и 2—2
имеют вид:
а(1) _ *2,1/4 V »2 (3 + а₽) - 2 .
q ± 4 \ kj 1 + а₽
(127)
а(2) = /1 Jl_ Ш2. 1 + ар (3 - 2а2)
Q 2йо 4- \ Лз / 1 + af
*
— отношение меньшей стороны контейнера к большей;.
где а=-Л
Z2
отношение толщины стенки меньшей стороны контей-
нера к толщине большей стороны.
Знак ( + ) соответствует наружным волокнам, знак (—) —внут-
ренним.
На основании формул (127) построены графики (рис. 63—64)
для определения величин h\ и й2 (при заданных Л; Z2 и q), удовлет-
воряющих условию равнонапряженности элементов АВ и ВС
(рис. 67).
Наметим, порядок определения толщины стенок (/ц и h2) по
графикам (рис. 63 и 64).
1. Определяем расчетное давление:
153
a
фик; б — увеличенное изображение
верхней части графика а.
где Р — усилие пресса, кг;
ti — высота обоймы контейнера, мм;
Z2— высота полиуретановой подушки, мм;
Ji и /2— длины стенок контейнера, мм.
2. Находим допустимое напряжение [о]:
н=—>
1 1 п ’
где —предел текучести, кг/мм2;
« — коэффициент запаса.
3. Определяем коэффициент р:
р = А-> 1 (Z2 — большая сторона контейнера).
•1
154
Рис. 64. График определения толщины стенки h2.
Рис. 67. Принципиальная схема сборного контейнера.
4. По отношению у* и коэффициенту р из графиков (рис. 63
и 64) находим величины h* и h2.
Если у! >6, то I*определяют из графика (рис. 63,6) увели-
ченное изображение верхней части графика (рис. 63, а).
5. Определяем hi и h2 по формулам:
hi=hi • т и h2 = h2-m,
где т = — масштабный коэффициент.
6. Находим отношение для коэффициента напряжений:
где
п
I el П1 >
«1 — коэффициент запаса ов = 1—1,2.
7. Из графика (рис. 66) по /= -у- определяем Kz и далее
к к’
-к,-
156
8. Из графика (рис. 65) по величине К и h= находим отно-
р 1
сительный радиус — и окончательно R=г • 1\.
Пример. Определить hi; /г2; R для контейнера с размерами
Л = 300 мм; Z2=500 мм; t\ = 70 мм; Z2 = 60 мм при давлении Р=500т,
материал контейнера — сталь 40, у которой ов=68 кг/мм2,
с 3 =36 кг/мм2.
1. Определяем удельное давление, развиваемое в контейнере
Р t2 500 000-60 о ос ,,
q ~ ivi2 ~ зоо-5оо-7о — 2,86 кг!мм .
2.1 Задаемся коэффициентом запаса, то есть определим допу-
стимое [о]:
[а] = -^ = А- — 25 KZ'jMM2
1 J n 1,4 1
3. Определяем отношение сторон р = -j- = = 1,67.
4. По графикам (рис. 63, 64) с интерполяцией по р определяем
А* = 24 и А2 =73.
5. Определяем масштаб коэффициента:
300 о
т ~ ЮО ~ ’
тогда hi = 24 • 3 = 72 мм и /г2 = 73 - 3 = 219 мм.
6. Коэффициент запаса предела прочности ств принимаем 1,4,
тогда
[»в] = уд- = -уд- = 61,8 кг'мм2>
61-8 = 2 48
25 •
К.
7. По графику 4 (рис. 66) в зависимости от -у-=р=1,67 опре-
деляем коэффициент Кг = 1,81
/г-А
К Ki
8. Из графика 3 (рис. 65)
Итак,
= 70 мм,
70 мм.
и далее
2,48
= _r-i.37-^
по К=1,37 и -у- ^-0,5 определяем
= 0,22, откуда далее R = 0,22 • 300 = 66 мм.
принимаем толщину короткой стенки контейнера hi=
длиной — 220 мм, радиус сопряжения стенок £=60—
§ 3. Напряженно-деформированное состояние
полиуретановых подушек под действием усилий,
возникающих при выполнении листоштамповочных операций
Конструкция оснастки должна обеспечить максимальную стой-
кость полиуретановой подушки, наилучшие условия деформации
157
заготовки, минимальную энергоемкость процесса. Решение этих
задач возможно только при выявлении картины напряженно-де-
формированного состояния (НДС) полиуретановых подушек, при
определении которого можно разработать оптимальные конструк-
ции и размеры подушек и рекомендовать их в производство;
Для этого воспользуемся работой ;[18], где НДС решено мето-
дом фотоупругости на плоских моделях. При этом использовалась
оптическая активность полиуретана.
Сравним НДС с оптимальным ходом пуансона, рассчитанным
в работе [2]. Для исследования напряженно-деформированного»
Рис. 68. Напряженно-деформи-
рованное состояние полиурета-
новой модели монолитной по-
душки при полном внедрении
пуансона высотой 12,5 мм и
шириной 31,5 мм: а — картина»
изохром нагруженной модели;
б — эпюры разностей О]—а?
главных напряжений, постро-
енные для данного случая на-
груженной модели; в — карти-
на остаточных изохром после
снятия нагрузки.
158
состояния монолитных подушек были изготовлены прямоугольные:
и цилиндрические полиуретановые подушки, в которые внедрялись
пуансоны на разную высоту. Картина изохром фиксировалась при
различном внедрении по глубине гибочных и вырубных пуансонов
от 3 до 18 мм. Неполное внедрение пуансона соответствовало гибке
в открытом объеме, полное внедрение (когда полиуретан занимал
все свободные объемы) в штамповке в замкнутом объеме.
На рис. 68 приведены картина изохром [18] при полном внедре-
нии 12,5 мм пуансона шириной 31,5 мм и соответствующие этой
картине эпюры разностей, сп — а2 главных напряжений. Аналогич-
ную картину изохром можно наблюдать при внедрении кольцевого*
пуансона (рис. 40).
Рис. 69. а — картина изохром в полиуретановой модели шестислойной
подушки при полном внедрении в нее пуансона высотой 12,5 мм и шири-
ной 31,5 мм. Точки и цифры при них показывают места измерения и зна-
чения разности О]—Ог; б— зависимость разности <Ti—главных напряже-
ний в полиуретановой модели монолитной подушки от глубины h внедре-
ния: 1 — одного пуансона высотой 12,5 мм и шириной 31,5; 2 — двух пуан-
сонов высотой 12,5 мм и шириной 37 мм каждый, отстоящих друг от друга-
и от стенок контейнера на 10 мм; 3 — четырех пуансонов высотой 12,5 мм
и шириной 8. мм каждый, отстоящих друг от друга на 14,5 мм; 4 — пуан-
сонов шириной 31,5 мм и высотой 5 мм; 7 и 12,5 мм (полное внедрение от-
дельно каждого).
15»
Рост наибольших значений разности щ— о2 при увеличении
глубины внедрения пуансона в модель подушки характеризуется
кривыми, приведенными на рис. 69, а. Характер эпюр сп — о2 при
различной глубине внедрения одинаков, за исключением участка
свободного контура, где максимум Oi — смещается к стенке кон-
тейнера. Поэтому увеличение нагрузки на пуансон после полного
его облегания (гибка в закрытом объеме) полиуретаном не изме-
няет картины изохром, так как разность си — 02 не реагирует на
всестороннее сжатие.
Таким образом, полученными графиками (рис. 69, а) можно
пользоваться при выборе высоты полиуретановой подушки задан-
ной высоты и определении наибольших значений oi — 02 в реаль-
ных подушках, работающих на любое давление.
В работе [19] автор рекомендует использовать сборные поли-
уретановые подушки, как наиболее оптимальный вариант с точки
зрения их долговечности. Данные работы [18] подтверждают эту
рекомендацию исследованием модели шестислойной подушки из
полиуретана марки С.КУ-7Л. На рис. 69, б представлен участок мо-
дели подушки с нанесенной на нем характерной картиной изохром
и указанием наибольшей разности си — си, возникающей на верхней
и нижней поверхностях каждого слоя.
Анализ этих данных позволяет сделать вывод о наличии взаим-
ного проскальзывания слоев полиуретана в местах наибольшей де-
формации. Об этом свидетельствуют расхождения наибольших
значений разности си — о2 в листах контакта этих слоев.
В настоящее время проведены работы по наличию проскальзы-
вания относительно поверхности слоев полиуретана. Работа про-
водилась при вытяжке деталей цилиндрической и сферической
форм составными кольцевыми полиуретановыми пуансонами
(рис. 70). Между полиуретановыми кольцевыми пуансонами для
определения смещения поверхностных слоев полиуретана была
проложена папиросная бумага с нанесенной на ней миллиметро-
вой сеткой. В момент деформации полиуретановых колец пуансо-
нов (при вытяжке) папиросная бумага начинает растягиваться
и рваться, то есть получается смещение поверхностных слоев поли-
уретановых колец; и чем большее поверхностное смещение полу-
чают кольца, тем на большую величину разрывается бумага.
Учитывая, что после некоторого числа нагружений слои поли-
уретана можно поменять местами, долговечность многослойной
подушки выше, чем монолитной, несмотря на одинаковый уровень
максимальных напряжений.
Для выявления оптимального внедрения пуансона методом
(исследования напряженно-деформированного состояния полиуре*-
тановых подушек) фотоупругости выполним расчет оптимальной
глубины внедрения пуансона в полиуретановую матрицу [2]. Мо-
мент внутренних сил при пластическом изгибе с упрочнением
можно вычислить по формуле!
Мвн= UZ(l,5 + sB)oB кг-мм.
160
Рис. 70. Схема вытяжки многослойным кольцевым полиуретаном:
J — контейнер; 2 — полиуретановые кольца — пуансоны; 3 — папиросная
бумага в момент деформации; 4— заформованная деталь; 5 — матрица;
6 — папиросная бумага до деформации.
В данную формулу, позволяющую определить момент внутрен-
них сил, не входит соотношение радиуса гибки и толщины заго-
товки. Это означает, что для приближенного расчета может быть
использована формула работы
• А - 7Ивн-ф кг-мм,
(128)
где ср — угол, на который деформируется заготовка, град.
Работа деформации полиуретановой матрицы может быть вы-
числена следующим образом (рис. 71).
Величину реакции Рх на расстоянии х от кромки штампа примем
пропорциональной жесткости матрицы К и величине деформации.
Рис. 71. Схематическое изображение деформации полиуретана
при гибке.
П Зак. 524
161
Величину К определяем для конкретных соотношений размеров
и форм пуансона и полиуретановой матрицы, а также для кон-
кретной марки полиуретана опытным путем:
Рх = К-у. (129)
При изменении величины реакции от 0 до Рх работа этой силы,
действующей на элементарной площадке 1 • dx, будет
d-аХ = Рх-1 • dX-^- = К Ц- dX =
K-dY2—
—~-X2dX.
(130)
Тогда работа деформации поверхности упругого основания по
всему сечению участка шириной в 1 мм АОВ может быть найдена
из выражения
ats~T
Л = 2 J X-ctg^X^dX = ^ftg^. (131)
о
Пренебрегая работой сил трения, приравниваем работу упругих
деформаций основания работе внутренних сил при изгибе заго-
товки:
А = Ад.
(132)
Тогда, решая это соотношение относительно глубины внедрения
пуансона а, получим
(4,5 + 3eB) 17-»B(n-a)ctq-±-
а3 =-------=-----*------------- , (133)
B’S2 1’S2
где W=—g— =—— —момент сопротивления для прямоуголь-
ного сечения, мм3;
S—толщина заготовки, мм.
Подставив значение W в формулу (133), получим:
(1,5 + ев)(л —a) aB-S2-ctq-l-
а3 =------------------------2— . (134)
Для материалов, у которых соотношение предела текучести к
пределу прочности значительно отличается от соотношения стт =
0,6ов, формула (134) может быть записана:
//^(Ьб + евХя —a)oB-Srctq-l-
а = V -------------. (135)
В зависимости от глубины а внедрения пуансона в полиурета-
новую подушку возникают и различные усилия, влияющие на на-
пряженно-деформированное состояние подушки и на энергетиче-
скую сторону процесса.
162
На рис. 72 приведены кривые усилия внедрения пуансона в упру-
гую матрицу при У-образной гибке. Как видно из графика, опти-
мальная глубина внедрения пуансона равна 12 мм. На этой глуби-
не процесс формовки деталей заканчивается и энергетические зат-
раты, связанные с дальнейшим ходом пуансона, идут только на
Рис. 72. Характер измене-
нения нагрузки на пуансон
в зависимости от его хода
при V-образной гибке дета-
лей с углом а=90° из поло-
сы шириной 40 мм и тол-
щиной 2 мм на полиуретане
СКУ-7 Л: 1 — окончание
формоизменения детали;
2 — опрессовка без измене-
ния формы детали.
Ход пуансона, мм
деформацию упругой матрицы. Следует отметить, что энергетиче-
ские затраты, связанные с ходом пуансона за пределами оптималь-
ной глубины, не только бесполезны (под их влиянием практически
не происходит какого-либо формоизменения заготовки), но и вред-
ны. По мере усиления формоизменения упругой матрицы ее стой-
кость под действием этой энергии значительно падает.
Энергетическую сторону процесса гибки можно проследить по
графику (рис. 72). При оптимальном ходе пуансона (12 мм) вели-
чина потерь на упругое деформирование (пл. А) составляет около
половины (48%) полезной работы (пл. В), затраченной на гибку
заготовки, то есть энергоемкость процесса приблизительно в 1,5 ра-
за выше, чем при гибке в жестких штампах. При увеличении же
хода пуансона (20 мм) на 50%, по сравнению с оптимальным, эти
потери 'будут составлять уже около 230% (пл. А+пл. С), а энерго-
емкость процесса гибки на упругой матрице в 3,3 раза выше, чем
при гибке в жестких штампах.
Стойкость упругой матрицы обратно пропорциональна энергии
ее формоизменения. Отсюда следует, что при увеличении хода
пуансона на 50%, по сравнению с оптимальным, она (стойкость)
снизится почти в четыре раза.
11*
163
Таким образом, при отработке процесса гибки деталей на эла-
стичных матрицах (а это относится ко всем операциям листовой
штамповки на полиуретане) очень важно правильно определить (и
проконтролировать) ход пуансона для различных соотношений
физико-механических свойств, размеров и форм элементов системы
(упругая матрица — заготовка — пуансон).
§ 4. Расчет полиуретановых буферов
Расчет цилиндрических полиуретановых
буферов с центральным отверстием
Высокие физико-механические свойства отечественных полиуре-
танов позволили применять их в качестве пружин и буферов в
штампах, заменив стальные пружины и обеспечив тем самым высо-
кое качество и безаварийность в работе штампов. Полиуретановые
пружины и буфера (рис. 73) имеют высокий срок службы (по дан-
ным эксплуатации на отечественных предприятиях до 170 000—
180000 циклов).
Рис. 73. Конструкции полиуретановых буферов.
Практика эксплуатации полиуретановых буферов позволяет
рекомендовать их во многих конструкциях штампов, где требуется
большой коэффициент жесткости. Однако широкому внедрению
полиуретановых буферов в конструкциях штампов и прессов меша-
ет отсутствие методики их расчета. Автор на основании вариацион-
ного метода расчета [20] дает достаточно доступный расчет буфе-
ров для технологов и конструкторов.
164
Схема трения. Граничные условия
Скольжение по торцовым поверхностям буфера отсутствует.
Переходом материала с боковой поверхности на торцовую прене-
брегаем. Перемещение материала происходит в обе стороны от не-
которого пока неизвестного радиуса 7?к (рис. 74). Образующие ци-
D ________________________________________ D
линдра становятся параболическими. При—<0,5 может про-
изойти потеря устойчивости, то есть перемещение всех частиц поли-
уретанового кольца наружу.
Таким образом, имеем следующие граничные условия:
= 0; Urli=±h\ 4z!z=h= Ah,
где ur, u.f uz— компоненты перемещений.
Выбор подходящих функций (рис. 75).
Функцию «г, (на I участке) задаем в виде:
= (136)
165
Рис. 75. Графическое изображение подходящих функций.
Это удовлетворяет условию примечания:
Иг/?=л = 0, (137)
где А =-у-.
Для участка I из условия постоянства объема (равенства сме-
щенных объемов) изменение Д/i найдем:
2it It
ДЛл (г2 — Л?2) = j Ja (1 —%-] rd<?dz, (138)
о о '
решая
* „
/ л \
Д/гтг (г2 — /?к) = I h — J dz 1 ;
4 о 7
ДАтс (Г2 — /?к) = 21Г^! • г (h — ;
ДЛя (г2 — /?к) = 2^! • г • h.
Вычислим
□ о f \
^1= -ге(/'2-7?к)г=те-г(1--^)’ <139)
166
где
Дй
S — h "
Путем подстановки в формулу (136) получим:
/ г>2 \ / \
(140)
Определим компоненты деформаций:
_ дш± = 3 Л _«2_\
г‘ dr 4 V + г2 Д1 й2/ , .
2 , . (141)
UZ-J 3 Л 22 \
е^ = — =Тек1--7гД1-^ J
Из условия несжимаемости полиуретана находим:
^ = -(^ + вп), (142)
тогда
<143>
тт даг'
Интегрируя уравнение ег, = находим
duzi , 2 / 22 \
~dz = ЗД1 йД ’
3 (* / г’\ , 3 / 1 23 \
= 2“е J (1 fta") + С = 2"6 (г Г С’
постоянную С определим из условия U2jz=o—V,
тогда С=0 и, окончательно,
y„=-4«(i-4-4). (ж»
Дополнительно необходимо определить деформацию сдвига:
—-Г ^ (>-$)• <145>
Интенсивность деформации сдвига для I участка определяется:
г= /4 /(•--/+(•- - • +-г«г++iw •
(146)
В нашем случае:
е2 = - (ег + %);
Тпр = 7<рг = 0, (147)
тогда ____________________
/7='4]Л е2+ег.е, + е2_|__1_т2г. (148)
После подстановки уравнений (141, 143, 145) в формулу (148)
167
получим:
/з \2Г/
Посредством преобразования получим для I участка:
Г; = Т'г[(1'-<)(з+^)+4-^(1(149)
Для II участка (течение внутрь) компонента перемещений
иГз будет:
' иГг — а2 И ^-1
по аналогии с I участком:
ДАл (/?’ - г2) = J J (- а2) (1 - У rd<fdz-,
0 0 х 7
а2 — 4~ег (72 I ) — ai ,
тогда
(150)
(151)
(152)
(153)
Компоненты деформаций:
Подставляя ега в уравнение ег, = и определяя постоянную
интегрирования из условия «х2/г=о = 0,. получаем:
= <154>
Деформация сдвига у равна:
(155)
168
Анализируя формулы (141, 143, 145 и 153, 155), приходим к вы-
воду, что Г2= Л (см. формулу 149).
Определение (радиус критической поверхности). Для опре-
деления радиуса критической поверхности RK воспользуемся прин-
ципом минимума полной энергии. Вариационное уравнение Лаг-
ранжа для нашего случая примет вид [20]:
дД дА2
dRK "Г dRK
(156)
где Ai и Л2— работа внутренних сил соответственно на I и II уча-
стках.
Известно [21], что работа внутренних сил определяется:
Л”=Ш $Т(Г)дГ dv.
л Lo
v о
Для случая упругости:
T=.G-r,
(157)
(158)
тогда
ABH=4JJJr2^ (159)
ИЛИ Ai = f
И,
А2=О J J (160)
&
Уравнение (156) примет вид
, 2>t h R h Rt
Ш *+ж- Ш rirdrd'f -d*=°-
0 0 RK 0 0 RB
(161)
После подстановки (149) в (160) и последующего интегрирова-
ния и проведения преобразований получаем:
Ai — 8 e2Grc/?2A |J5 (з 2 Ri j +
3 h? [4 R?'R?\l R/J] •
Л, - 4 .’&Й h Й (-3+2§. + * ) +
4 Rl Г 1 Л Як з\Ц
+4tH-4+^+4^-4>
(162)
(163)
169
После подстановки выражения (162) в уравнение (161) и реше-
ния последнего относительно получим:
л*
(164)
Таким образом, формула (164) определяет радиус критической
поверхности.
Определение удельного давления
Удельное давление q определим из условия равенства работы
внешних сил работе деформирования:
д —4 •^внеш — внутр • (165)
^внеш = Р * Ml . (166)
•^внутр = -^1 Ч- ^2 • (167)
Уравнение (166) можно записать в виде: ДВнеш = Я • 5 • Ал 1 (168)
Лнеш = Я-* (R2 — Яв) Ml I '
Тогда после подстановки (168) и (167) в (165) получим q = 4~ -4г (169)
4 —Т?2)ДЛ ’ Выражения (162, 163) преобразуем: Аг =уе2£к/?2Л-Л1 (
Л2 = ^EKR2Bh-A2 (170)
где Ai и А2 — выражение в фигурных скобках (162,163).
~ Л 1
Тогда, учитывая, что = —, получим
9 + Rg-Az q = я 8 R2 - R2b (171)
или q = K-G-г. (172)
Величина К • G характеризует соотношение между удельным
давлением на буфер и относительным изменением его высоты 8.
170
_ — Rl --
2 &Аг + r2ba2 = 2
8 f?-rI 8 «2
~R*
((з_2^-^ + ±^[1-^ + ^(£-1п^В
18 К R2 R*l 3IPL4 Rs R*\4 rJI)
f (3-2 + ± [1 - + (A _ ln )]}
l\ R2 d4 1 3 ft! L4 R- p4 \4 R )\>
r'B
Величина К зависит только от относительных геометрических
а д. ^?в R I /?к *К
размеров буфера -ft и -г- (величины -£- и зависят от них же.
i\ ft t\ /\в
см. формулу 164).
Таким образом, зная величину К, можно определить удельное
давление, создаваемое буфером при деформации е и, наоборот, по
удельному давлению q — найти деформацию.
На основании формул (164) и (173) на ЭВМ «МИР-1» были
вычислены значения коэффициента К в зависимости от относитель-
D D
ных размеров буфера и -у и построены графики (рис. 76)
для определения величины К.
р р
Следует отметить, что для всех и величина К>1, что
' г\ п.
связано с трением по торцам буфера.
Устойчивость буфера
р____ р
Если соотношение геометрических размеров буферов —- <
<0,5, происходит потеря устойчивости, то есть внутренние слои
буфера перемещаются не к центру, а от центра. Работа буфера
в таких условиях нежелательна, так как приводит к разрушению
последнего, а остаточную деформацию восстановить невозможно.
На графике (рис. 76) зона потери устойчивости заштрихована
ниже линии потери устойчивости.
Критерием перехода в неустойчивое состояние можно считать,
например, величину Аг. Если А г <0, происходит потеря устойчи-
вости. В табл. 32, полученной на ЭВМ, это явление отмечено сим-
волом «ПОТ. УСТ.» (потеря устойчивости), а на графике — зоной
штриховки ниже линии потери устойчивости.
171
Рис. 76. График определения коэффициента К в зависимости от
отношения /г •
Х4нар
Таблица 32
Сводная ведомость значений, полученных на ЭВМ
Показатель Номер опыта
27 28 26
Модуль упругости Е, кгс/см2 90 72 70
ОстатоЬно.е сжатие, % 1,8 1,4 1,1
Падение напряжения при установившихся цик- лах относительно первоначального, % . . . . 35 30 20
Гистерезисные потери, % 30 22 18
Твердость по ТМ-2 70 63 62
Практические данные силовых
характеристик кольцевых буферов
Для определения физико-механических свойств и упругих ха-
рактеристик полиуретановых буферов были изготовлены образцы
из полиуретана марки СКУ-7Л со следующими характеристиками:
предел прочности при разрыве, кгс/см2 — 590;
относительное удлинение, % — 630;
остаточное удлинение, % — 2—4
твердость по ТМ-2
образец № 1 54 единицы;
« № 2 60 » ;
« № 3 ' 54 »
Все образцы были подвергнуты двухнедельной выдержке. Пос-
ле этого твердость составила:
образец № 1—62 единицы по ТМ-2;
« №2 — 73 « « ;
« № 3 — 63 « » ;
то есть после выдержки произошло увеличение твердости на
6—10 единиц. Разброса твердости в каждом из опытов не обнару-
жено.
Определение упругих показателей производилось по силовым
характеристикам сжатия, снятым при автоматической записи на
ПДС-021М от датчиков усилий и перемещений, диапазон измере-
ния которых равен диапазону изменения замеряемых параметров.
Нагружение производилось со скоростью 20 мм/мин, максималь-
ное сжатие образцов — до 8 = 20%. На графике (рис. 77) представ-
лены кривые сжатия материала образца № 2 при многократном
нагружении.
Из графика (рис. 77) следует, что падение напряжения при
установившихся циклах относительно первоначального составляет
«35%. Остаточное сжатие равно 1,8%, гистерезисные потери —
173
30%. Материал образца обладает сравнительно высокой жестко-
стью (модуль упругости Е=90 кгс/см2). После двухминутной вы-
держки при постоянном напряжении о=const последующие циклы
сжатия достаточно стабильны.
Рис. 77. Силовая характеристика образца
№ 2 твердостью 70 ед.
(----------при 1-м нагружении;
-------при последующих циклах).
Образец № 3 имеет меньшую жесткость (72 кгс/см2). Падение
кривых сжатий составляет 30% (рис. 78). Остаточное сжатие рав-
но 1,4%, гистерезисные потери 22%. Зависимость напряжения от
деформаций практически линейная на всем участке сжатия.
На графике (рис. 79) представлены кривые сжатия образца
№ 1, из рассмотрения которых следует, что данный материал обла-
дает повышенными упругими показателями:
относительное сжатие 7°
Рис. 78. Силовые характеристики
образца № 3 твердостью 63 ед.
174
меньшим остаточным сжатием «1,1 %;
меньшими, чем у материалов предыдущих опытов, гистерезис-
ными потерями «18%;
падение напряжения при установившихся циклах относитель-
но первоначального составляет 20%.
Рис. 79. Силовые характеристики об-
разца № 1 твердостью 62 ед.
Основные данные, полученные при испытаниях материала
СКУ-7Л, представлены в табл. 32, из которой следует, что с умень-
шением твердости (модуля упругости Е) происходит повышение
упругих показателей. Так, при понижении твердости с 70 (образец
№ 2) до 62 единиц (образец № 1) остаточное сжатие уменьшилось
на 50%. Одновременно уменьшились гистерезисные потери и паде-
ние напряжения при установившихся циклах относительно перво-
начальных.
доемя (счтки)
Рис. 80. Кривые ползучести:
резины; - - - - литьевого поли-
уретана.
- Сравнительно высокая жесткость получаемых материалов и
возможности понижения ее (ib два раза) указывают на большой
резерв повышения упругих характеристик литьевого полиуретана
СКУ-7Л.
175
Исследование ползучести литьевого полиуретана СКУ-7Л при
напряжении в образце, равном 7 кгс/см2, проводилось при дефор-
мации е=12%. Затем через определенные интервалы времени
производился замер ползучести образцов с помощью индикатора
перемещений с ценой деления 0,01 мм.
На графике (рис. 80) представлены кривые ползучести аморти-
зационной резины ИРП-1379-1 и литьевого полиуретана СКУ-7Л,
построенные по результатам испытаний в одинаковых условиях. Из
анализа графика ползучести (рис. 80) следует, что ползучесть ли-
тьевого полиуретана СКУ-7Л не выше ползучести резины.
Приведенные данные по физико-механическим показателям
литьевого'полиуретана СКУ-7Л показывают, что данный материал
обладает достаточно высокими прочностными показателями и
сравнительно высокой жесткостью (модуль упругости Е = 70—
90 кгс/см2). Установлено, что с уменьшением твердости происходит
значительное улучшение упругих показателей: уменьшение оста-
точного сжатия, гистерезисных потерь и падения напряжения при
установившихся циклах относительно первоначального цикла на-
гружения.
Усилия, развиваемые полиуретановыми подушками. Полиуре-
тановые подушки применяют цилиндрические цельные и прямо-
угольные. Усилие, создаваемое полиуретановыми подушками
(рис. 81), зависит от ее размеров, величины деформации (сжатия)
е и модуля упругости Е марки полиуретана.
Рис. 81. Формы полиуретановых буферов.
Характеристикой напряженного состояния полиуретановых бу-
феров при деформации последних служит коэффициент формы по-
душки Кф и модуль Е упругости материала.
Коэффициент формы Кф определяется отношением опорной
площади к общей боковой поверхности.
Для .цилиндрической формы буферов
/Сф = ^, (174)
где.d — диаметр полиуретанового цилиндра, мм;
Н — высота цилиндра, мм.
Для прямоугольных полиуретановых буферов
= <175)
176
где I — длина блока, мм;
b — ширина блока, мм;
h — высота блока, мм.
На рис. 31 приведен график удельных давлений, развиваемых
полиуретановыми подушками с соответствующим коэффициентом
формы в зависимости от деформации.
Усилие, развиваемое буферами, зависит от твердости полиуре-
тана, его осадки и коэффициента формы полиуретанового буфера.
Из графика (рис. 31), видно, что чем выше твердость полиурета-
нового буфера и больше коэффициент формы Кф, тем большая на-
грузка требуется для сжатия буфера одной и той же опорной пло-
щади.
Если в какой-то конкретной конструкции штампа (буфера) не
достигается нужного сжатия, необходимо уменьшить коэффициент
формы увеличением толщины блока. Если деформация е больше
необходимого (буфер получает нежелательно большое перемеще-
ние) , то следует увеличить коэффициент формы, уменьшая боковую
поверхность, или заменить полиуретан меньшей твердости на
большую.
На основании экспериментальных работ и опыта промышлен-
ного внедрения можно утверждать, что полиуретановые буфера
необходимо применять во всех штампах, где требуется большой
коэффициент жесткости.
12 Зак. 524
Глава V
ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ
И ХАРАКТЕРНЫЕ СХЕМЫ ШТАМПОВКИ
§ 1. Типовые конструкции штампов
для изготовления характерных деталей
и описание применяемых
при штамповке схем
Таблица 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штампы вырубные, проколочные и обрезные
Штамп с контейнером круглого сечения с нижним расположением
полиуретана для вырубки и проколки деталей простой формы из
штучной заготовки.S не более 2,5 мм.
Штамп с контейнером круглого сечения с верхним расположением
полиуретана для вырубки и проколки деталей простой формы из
штучной заготовки.
178
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
С=0.8-1.5
Штамп с квадратными и прямоугольными контейнерами с нижним рас-
положением полиуретана для вырезки и проколки деталей из штучной
заготовки и копиры-пуансоны: а — копир-пуансон простой формы; б —
копир-пуансон с периферийным шаблоном для материалов, труднопод-
дающихся изготовлению; в — копир-пуансон с прижимом по всей поверх-
ности детали, для деталей сложной конфигурации, имеющей малые пере-
мычки и отверстия малого диаметра.
12*
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Ь
00,8-1.5
Штамп с квадратными и прямоугольными контейнерами с верхним
расположением полиуретана.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Копир-пуансон с выталкивателями отходов предназначен для
вырубки деталей по контуру и проколки отверстий:
а — деталь; б — копир-пуансон.
6.
Копир-пуансон с выталкивателями отходов предназначен для
проколки отверстий в деталях изогнутой в пространстве
формы: а — деталь; б — копир.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Пакет для проколки отверстий в детали пространственной
формы: а — деталь с отверстиями; б—пакет.
»• д-д
J д
Копир-пуансон для одновременной вырубки детали и проколки от-
верстий; а — деталь; б — к*опир-пуансон.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки.
Копир-пуансон с канавками для получения ребер жест-
кости в детали одновременно с ее вырубкой и прокол-
кой: а — деталь; б — копир-пуансон.
а
Копиры-пуансоны для проколди отверстий и одновремен-
ной вырубки с проколкой: а — для проколки отверстия
с фиксацией отхода на конусном выталкивателе; б — вы-
рубка с рифленым кольцом под отходом.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
И.
Штамп универсальный с матрицами-вкладышами для
проколки отверстий различной конфигурации: а — уни-
версальный пуансон для проколки отверстий в мате-
риалах толщиной до 1 мм; б — в материалах толщиной
свыше 1 мм; в — деталь с отверстиями различной
конфигурации.
12.
6
Пакет для отрезки деталей из полосы:
а — детали в полосе; б — пакет.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Пакет для надрезки, операция, при которой происходит
частичное отделение’материала по незамкнутому контуру
(жалюзи, полузакрытые отверстия, выступы и упоры):
а — деталь; б—пакет.
Пакет для обрезки детали на размер по высоте:
а — деталь; б — пакет.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Пакет для обрезки припуска детали по контуру фланца:
а — деталь; б—пакет.
16.
Дыропробивной переносный универсальный узел для пробивки
отверстий в крупногабаритных деталях.
Продолжение таблицы 33
Эскизы, типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Дыропробивной универсальный пуансон для пробивки отверстий
в объемных деталях (цилиндры, конусы, полушария и им подобные)
Ручной универсальный дыропробивной инструмент
ударного действия.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Блок для пакета № 15 и подобных
ему для обрезки деталей по’контуру
фланца.
Блок для пакета № 14 и подобных
ему для обрезки припуска по высо-
те детали.
21.
Блок универсальный для вырубки деталей из полосы, при-
меняется со сменными пакетами.
П р о д о л.-ж е и и е таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
материал. алюминий А5-М
Пакет сменный, предназначен для вырубки деталей из полосы (Для трех шайб),
применяется с блоком № 21.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
23.
II. Штампы гибочные
Штамп гибочный с открытым объемом для гибки деталей толщиной
до 2 мм.
24.
(на колонках)
ДА
Штамп гибочный с закрытым объемом для гибки деталей толщиной до 4 мм.
Штамп гибочный для гибки деталей типа „Лира".
Продолжение таблицы 33
26.
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп предварительной гибки круглых деталей толщиной до 2,5 мм.
Штамп окончательной гибки круглых деталей.
Продолжение таблицы 33
192
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп универсальный гибочный с открытым объемом, пред-
назначен для гибки деталей толщиной до 2 мм.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
29.
III. Штампы вытяжные
д-д
Штамп для вытяжки деталей эластичным пуансоном по жесткой матрице.
Штамп для вытяжки деталей эластичной матрицей по жесткому
пуансону.
13 Зак. 524
Про дол ж е н и е таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для вытяжки деталей эластичным пуансоном из-под металлического
прижима.
32.
Штамп первого перехода для вытяжки цилиндрических деталей
со сферическим дном или полусфер по реверсивной схеме.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп второго перехода для вытяжки цилиндрических деталей со
сферическим дном или полусфер (вытяжка с предварительно набран-
ным материалом).
Штамп окончательной вытяжки с калибровкой для цилиндрических
деталей со сферическим дном или полусфер (выворот дна и
калибровка).
13*
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки.
35.
Штамп универсальный для вытяжки деталей типа колпачков.
Штамп для вытяжки деталей второго и последующего пере-
ходов, а также для вытяжки ступенчатых деталей.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для вытяжки деталей
второго и последующего пе-
реходов из щелевого прижима.
IV. Штампы для раздачи и обжима.
38.
Штамп для раздачи тонкостенных изделий из материала толщиной до 3 мм.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп универсальный для штамповки поперечно-гофрированных
оболочек.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для раздачи деталей, у которых Н > 3d.
42.
Штамп универсальный для раздачи переходников.
43.
Итамп для обжима ци-
линдрических деталей.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
44.
Штамп универсальный для раздачи деталей.
45.
V. Штампы формовочные
Штамп универсальны^ формовочный.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп универсальный формовочный.
Штамп для калибровки шпангоута после предварительной формовки.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для формовки крупногабаритных деталей с не-
значительной бортовкой или гибкой и обрезкой кромок
по высоте.
49. VI. Штампы отбортовочные
д-д
Штамп для отбортовки отверстия в деталях малых габаритов эластич-
ным пуансоном по жесткой матрице.
Продолжение таблицы 33
50.
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для отбортовки с вывертом края детали по жесткому пуансону
эластичной матрицей.
Штамп для отбортовки детали по внутреннему и наружному контурам.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
52.
Штамп универсальный для отбортовки отверстий различной конфигурации
в крупногабаритных деталях. Толщина материала до 2 мм.
Штамп для отбортовки отверстий в сферических днищах и полусферах.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
VII. Штампы комбинированные
Штамп последовательного действия (проколка, отрезка, гибка)
для деталей из материала толщиной до 2 мм.
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для надрезки и формовки жалюзей и гибки детали.
56.
Штамп-блок универ-
сальный для вырубки
и вытяжки невысоких
деталей. Применяется
со сменными пакета-
ми.
Продолжение таблицы 33
57.
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Пакет к штампу № 56 для вырубки и вытяжки деталей из материала
толщиной до 2 мм.
Штамп для вырубки и формовки детали из материала
толщиной до 2 мм.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
59.
Штамп для вырубки,
гибки и формовки дета-
лей декоративного наз-
начения.
Штамп для вырубки и про-
колки деталей из полосы ма-
териала толщиной до 1 мм.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп ленточный для вырубки деталей из неметаллических материалов.
С>‘2.
Штамп ножевой для вырубки деталей из неметаллических, материалов.
М Зак. 524
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
Штамп для ссаживания концов труб.
64.
Штамп универсальный гибочный для
гибки длинных деталей на
кромкогибочном прессе.
Продолжение таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
65.
Приспособление для созда-
ния двойного действия у
прессов простого действия.
66.
14*
Окончание таблицы 33
Эскизы типовой конструкции и штампуемой детали,
схема штамповки и назначение штамповой оснастки
68.
Штамп для проколки отверстий в гнутых деталях (одновременно всех).
Штамп для проколки отверстий в предварительно вытянутых или
цилиндрических деталях.
§ 2. Построение конструкции
Нельзя рассматривать конструкцию штампа как нечто оторван-
ное от технологии и оборудования [23]. Проектирование штампа
должно быть согласовано с разработанной технологией, объеди-
нять мысли технолога и конструктора в наиравлении выполнения
выбранной штамповочной операции для изготовления детали. Кон-
струкция штампа должна обеспечивать заданную производитель-
ность труда и высокое качество штампуемой детали. Эти требова-
ния и определяют сложность и стоимость конструкции. Основная
задача конструктора — стремление к постоянному удешевлению
стоимости конструкции как в затратах инженерного труда, так
и в изготовлении ее в металле. Поэтому проектирование штампо-
вой оснастки должно предусматривать малую металлоемкость, уп-
рощенность в изготовлении (и эксплуатации) и ремонте, макси-
мальное использование нормализованных и стандартизованных
деталей и узлов.
Ввиду специфичной работы штамповочного оборудования, оп-
ределяемой возвратно-поступательным движением ползуна пресса,
а также из-за того, что руки работающего периодически находятся
в зоне непосредственного воздействия штампа, профессия штам-
повщика является одной из опасных в машиностроении и связана
с относительно большим процентом травматизма. Это, в свою оче-
редь, налагает особые требования к конструкции в части обеспече-
ния условий безопасности.
При проектировании штампов необходимо соблюдать следую-
щие основные условия: во-первых, исключать возможность нахож-
дения рук работающего в межштамповом пространстве во время
движения ползуна; во-вторых, при подаче заготовок в штамп и
удалении деталей и отходов опасная зона должна быть ограждена
и недоступна для рук.
Удобства и безопасность необходимы и для изготовителей,
транспортников и наладчиков штампов.
По условиям техники безопасности вес деталей, поднимаемый
рабочим вручную, не должен превышать 25 кг, поэтому при проек-
тировании штамповой оснастки следует предусматривать возмож-
ность транспортировки штампа в целом и его отдельных узлов
с учетом использования внутрицеховых и межцеховых транспорт-
ных средств.
Важными требованиями к конструкции штамповой оснастки
являются: обеспечение технологичности ее сборки, восстановления
рабочих частей в процессе эксплуатации, правильная привязка к
определенному типу оборудования в зависимости от его конструк-
ции и усилия.
Немаловажным является и внешний вид штамповой оснастки,
она должна гармонично вписываться в конструкцию пресса или
прессовой поточной линии, то есть должна отвечать требованиям
технической эстетики.
213
§ 3. Основные конструктивные требования
к штампам и технологичность изготовления
деталей штампов
В конструкциях разделительных штампов (рис. 82) необходимо
предусматривать заходный конус в рабочем окне контейнера под
углом а. Этот угол необходим для захода плоского бойка в рабо-
чее окно контейнера. Величина угла а должна быть в пределах
3—5° на глубину 5—8 мм. Высота hn перепада высот между высо-
той окна контейнера и полиуретановой подушкой должна соответ-
ствовать
Лп = 1,2(А + S + 5) , (176)
где h — высота копира-пуансона, мм;
S — толщина материала вырубаемой детали, мм.
Следует особое значение придавать зазору г между плоским
бойком и стенками контейнера в положении, когда плоский боек
находится в контейнере. Величина зазора z должна быть в пре-
делах:
Z = , (177)
где q— величина давления, развиваемая в данном контейнере.
Если не учитывать величину зазора в пределах, указанных в
формуле (177), и если она будет резко отличаться от этого усло-
вия в большую сторону, то трудно достигнуть соответствующего
давления в контейнере, так как полиуретан потечет в зазор между
бойком и стенками контейнера; резко снизится стойкость полиуре-
тановой подушки, ибо полиуретан, затекая в щель между плоским
бойком и стенками контейнера, будет иметь слишком большую
локальную деформацию, которая приведет к его разрушению (ра-
стрескиванию и выкрашиванию).
Зазор z должен быть равномерно распределен между бойком
и стенками контейнера. Неравномерное распределение зазора z
между бойком и стенками контейнера вызывает интенсивный из-
нос противоположной зазору стенки контейнера и бойка, что при-
водит к дополнительным усилиям на ползун пресса. Кроме того,
при неравномерном зазоре возникают дополнительные боковые
силы, под действием которых плоский боек, колонки и втулки рас-
шатываются.
В настоящее время в жестких разделительных штампах приме-
няют блоки штампов с шариковыми направляющими по
ГОСТ 14672-69-14676—69, которые относительно дороги в произ-
водстве.
При проектировании штампов с матрицей из полиуретана до-
статочно применять блоки пониженной точности с направляющими
скольжения, а в мелкосерийном производстве допускается изго-
товление штампов без колонок. Опыт эксплуатации штампов с ис-
214
б
Рис. 82. Схема зазоров, углов, высот и диаметров.
а — вырубного штампа — блока: г — зазор между плос-
ким бойком и стенками контейнера; а — угол . захода
в контейнере; h п — высота перепада между высотой окна
контейнера и полиуретановой подушкой; б — универ-
сальный штамп для проколки отверстий; а — угол нак-
лона для полиуретанового пуансона; Дп—диаметр ра-
бочей части пуансона; Н — высота пуансона; d — диа-
метр полиуретановой пружины; Д — диаметр гнезда для
пружины.
пользованием полиуретана дает право рекомендовать блоки с диа-
гональным расположением втулок и колонок с направляющими
скольжения по ГОСТ 13124—67.
В универсальных штампах (рис. 82, б) для проколки отверстий
следует особое внимание обратить на следующие факторы:
215
угол а в обойме-пуансонодержателе служит для дополнитель-
ного поджатия обоймы-пуансонодержателя к заготовке во избе-
жание вытекания полиуретана-пуансона между обоймой и заготов-
кой. Как показали эксперименты, этот угол зависит от величины
давления, развиваемого в обойме, и составляет 15—25°. Большие
значения угла соответствуют большим давлениям;
диаметр поверхности полиуретанового пуансона, контактирую-
щей с заготовкой, зависит от максимального размера диаметра
пробиваемого отверстия или наибольшего отверстия любой конфи-
гурации и должен соответствовать Дп = l,5d0TB;
высота полиуретанового пуансона Н зависит от диаметра по-
верхности пуансона Дп и равняется 3—3,5 Дп;
диаметр d полиуретановой пружины и ее высота, а также диа-
метр Д гнезда полиуретановой пружины должны соответствовать
данным табл. 33.
При конструировании различных машин, приборов, оснастки
всегда стремятся не только к созданию таких деталей и узлов, ко-
Рис. 83. Примеры выполнения глухих проемов в плитах для постановки
контейнеров и радиуса сопряжений в прямоугольных и квадратных
контейнерах:
I а — б — с выходами для инструмента, 1а — без выхода для инстру-
мента; II а — б — радиус сопряжения между стенками контейнера.
216
торые наиболее полно и целесообразно решают поставленные перед,
ними производственные, задачи, но стремятся и к тому, чтобы они
были удобны для изготовления.
Штампы также должны состоять из технологичных деталей, не-
вызывающих особых трудностей при изготовлении и эксплуатации.
Покажем несколько наиболее характерных примеров выполнения
технологичных приемов деталей для штампов с использованием
полиуретана.
В основных верхних или нижних плитах (рис. 83) часто встре-
чаются несквозные окна, предназначенные для монтажа контейне-
ров (сплошных или составных). Основным 'способом их обработки яв-
ляется вертикальное фрезерование, поэтому необходимо предусмат-
ривать специальные выходы для фрезы или сопряжение между
стенками окон назначать радиусом равным радиусу фрезы
/?=/?Инстр> а сами контейнеры проектировать без острых углов.
Сопряжения между стенками контейнеров запрещается делать-
острыми. Их необходимо выполнять радиусами, величина которых
оговорена в главе IV.
Следует обратить особое внимание на то, что во избежание-
несчастных случаев, могущих привести к травмам, контейнеры для
полиуретановых подушек калить запрещается.
Глава VI
ШТАМПЫ ДЛЯ ВЫРЕЗКИ И ПРОКОЛКИ
ЛИСТОШТАМПОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Типовые конструкции вырубных штампов
На рис. 84 показаны типовые конструкции штампов. Универ-
сальный штамп (рис. 84, а) предназначен для вырубки самых раз-
нообразных деталей из штучной заготовки, смонтирован на блоке
с осевым расположением втулок и колонок с направляющими
скольжения. Универсальный проколочный штамп (рис. 84, б) слу-
жит для проколки отверстий самой различной формы особенно в
панелях больших габаритов. Он состоит из основания со сменными
рабочими частями, которые служат режущей кромкой для пробив-
ки отверстий и универсального проколочного пуансона.
На рис. 84 в, г, е показан универсальный блок-штамп, смонтиро-
ванный на блоке с осевым расположением втулок и колонок с на-
правляющими скольжения, сменный пакет для вырубки деталей из
полосы и ленты и деталь, вырубленная сменным пакетом в уни-
версальном блок-штампе.
Блоки универсальные круглые
Универсальные круглые блоки (рис. 85, а, б) наиболее доступ-
ные и простые в изготовлении и предназначены для вырубки дета-
лей из штучной заготовки. В этих блоках можно производить не-
глубокую формовку и даже вытяжку и отбортовку. Штамп
(рис. 85, а) смонтирован на Ростовском блоке с осевым расположе-
нием втулок и колонок и служит для изготовления листовой номен-
клатуры в серийной производстве. Он состоит из контейнера 7,
смонтированного на плите 10, в котором установлен полиуретан
6, втулок 1 и колонок 2, связывающих верхнюю плиту 5 и нижнюю
плиту 10, хвостовика 3 и плоского бойка 4, укрепленных на верх-
ней плите 5. Прокладка 8 служит для удобства удаления износив-
шейся подушки из контейнера. С этой же целью в дне контейнера
просверлено отверстие, через которое полиуретановую подушку вы-
бивают штырями.
Инструментами (рабочими органами) в процессе штамповки
служат полиуретановая подушка и жесткий копир-пуансон. Усилие
:218
5
Рис. 84. Типовые конструкции вырубных, проколочных штампов: а — вырубной
универсальный блок; б — универсальный проколочный штамп; в — универсаль-
ный блок— штамп для вырезки деталей из полосы и ленты; г — пакет для
вырезки деталей из полосы или ленты к блок-штампу в; е — деталь.
б
Рис. 85. Штампы круглые универсальные.
а — для серийного .производства деталей: 1 — втулка; 2 — колон-
ка; 3— хвостовик; 4— плоский боек; 5 — плита верхняя; 6 — по-
лиуретан; 7 — контейнер; 8 — подкладная плита; 9 — винт крепле-
ния; 10 — плита нижняя;
б — для мелкосерийного производства: 1 — боек; 2 — полиуретан;.
3— подкладная плита; 4 — контейнер.
прикладывается со стороны плоского бойка 4 через верхнюю пли-
ту 5 от ползуна пресса.
Штамп (р.ис. 85,6) служит тем же целям, что и описанный
блок, и изготавливается в основном в опытном и мелкосерийном
производстве. Он состоит из полиуретановой подушки 2, заключен-
ной в контейнере 4 на подкладной плите 3. Плоский боек 1 выпол-
нен с хвостовиком и служит для приложения усилия от ползуна
пресса к заготовке, копиру-пуансону и полиуретану.
Блоки квадратные универсальные
Универсальные квадратные блоки широко используются в мел-
косерийном и серийном производстве. Блоки состоят из контейнера,
в котором заключены полиуретановая подушка и плоский боек.
На рис. 86 а и б показаны простейшие универсальные блоки, отли-
чающиеся тем, что один из них крепится к ползуну пресса при по-
мощи хвостовика, другой к ползуну пресса не крепится — он посто-
янно подпружинен пружинами 8.
Блок (рис. 86, а) состоит из контейнера/, он же служит опорной
нижней плитой штампа, в котором помещена полиуретановая по-
душка 4, установлены колонки 12 и болт 2, служащий приспособ-
лением для выведения пресса в нормальное состояние в случае его
заклинивания. К верхней плите 6 при помощи винтов 10 и шпилек
7 крепится плоский боек. На верхней плите 6 также установлены
втулки И и хвостовик 9 при помощи винтов 8. Рым-болты 13 слу-
жат для транспортировки штампа.
В конструктивном отношении верхняя плита штампа зависит
от способа крепления к прессу. Прокладка 3 служит для удаления
износившегося полиуретана.
Рабочими инструментами в процессе штамповки служат копир-
пуансон и полиуретановая подушка.
Жесткий копир-пуансон съемный, его кладут на поверхность
полиуретана вместе с обрабатываемой заготовкой. Заготовка чаще
всего индивидуальная. Как показала практика, такие блоки наибо-
лее удобны для вырубки. При вырубке специальной фиксации не
надо, а верхнее положение копира-пуансона относительно заготов-
ки даже удобно — оно позволяет легко устанавливать его, точно
располагая по отношению к краям заготовки. Размеры окна кон-
тейнера зависят от размеров деталей, изготовляемых на данном
блоке.
Высота полиуретановой подушки зависит от величины ее дефор-
мации: для вырубки й = 20—25 мм; для формовки Л=30—40 мм.
Полиуретановую подушку, как уже было сказано, можно изго-
товлять составной и по высоте и по площади. При изготовлении со-
ставной полиуретановой подушки по площади следует тщательно
подогнать ее части и после установки в контейнер обработать верх-
нюю поверхность на один уровень.
Штамп (рис. 86, б) по своему назначению аналогичен описан-
221
Рис. 86. а — блок вырубной: 1— контейнер; 2 — болт,
3 — прокладка; 4 — полиуретановая подушка; 5 — плоский
боек; 6 — верхняя плита; 7—штифт; 8— винт; 9 — хвосто-
вик; 10 — винт; 11— втулка; 12 — колонка; 13 — рым-болт.
б — блок вырубной; 1 — контейнер; 2 — прокладка; 3 — по-
лиуретановая подушка; 4— разгрузочный винт; 5 — винт;
6 — плоский боек; 7— верхняя плита; 8— штифт; 9 —
втулка, 10 — колонка; // — пружина; 12 — рым-болт,
ному штампу и отличается тем, что его верхняя часть не крепится?
к ползуну пресса. Он может быть .установлен практически на лю-
бой пресс и работать без крепления верхней плиты, так как она.
постоянно подпружинена и находится в верхнем положении.
Блоки универсальные прямоугольные
Блоки универсальные прямоугольные (рис. 87, а, б) в принципе-
ничем не отличаются от квадратных блоков, за исключением рабо-
чего окна матрицы (вместо квадрата-прямоугольника). Они слу-
жат для вырубки деталей удлиненной формы из штучной заго-
товки. Блок (рис. 87 а и б) состоит из нижней плиты-контейнера
в котором установлен полиуретан 10 на подкладной плите 9 и ко-
лонки 2. В верхней плите 4 смонтированы втулки 3, хвостовик 5 и
плоский боек 6 при помощи винтов 7 и штифтов 8. Рым-болты 11
служат для транспортировки блока к прессу.
Плита 4 штампа конструктивно может быть выполнена в зави-
симости от способа крепления к ползуну, пресса с хвостовиком или
с пазами. Блок (рис. 87, б) отличается от описанного тем, что его
верхняя плита 6 не крепится к ползуну пресса. Она находится всег-
да в верхнем положении, поднятая пружинами 11.
Блоки универсальные групповые
для вырезки из ленты или полосы
В отличие от описанных штампов для вырезки деталей из штуч-
ной заготовки на рис. 88 показан штамп для вырезки деталей из
полосы и ленты. Данный штамп позволяет получать детали серий-
ного и массового производства как раздельными (вырезка, про-
колка), так и совмещенными операциями — вырезку с проколкой.
Групповой универсальный штамп для вырубки представляет
собой универсальный контейнер и специальный пакет (рис. 88, а и
б). Универсальный контейнер состоит из обоймы 8, закрепленной,
в верхней плите 7 винтами 3 и шпилькой 11. В обойму 8 помещены
плавающие щеки 9, подпружиненные полиуретановыми пружинами
12, между которыми установлена полиуретановая матрица 10 на
плите 6. Подвижные щеки служат для равномерного регулирова-
ния поверхности полиуретановой матрицы и самих щек, чтобы
предотвратить вмятины на вырубаемом материале за счет разницы
высот поверхности полиуретановой матрицы и поверхности щек.
Верхняя плита 7 хвостовиком 5 крепится к ползуну пресса.
Специальный сменный пакет состоит из основания 18, на кото-
ром закреплена пуансон-матрица 16, съемника 15, скрепленного
с основанием 18 винт-колонками. Съем детали производят за счет
усилия пружин 17. Зазор z обеспечивает процесс вырубки (процесс
вырубки на данных штампах аналогичен процессу вырубки копи-
рами-пуансонами из штучной заготовки) .
223
Величина хода съемника, необходима^ для вырубки детали,
может быть найдена по формуле гс = К VS,
где zc — величина хода съемника, мм;
S — толщина вырубаемого материала, мм;
К — коэффициент (34-4,5), зависящий от механических свойств
материала.
Для предотвращения зависания отходов в отверстиях всегда
следует ставить выталкиватели. Сброс деталей и отходов произво-
дится сжатым воздухом. Для фиксации ленты и шага вырубки пре-
дусмотрены фиксаторы 14. Фиксаторы надо делать утопающими,
чтобы избежать повреждения полиуретана. Величина перемычки
между деталями должна соответствовать I=1,25л.
Настройка такого группового штампа проста. Универсальный
контейнер закреплен на ползуне пресса, а смена пакета произво-
дится довольно быстро. Совмещать верх и низ штампа нет необ-
ходимости.
Штампы для вырезки деталей
из неметаллических материалов
Большое число всевозможных деталей в настоящее время изго-
товляется из неметаллических материалов. В опытном и мелкосе-
рийном производстве деталей из неметаллических материалов ши-
Рис. 87 б.
Рис. 87. а — блок вырубной: 1 — плита-контейнер; 2 — колонки;
3— втулка; 4— верхняя плита; 5— хвостовик; 6— плоский боек;
7 — винт; 8 — штифт; 9— прокладка; 10— полиуретановая по-
душка; 11 — рым-болт; б — блок вырубной: 1 — плита-контей-
нер; 2 — разгрузочный винт; 3—прокладка; 4— полиуретано-
вая подушка; 5— плоский боек; 6 — верхняя плита; 7— штифт;
8 — болт; 9— втулка; 10 — колонка; 11 — пружина; 12 — рым-
болт.
рокое применение нашли ножевые и ленточные штампы упрощен-
ной конструкции, так как размеры многих деталей часто имеют
свободные допуски. Упрощенные ножевые и ленточные штампы
с успехом применяются при изготовлении деталей из кожи, карто-
на, асбеста, резины и других матералов.
Вырубку-пробивку осуществляют на эластичной подушке из по-
лиуретана марки 'СКУ-7Л, твердость по Шору (шкала А) 95—
98 единиц.
На рис. 89 показаны принципиальные схемы штампов ножево-
го и ленточного типов.
В штампе (рис. 89, а) два пуансона (ножа) — 1 и 4. Пуансон 1
имеет скос наружу, а пуансон 4 — внутрь. Между пуансонами и
внутри пуансона 1 находятся выталкиватели из полиуретана, пред-
назначенные для прижима материала и удаления отходов и гото-
вых деталей.
15 Зак. 524 225
д-д
Рис. 88. а — блок универсальный вырубной: 1 — втулка;
2 — колонка; 3 — винт; 4 — винт; 5 — хвостовик; 6 —
плита; 7 — верхняя плита; 8—обойма; 9 — плавающие
щеки; 10— полиуретановая матрица; И — штифт;
12 — полиуретановая пружина; 13 — плита нижняя;
б — пакет вырубной: 14 — фиксатор; 15 — съемник;
16 — пуансон-матрица; 17 — пружина; 18 — основание.
В ножевых штампах такой конструкции в большинстве случаев
изготовляют круглые детали. Угол заострения пуансонов зависит
от рода штампуемого материала и может быть принят по данным
табл. 34.
Таблица 34
Значения коэффициента, учитывающего угол заострения ножа
Угол заострения ножа, град. К Угол заострения ножа, град. К
5-8 1—1,10 12-15 1,1—1,15
8—10 1,01—1,06. 15-20 1,15—1,26
10—12 1,06—1,1
Режущие кромки пуансонов закаливаются на твердость HRC
48... 55 и должны быть выполнены на одной высоте.
Сложные по конфигурации детали из неметаллических матери-
алов изготовляют в ленточных штампах (рис. 89,6). Рабочие части
таких просечек изготовляют в соответствии с конфигурацией дета-
ли, подвергают закалке и заливают стиракрилом в стальной пли-
те 1. Матрицы обычно готовят из стальной ленты (Ст. 65Г или У 7)
толщиной 0,75—1,0 мм и шириной 25—30 мм. Для производства
деталей сложной конфигурации и со множеством всевозможных
отверстий нужна более сложная и дорогостоящая оснастка.
В настоящее время на многих предприятиях страны внедрена
штамповая оснастка, в которой в качестве эластичного пуансона
использован полиуретан. На рис. 90 представлен штамп и пакет
для вырубки деталей сложной конфигурации из неметаллических
материалов.
Вырубка-пробивка сложных деталей из неметаллических мате-
риалов по схеме (рис. 90, а) обеспечивает хорошее качество среза.
Состоит она в следующем. В обойму 1 контейнера закладывают
эластичную подушку 12 из полиуретана, имеющую твердость по
Шору (шкала А) 85—95 единиц. На эластичную подушку кладут
технологическую прокладку 11, затем материал вырубаемой дета-
ли 10 с припуском, достаточным для обеспечения хорошего качест-
ва детали. На заготовку 10 накладывают копир-пуансон 9, обеспе-
чивающий получение конфигураций детали, размеров, отвечающих
чертежу. После включения рабочего хода пресса плоский боек 7,
замыкая объем контейнера, передает усилие на полиуретановую
подушку 12, которая прижимает припуск технологической заготовь
ки 11 и припуск материала детали 10 к поверхности плоского бой-
ка 7, острая режущая кромка копира-пуансона 9 врезается в мате-
риал детали, вырубая из нее.деталь.
227
15*
Рис. 89. а — ножевой штамп: 1 — внутренний нож; 2 и 3 — вы-
талкиватели из полиуретана; 4 — наружный нож; 5 — заготов-
ка; 6 — подушка из полиуретана; б — ленточный штамп: 1 —
плита; 2 — стиракрил; 3 — нож из ленты; 4 — выталкиватель из
полиуретана; 5 — заготовка; 6 — подушка из полиуретана.
Копир-пуансон 9 изготовляют строго по чертежу детали. Если
детали должны иметь высокую точность, то копиры-пуансоны вы-
полняют еще точнее (на один класс выше).
Схема вырубки деталей (рис. 90, б) с использованием пакета
применяется для вырубки деталей особо сложной конфигурации
или деталей, у которых очень малые перемычки (между отвер-
стиями или между отверстиями и наружным контуром детали). Эта
схема рекомендуется также для деталей со множеством различных
отверстий из стекловолокна.
i Работа пакета заключается в следующем: между копиром-пуан-
соном 3 и технологическим копиром 1 закладывается материал
вырубаемой детали 2. Фиксация копира-пуансона 3 относительно
технологического Копира 1 осуществляется за счет штифтов или ко-
лонок. Собранный пакет технологическим копиром 1 устанавлива-
ется на полиуретановую подушку и плоским бойком 7 усилием от
ползуна пресса вырубаются детали по копиру-пуансону 3.
228
O'
Рис. 90. а —штамп для вырезки и пробивки неметаллических дета-
лей на полиуретане: 1 — обойма; 2— колонка; 3— втулка; 4— винт;
5 — хвостовик; 6 — штифт; 7 — плоский боек; 8 — верхняя плита;
9 — копир-пуансон; 10 — заготовка; 11— прокладка; 12 — подушка;
13 — прокладка; б — пакет копира-пуансона: / — технологический
копир; 2 — деталь; 3— копир-пуансон; 4— плоский боек.
Универсальный штамп для проколки отверстий
Предназначен для пробивки отверстий в металлических панелях
и деталях больших габаритов толщиной до» 3 мм с большим коли-
чеством отверстий разнообразной формы при широком поле допу-
ска на их координаты (точность ±0,5 мм) и поэтому нониуса не
имеет.
Штамп состоит из основания 2 (рис. 91), в котором устанавли-
ваются сменная матрица 12 и универсальный пуансон с эластич-
ным рабочим элементом из полиуретана. Основание имеет два
Т-образных паза, выполненных под углом 90° друг к другу, в ко-
торых перемещаются фиксирующие элементы 4. Крепление фикси-
рующих элементов в нужном положении производится с помощью
болта 3 и гайки-барашка 5. Отсчет размеров для установки нуж-
ных координат от базовых плоскостей деталей ведется по линей-
кам 1, которые расположены вдоль Т-образных пазов.
Для предотвращения зависания отхода в сменной матрице
предусмотрен выталкиватель 11 с пружиной 13 и регулирующей
гайкой 14.
Универсальный пуансон состоит из корпуса 9 и обоймы 10, в
которой размещен рабочий элемент 6 из полиуретана марки
СКУ-7Л. Корпус ic обоймой скреплен винтами 7. Для предотвра-
щения отхода обоймы вверх и вытекания полиуретана в процессе
пробивки установлены пружины 8, предварительно сжатые винта-
ми 7, а внутренняя поверхность цилиндра обоймы выполнена с ко-
нусом на выходе.
В данном универсальном проколочном штампе сменным эле-
ментом является матрица, отверстия которой могут быть любой
формы, а пуансон остается один и тот же. Габаритные размеры
отверстия матрицы не должны превышать размеров отверстия
обоймы.
Копиры-пуансоны
В большинстве случаев с помощью копиров-пуансонов произво-
дят одновременную вырубку контура и пробивку внутренних от-
верстий и гораздо реже — только вырубку контура или только про-
бивку отверстия. Согласно классификации (табл. 17) операций вы-
резки и проколки и схем их выполнения, опишем следующие копи-
ры-пуансоны, ^которые подтверждены практикой их внедрения.
На рис. 92, а показан копир-пуансон для вырубки деталей про-
стой формы по наружному контуру. Копир-пуансон (рис. 92, б)
предназначен для одновременной вырубки и проколки деталей про-
стой и сложной формы.
Копиром-пуансоном (рис. 92, в) производят вырубку деталей
из материалов, трудно поддающихся вырубке и проколке. Он со-
стоит из основания 3, на котором закреплены собственно копир-пу-
ансон 2 и периферийный шаблон 1. Последний служит для образо-
230
Рис. 91. Универсальный штамп для пробивки отверстий: 1 — ли-
нейка;^— нижняя плита; 3— болт; 4 — фиксирующий элемент;
5 —гайка-барашек; 6 — рабочий элемент; 7 — винт; 8 — пружина
полиуретановая; 9 — корпус; 10— обойма; 11 — выталкиватель;
12 — сменная матрица; 13— пружина полиуретановая; 14 — ре-
гулирующая гайка.
Ю-!5
Рис. 92. Копиры-пуансоны: а — копир-пуансон простой; б — конст-
рукция копира; в — копир-пуансон с периферийным шаблоном: 1 —
периферийный шаблон; 2 — копир-пуансон; 3 — плита основания;
с — зазор между копиром-пуансоном и периферийным шаблоном;
г — радиус периферийного шаблона; h — разница высот копира-пу-
ансона и периферийного шаблона.
вания щели с и лучшего прижатия отхода материала между поли-
уретаном и шаблоном.
, Копир-пуансон, представленный на рис. 93, а, предназначен для
вырубки деталей с большим количеством отверстий малого диа-
метра и состоит из основания 1, на котором монтируется собствен-
но копир 3, в котором установлены выталкиватели 2, подпружи-
ненные пружинами 4. Выталкиватели 2 служат для удаления от-
ходов.
Для вырезки деталей изогнутой формы и проколки в них от-
верстий служат копиры-пуансоны, показанные на рис. 93, б. Они
состоят из основания 1, выталкивателей 2, собственно копира 3 и
пружин 4.
Работа копиров пуансонов (рис. 93, а и б) заключается в сле-
дующем: заготовка 5 накладывается на копир-пуансон 3. При де-
формации полиуретановой матрицы, контактирующей с заготовкой
под действием усилия, развиваемого в контейнере, на режущей
кромке ^опира-пуансона происходит отрыв металла (отхода) по
контуру отверстия. Отход, фиксируясь на выталкивателе 2, утопа-
ет, сокращая пружины 4. При' снятии усилия деталь 5 снимается
с копира, а отход под действием пружины 4 выталкивателем 2 вы-
брасывается.
Для проколки отверстий в готовых полых деталях используют
сложные копиры-пуансоны, один из которых показан на рис. 93, в.
Он состоит из обоймы-копира 1, в который установлены выталки-
ватели 2 и полиуретановые пружины 3, основания 5 с выталкива-
телем 2 и полиуретановой пружины 3. В заготовку 4 вставляется
полиуретановый пуансон 6.
Операция проколки отверстий заключается в следующем: при
разомкнутых обойме 1 и основании 5 деталь-заготовка 4 укладыва-
ется в гнездо основания 5; затем обойма 1 укладывается на осно-
вание 5, охватывая деталь-заготовку 4. Под действием усилия со
стороны плоского бойка (от ползуна пресса) полиуретановый пу-
ансон деформируется и, действуя на стенки детали-заготовки 4,
вырезает отверстия соответствующей формы на режущих кромках
обоймы-копира 1. При ходе обоймы-Копира 1 совместно с ползу-
ном пресса в верхнее положение деталь-заготовка 4 с открытыми
отверстиями вручную удаляется из зоны штампа. Отходы под дей-
ствием щружины 3 выталкивателями 2 выбрасываются. Штамп го-
тов для следующего цикла.
Копиры-пуансоны (рис. 94) предназначены для резки деталей
из ленты или полосы с использованием соответствующего блока.
Он состоит из основания 4, на котором смонтированы режущие
части копира 1, выталкивателя отходов 2 и полиуретановой пру-
жины 3. Вырезка происходит на режущих кромках копира-пуансо-
на, а вырезаемый отход попадает в щель между двумя половинка-
ми копира-пуансона и при снятии усилия сбрасывается выталки-
вателем 2 с помощью пружины 3. Рабочая часть копира-пуансона
имеет канавку глубиной, равной сумме толщины материала и до-
233
a
b
Рис. 93. Конструкции копиров пуансонов.
а — копир-пуансон для пробивки отверстий сложной формы
и большой степени точности: 1 — основание; 2 — выталкиватель;
3 — копир-пуансон; 4 — пружина; б — копир-пуансон для про-
бивки отверстий в гнутых деталях: 1 — основание; 2— выталки-
ватель отхода; 3 — копир-пуансон; 4 — пружина из полиуре-
тана; 5 — деталь; в — принципиальная схема штампа для про-
бивки отверстий в деталях типа колпачков: 1 — обойма-матрица
верхняя; 2 — выталкиватель отхода; 3 — пружина из полиурета-
на; 4 — деталь; 5 — основание; 6 — эластичный пуансон из
полиуретана.
Рис. 94. Вырубка деталей из ленты или полосы: а — детали, полученные
из рулонной полосы; б — копир-пуансон для отрезки детали из полосы:
1 и 5 — копир с фиксацией; 2 — выталкиватель отхода; 3 — пружина из
z полиуретана; 4 — основание.
пуска на изготовление (5+Д), и шириной, равной сумме ширины
полосы и допуска на изготовление (В+Д).
Для выполнения операции надрезки используют копир-пуансон,
представленный на рис. 95. Копир-пуансон для надрезки выполнен
из основания 1 и собственно копира 2 и имеет канавку шириной
В + Д и глубиной 5+Д, которая служит для фиксации детали.
Обрезку припуска материала по высоте при неровных краях
снаружи или внутри плоских полых или круглых объемных дета-
лей, полученных путем изменения их форм, выполняют с помощью
копиров-пуансонов (рис. 96), внутренняя полость которых идентич-
на наружной форме обрабатываемой детали и имеет те же раз-
меры.
На рис. 96, а, б приведены примеры обрезки припуска у дета-
лей и схемы обрезки припуска в штампах с эластичной матрицей.
Штамп, принципиальная схема которого приведена на рис. 96, а,
позволяет обрезать припуск у деталей типа стаканов, колпачков и
им подобных с высокой степенью точности по высоте.
Обрезку в штампе производят следующим образом. В разъем-
ную обойму 7 вставляют деталь, у которой необходимо обрезать
припуск. Обойму зажимают при помощи конусного кольца, сверху
разъемной обоймы накладывают кольцо 2, которое служит пери-
235
Рис. 95. Копир-пуансон для надрезки и деталь, полученная с помощью этого
копира: 1 — основание; 2 — рабочая часть; 3 — штампуемая деталь.
Г~~
<7
Рис. 96. Примеры обрезки припуска деталей и оснастка:
а — штамп для отрезки колпачков по высоте: 1 — цилиндрический боек;
2 — периферийный шаблон в виде кольца; 3 — отход; 4 — матрица-вкла-
дыш; 5 — эластичный пуансон из полиуретана; 6 — деталь; 7 — разъемная
обойма; б — штамп для обрезки припуска фланца у колпачков: 1 — кон-
тейнер; 2— эластичный пуансон из полиуретана; 3 — вкладыш; 4 — деталь;
5—обрезной припуск; 6 — режущий копир; 7 — основание.
ферийным шаблоном. В деталь 6 опускают эластичный пуансон 5
из полиуретана, выполненный в виде цилиндра. Собранный штамп
устанавливают на столе пресса. При ходе ползуна пресса закреп-
ленный в нем цилиндрический боек 1 передает усилие пресса на
эластичный пуансон 5, который давит на стенки детали и, преодо-
левая сопротивление материала срезу на острой кромке матрицы 4,
обрезает деталь по высоте. При обратном ходе ползуна пресса
эластичный пуансон 5 принимает свое первоначальное положение.
Конструктивно штамп построен так, что его можно быстро разо-
брать и подготовить для обрезки следующей детали.
Штамп, показанный на рис. 96,6, предназначен для обрезки
припуска фланца. Он состоит из контейнера 1, в котором установ-
лена полиуретановая подушка 2, основания 7 и режущего копира
6. На режущем копире происходит обрезка припуска и вкладыша
3, который служит для устранения больших деформаций эластич-
ного пуансона.
Глава VII
ШТАМПЫ ДЛЯ ГИБКИ ХОЛОДНОШТАМПОВАННЫХ
ЛИСТОВЫХ ДЕТАЛЕЙ
Гибка весьма широко распространена в машиностроении. С ее
помощью изготовляют самые различные детали машин, она мо-
жет быть одно- и многоугловой, в одной или нескольких плоско-
стях, может сочетаться одновременно с отрезкой, вырубкой и про-
бивкой. В отличие от гибки в жестких штампах гибка в штампах
с эластичной матрицей позволяет получить детали более сложной
конфигурации за один переход. Гибка в штампах с эластичной
матрицей может производиться как на механических, так и на
гидравлических прессах.
Преимущество штампов с полиуретановой матрицей состоит в
том, что один матричный блок можно использовать для гибки
деталей различной конфигурации. Полиуретановые матрицы не
повреждают гнутых деталей и поэтому пригодны для штамповки
деталей с нанесенными на них различными защитно-декоративны-
ми покрытиями. Многообразие деталей, изготовляемых в штампах
с эластичной матрицей из полиуретана, влияет на характер приме-
няемой схемы и гибочного инструмента (табл. 33).
Рассмотрим несколько гибочных штампов, разработанных и
внедренных на отечественных предприятиях.
Штампы для гибки V.U «и -образных деталей
Представленный на рис. 97 универсальный гибочный штамп
предназначен для гибки преимущественно , I I и LJ -образ-
ных деталей. Основным рабочим инструментом данного штампа для
гибки деталей служат стальной сменный пуансон и полиуретановая
блок-матрица 14.
Штамп состоит из нижней плиты 1, на которой смонтированы
колонки 7, обойма 3 с установленной блок-матрицей 14 и фикси-
рующим механизмом, состоящим из откидной планки 5, вращаю-
щейся на оси 4, упорных винтов 6 и фиксаторной планки 17, кото-
239
11
Рис. 97. Штамп универсальный гибочный: 1 — нижняя плита; 2 — штифт;
3 — обойма; 4 — ось; 5 — откидная планка; 6 — упорный винт; 7 — колонка;
8— втулка; 9 — основание; 10— верхняя плита; // — хвостовик; 12 — хо-
довой винт; 13—барабанчик; 14 — блок-матрица; 15 — болт; 16— винт;
17 — фиксаторная планка; 18 — упорная планка; 19 — направляющая
планка; 20— винт; 21—линейка; 22 — указатель; 23 — винт.
рая служит для фиксирования заготовки перед гибкой. Обойма 3
крепится к основанию 1 болтами 15 и фиксируется штифтами 2.
На верхней плите 10 штампа установлены втулки 8 и хвостовик
11, который служит для крепления верхней половины штампа к
240
ползуну пресса. Механизм настройки сменного пуансона (он состо-
ит из основания 9 с Т-образным пазом для установки сменного ги-
бочного пуансона, направляющих планок 19, по которым переме-
щается основание 9 при помощи ходового винта 12, упорных пла-
нок 18 и указателя перемещения 21, 22, 23, 20). Указатель переме-
щения основания 9 со сменным пуансоном состоит из масштабной
линейки 21, установленной при помощи винтов 20 к одной из на-
правляющих планок 19, стрелки указателя 22 установлены винта-
ми 23 к основанию 9.
Работа штампа заключается в следующем: заготовка перед
гибкой укладывается на блок-матрицу 14 и фиксируется фикса-
торной планкой 17 фиксаторного механизма в нужное положение
относительно сменного пуансона, установленного в Т-образном па-
зу основания 9. Более точная настройка для получения заданных
размеров гибки производится перемещением основания 9 при по-
мощи ходового винта 12 вращением барабанчика 13. Отсчеты про-
изводятся по линейке 21 указателем 22.
Таким образом, использовав для настройки две, три заготовки,
можно добиться желаемых размеров детали в результате гибки с
допусками, укладывающимися в ±0,2—0,3 мм. Толщина заготовок,
подвергаемых гибке в данном штампе, может быть от нескольких
десятых до 3 мм и высотой, не превышающей 25% толщины блок-
матрицы 14.
Штамп (рис. 98) конструктивно выполнен так же, как штамп
(рис. 97) и предназначен для. гибки тех же форм V', I I и [_J-
образных деталей, но с более высокой полкой и толщиной до 5 мм.
Отличием данного штампа является наличие в обойме 2 под
блок-матрицей 8 двух подкладок 9, выполненных в виде круглых
брусков и служащих для благоприятной деформации матричного
блока 8 в момент операции гибки. Подкладки 9, сглаживая и
уменьшая большие локальные деформации матричного блока 8,
увеличивают его стойкость.
Штамп для одновременной трех-
и более угловой гибки деталей
Для гибки -образных и других деталей
изготовлен и внедрен в производство штамп, показанный на рис. 99.
Его принципиальным отличием от гибочных штампов является
фиксация заготовки перед гибкой на гибочном пуансоне. Это обес-
печивает получение заданных размеров и хорошее качество деталей.
Штамп выполнен на стандартном блоке с колонками и состоит
из верхней плиты 1, которая одновременно является и обоймой для
16 Зак. 524 241
б-Е)
Рис. 98. Штамп универсальный гибочный: 1 — плита нижняя; 2 — обой-
ма; 3 — колонка; 4— втулка; 5— верхняя плита; 6—хвостовик; 7 —
основание; 8 — матричный блок; 9 — подкладка.
матричного блока 3 и прокладки 2. На нижней плите 7 установлено
основание 10, служащее для крепления сменных пуансонов. В ос-
новании 7 установлены также утопающие фиксаторы 4, подпру-
жиненные пружинами 5. Винт 9 служит для регулирования усилия
подпружинивания фиксаторов. Основание 10 крепится к нижней
плите 7 с помощью винтов 6 и штифтов 8.
Перед операцией гибки заготовка укладывается на сменный
пуансон и фиксируется в нужном положении фиксаторами 4. При
рабочем ходе пресса ползун с закрепленной обоймой 1 штампа
опускается вниз, и матричный блок 3, соприкаясь с заготовкой, за-
242
Рис. 99. Штамп гибочный универсальный: 1 — верхняя плита; 2 — про-
кладка; 3 — матричный блок; 4 — утопающий фиксатор; 5 — пружина;
6 — винт; 7 — основание; 8 — штифт; 9 — винт; 10 — пуансонодер-
жатель.
16*
ставляет последнюю принимать форму пуансона. При ходе ползуна
с верхней половиной штампа вверх пуансон с деталью освобожда-
ются, и деталь снимают с пуансона. После этого штамп готрв для
гибки следующей детали.
На описанном штампе возможно изготовление деталей из раз-
личных материалов толщиной до 3 мм.
Штамп для гибки держателей
Штамп (рис. 100) предназначен для гибки деталей, называемых
держателями (в производстве такие детали называют лирами).
Гибка, производится за один ход пресса. Штамп смонтирован на
блоке с направляющими колонками и втулками. Контейнер 4 в
данной конструкции выполнен за одно целое с нижней плитой.
В контейнер помещена полиуретановая матрица 5. На плоскости
контейнера в направляющих 3, укрепленных с помощью винтов
и штифтов, помещена ползушка 17, к которой крепится фиксирую-
щая планка 1 винтом 2. К верхней плите 8 прикреплены пуансоно-
держатель 6 винтами 7 и штифтами 9 с Т-образным пазом для
крепления пуансона 13 и клин 16, закрепленный винтами 14 и
штифтами 15, с помощью которого происходит перемещение пол-
зушки 17.
При опускании ползуна пресса пуансон 13 входит в соприкосно-
вение с заготовкой и загибает ее в лирообразную форму. Одновре-
менно под действием клина 16 ползушка 17 отводит фиксаторную
планку 1 из зоны действия пуансона 13. При дальнейшем опуска-
нии ползуна пресса происходит соприкосновение плоскости пуансо-
нодержателя 6 с плоскостью полиуретановой матрицы 5 и дефор-
мирование последней совместно с заготовкой по форме пуансона
13. Под действием распределенной нагрузки полиуретановой мат-
рицы 5 заготовка принимает форму пуансона 13. При поднятии
ползуна пресса с верхней половиной штампа ползушка 17 с фикса-
торной планкой 1 и следующей заготовкой возвращается под дей-
ствием клина 16 в рабочее положение. Верхняя плита штампа в
свободном состоянии находится в верхнем положении за счет
пружин 11.
Штамп для гибки бортов
Для гибки бортов у деталей типа крышек предусмотрен универ-
сальный штамп (рис. 101), в котором одновременно можно выпол-
нять и формовку ребер жесткости. Штамп смонтирован на блоке
с направляющими колонками и втулками и состоит из основания
1, с врезанной и закрепленной в нем обоймой 2 при помощи бол-
тов 17 и штифтов 12. На обойме 2 установлены механизмы фикса-
ции заготовки перед гибкой (он состоит из откидной планки 4 на
244
Рис. 100. Штамп гибочный: 1— фиксирующая планка; 2— винт; 3— направляющая;
4 — контейнер; 5 — полиуретановая матрица; 6 — пуансонодержатель; 7 — винт; 8 —
верхняя плита; 9— штифт; 10— втулка; 11— пружина; 12— колонка; 13— пуансон;
14 — винт; 15 — штифт;. 16— клин; 17—ползушка; 18— винт; 19— винт; 20—ось.
Рис. 101. Блок универсальный гибочный: 1— основание; 2— обойма; 5 — ось;
4 — откидная планка; 5 — колонка; 6 — втулка; 7— верхняя плита; 8— болт;
9 — винт; 10 — планка; 11 — масштабная линейка; 12 — штифты; 13 — матрица;
14 — прокладка; /5 —винт; 16— фиксаторная планка; 17 — болт; 18— рым-болт;
19 — винт; 20 — стрелка указателя; 21 — винт.
оси 3 и фиксаторной планки 16, укрепленной винтами 15). Фикса-
( торная планка 16 перемещается на оси 3. Верхняя плита 7 штампа
' снабжена Т-образными пазами, с установленными в них болтами 8,
служащими для крепления сменных пуансонов. Для настройки
сменного пуансона относительно заготовки служит механизм наст-
ройки, который состоит из планки 10, прикрепленной к верхней
плите винтом 9, масштабной линейки 11 с винтами 21 и стрелки
указателя 20 с винтами 19.
В описанном универсальном штампе сменной частью является
гибочный пуансон.
Работа штампа заключается в следующем. Заготовка перед
гибкой устанавливается на гибочной матрице 13 при помощи фик-
саторной планки 16 в необходимое положение. Гибочный или фор-
мовочный пуансон укрепляется к верхней плите 7 и фиксируется
в необходимое положение при помощи указателя 20 и масштабной
линейки 11.
При опускании ползуна пресса верхняя плита 7 штампа со
сменным пуансоном касаются заготовки, установленной на гибоч-
ной матрице 13, и, вследствие преодоления упругих сил материала
заготовки, последняя принимает форму пуансона (происходит гиб-
ка бортов и формовка ребер жесткости). При дальнейшем ходе
ползуна пресса вверх гибочный пуансон выходит из готовой детали,
а готовая деталь поднимается упругой матрицей 13 на поверхность
и удаляется штамповщиком. Штамп готов для гибки следующей
детали.
Штамп для гибки и Г* -образных деталей
Для гибки небольших по габаритам деталей \_J~~ и -
образных форм, но из относительно толстых материалов (до
5—6 мм) требуются большие местные усилия для деформации за-
готовки. Вследствие этого спроектированы, изготовлены и успешно
эксплуатируются в производстве штампы, один из которых показан
на рис. 102. Отличительной особенностью данного штампа является
малая площадь полиуретанового матричного блока, что позволяет
при небольших усилиях пресса развивать высокие давления в са-
мом контейнере, необходимые для деформации заготовки.
Штамп изготовлен на блоке с направляющими колонками и
втулками. На нижней шлите 12установлено основание — матрице-
держатель И при помощи винтов 10 и штифтов 13. На матрицедер-
жатель 11 устанавливается-гибочная матрица, которая фиксируется
в нужном положении фиксатором 7 и укрепляется винтом 9. Верх-
няя плита 2 штампа выполнена в виде обоймы, в нее установлен
гибочный пуансон 6 из полиуретана. Крепление верхней плиты к
247
Рис. 102. Блок гибочный: 1 — хвостовик; 2 — верхняя плита; 3 —проклад-
ка; 4 — втулка; 5 — винт; 6 — пуансон; 7 — фиксатор; 8 — колонка; 9 и
10— винт; 11— матрицедержатель; 12— нижняя плита; 13 — штифт; 14 —
рым-болт; 15 — винт.
ползуну пресса осуществляется хвостовиком 1. Прокладка 3 нужна
для выталкивания отработанного полиуретанового пуансона 6.
Винт 5 служит для выведения пресса из заклинивания (если это
случится).
В отличие от других гибочных штампов в данном штампе
сменной частью является гибочная матрица (называемая сменной
наладкой).
Для гибки детали заготовку укладывают на гибочную матрицу
(сменную наладку). При рабочем ходе ползуна пресса верхняя
плита 2 смыкается рабочим окном со сменной матрицей и за счет
усилия, возникающего в полиуретановом пуансоне 6, происходит
деформация заготовки, которая принимает форму матрицы.
Штамп универсальный гибочный
Универсальный штамп (рис. 103), как и предыдущие, смонтиро-
ван на блоке с направляющими колонками и втулками (16, 1, 3, 6,
8), расположенными за осью штампа. На нижней плите блока ук-
реплен контейнер 7 с полиуретановой матрицей 5. На трех боковых
сторонах установлены кронштейны-направляющие 10, по которым
двигаются каретки 4, закрепляемые в нужном положении болтом.
На каретках посредством шарнирно закрепленной планки 9 уста-
новлены масштабные линейки 11 для фиксации заготовки. Линейки
двигаются в направляющих шарнирной планки 9 по посадке сколь-
жения и крепятся в нужном положении болтом 13 и гайкой 14.
Поджимаются линейки к полиуретановой подушке плоской пружи-
ной 12.
На линейках нанесены миллиметровые деления. Отсчет на пра-
вой линейке ведут от базовой плоскости К, то есть: когда торец ли-
нейки упрется в базовую плоскость К, ноль на линейке совпадает
с контрольной риской на каретке. Отсчет по верхней и нижней ли-
нейкам ведут от центральной оси штампа.
К верхней плите блока прикреплено основание пуансонодержа-
теля 18. В Т-обраэном паву основания установлены пуансонодер-
жатель 21 и настроечный винт 17. В Т-образном пазу пуансоно-
держателя крепится сменный инструмент. В гнезде пуансонодер-
жателя установлена полугайка 19, которую вводят в зацепление
с настроечным винтом-клином 20 посредством винта 15. Вывод из
зацепления полугайки, при отведенном клине 20 влево, производят
за счет плоских пружин, которые давят на заплечики полугайки..
На торцовой плоскости основания пуансонодержателя установ-
лена масштабная линейка с миллиметровым делением. На торцо-
вой поверхности пуансонодержателя установлен нониус отсчета
с точностью 0,1 мм. Отсчет ведут от базовой плоскости К, то есть-
ось Т-образного паза при установке пуансонодержателя на ноль
совпадает с базовой плоскостью /С. Грубую настройку пуансоно-
держателя с пуансоном производят путем перемещения его при вы-
24»
д-д
Рис. 103. Штамп универсальный гибочный: / — плита верхняя; 2—маховик; 3 — втул-
ка направляющая; 4 — каретка; 5 — полиуретановая матрица; 6 — колонка; 7 — контей-
нер; 8— плита нижняя; 9— планка; 10 — направляющая; 11 — линейка; 12 — пружина;
13— болт; 14 — гайка; 15 — винт; 16 — хвостовик; 17 — винт настроечный; 18— основа-
ние пуансонодержателя; 19 — полугайка; 20 — клин; 21 — пуансонодержатель.
веденной из зацепления полугайки с помощью настроечного винта.
После установки пуансонодержателя в нужном положении полу-
гайку 19 вводят в зацепление с настроечным винтом 17 за счет под-
жатия клина 20 посредством винта 15. Точную настройку и регу-
лировку во время наладки производят путем вращения маховичка 2.
Следует отметить, что все описанные гибочные штампы являют-
ся универсальными, сменная часть (наладка) у них — чаще пуан-
сон, реже — матрица.
Стойкость полиуретановых матриц, как показала многолетняя
практика эксплуатации на отечественных предприятиях, составля-
ет от 3 000 до 25 000 ударов.
Глава VIII
ШТАМПЫ ДЛЯ ВЫТЯЖКИ
ХОЛОДНОШТАМПОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ
До настоящего времени в качестве эластичной среды [1, 12J
использовали резину. Однако из-за невысокой стойкости ее при
больших давлениях процесс штамповки резиной получил сравни-
тельно небольшое распространение. В последние годы появились
новые синтетические материалы (полиуретан), которые значительно
превосходят резину по своим физико-механическим свойствам. Это
способствовало резкому расширению границ распространения вы-
тяжки с помощью эластичного пуансона (матрицы).
Практика показала, что вытяжка с применением полиуретана
целесообразна не только, в индивидуальном и мелкосерийном про-
изводстве, но и в серийном.
Вытяжка при помощи эластичного пуансона (матрицы) произ-
водится по двум основным схемам.
1. Эластичная среда работает в качестве пуансона и прижима
(матрица жесткая).
2. Эластичная среда работает в качестве матрицы (пуансон и
прижим жесткие).
Рассмотрим несколько конструкций штампов, внедренных в про-
изводство.
Штамп для вытяжки полусфер
Одна из особенностей вытяжных штампов (рис. 104) с эластич-
ным пуансоном — универсальность, которая достигается наличием
эластичного пуансона 7 и юменой сменных матриц-вкладышей, 6.
Штамп состоит из основания 2 с промежуточной плитой 5, скреп-
ленных болтами 1. На промежуточную плиту 5 устанавливается
сменная матрица 6, при этом фиксируется в нужное положение
своим кольцевым выступом в канавку промежуточной плиты 5.
В основание 2 вкладывается выталкиватель 4, который выталки-
вает готовую деталь с помощью полиуретанового буфера 3. Верх-
няя половина штампа 8 одновременно является и обоймой, куда
устанавливается полиуретановый пуансон 7, выполненный в виде
кольца и закрытый сверху плиткой 9.
252
Рис. 104. Штамп вытяжной: I— болт; 2 — основание; 3 — буфер; 4 —
выталкиватель; 5 — плита; 6 — матрица; 7 — пуансон; 8 — верхняя пли-
та; 9 — плитка; 10 — рым-болт.
Вытяжка деталей происходит следующим образом: заготовку
перед вытяжкой укладывают на сменную матрицу 6. Верхняя по-
ловина штампа с установленным в ней полиуретановым кольцом
(пуансоном) при опускании ползуна пресса касается заготовки, и
рабочая камера штампа замыкается. При дальнейшем опускании
ползуна пресса полиуретановое кольцо начинает действовать на
заготовку двумя путями: а) за счет сил трения, возникающих
между поверхностью кольца 7 и поверхностью заготовки, полиуре-
тановое кольцо и заготовка перемещаются в зону деформации на
радиус вытяжки; б) полиуретановое кольцо 7 деформирует заго-
товку на радиусе схода сменной матрицы 6.
В результате подачи заготовки в зону деформации и ее после-
дующего деформирования заготовка приобретает форму вкладыша
4, которая является полусферой с заданными размерами.
253
При движении верхней половины штампа ползуном пресса
вверх — вкладыш 4 при помощи буфера 3 выталкивает готовую де-
таль из матрицы штампа. Штамп готов для формовки следующей
детали.
Штамп вытяжной по жесткому пуансону
Штамп, показанный на рис. 105, принципиально отличается от
штампа (рис. 104) тем, что вытяжка деталей происходит по жест-
кому пуансону эластичной матрицей. Этот штамп позволяет произ-
водить перетяжку из предварительно вытянутых деталей (табл. 33,
п. 36, 37).
Рис. 105. Штамп вытяжной: 1 — основание; 2 — болт; 3 — крепежная план-
ка; 4 — шайба; 5 — гайка; 6 — толкач; 7 — прижим; 8 — фиксаторное коль-
цо; 9 — полиуретановое кольцо; 10 — прокладка; 11— верхняя плита; 12 —
винт; 13 — пуансон.
Конструкция штампа представляет собой блок на колонках
и втулках. На основании 1 устанавливается сменный пуансон 13,.
который крепится крепежными планками 3 при помощи болтов 2
и гаек 5 через шайбу 4. Верхняя плита 1 штампа выполнена за
одно целое с обоймой, в которой располагается эластичная матри-
ца 9. Прижим 7 с фиксаторным кольцом 8 служит для предупреж-
дения гофрообразования в вытягиваемой заготовке и действует от
пневматической подушки пресса через толкачи 6.
Процесс вытяжки происходит следующим образом. Заготовка
укладывается на прижим 7 и фиксируется фиксаторным кольцом 8.
254
Поверхности заготовки, прижима и полиуретанового кольца, кон-
тактирующих между собой, обильно смазываются для уменьшения
трения между скользящими поверхностями. При опускании верхней
плиты И штампа полиуретановое кольцо 9 (матрица) прижимает
заготовку к пуансону 13 усилием от ползуна пресса и деформирует
ее по пуансону. Прижим 7 под действием усилия от полиуретано-
вого кольца 9 постепенно (в ходе процесса вытяжки) опускается
вниз, позволяя фланцу заготовки перетекать в стенку детали.
При ходе ползуна пресса вверх обойма 11 с полиуретановым
кольцом 9 (матрицей) поднимается над вытянутой деталью, и при-
жим 7 снимает готовую деталь с пуансона 13. Штамп готов для
вытяжки следующей детали. .
Из описания конструкции штампа очевидна его универсальность.
При вытяжке деталей различных размеров и конфигураций следует
заменять только пуансон 13 и прижим 7 с фиксаторным кольцом 8.
Штамп для вытяжки мисок
Штамп, представленный на рис. 106, внедрен на одном из оте-
чественных заводов при массовом производстве мисок из нержа-
веющей стали. Внедрение штампа позволило повысить качество
мисок и отказаться от ручной операции зачистки следов и вмятин,
которые замечались ранее при производстве их в жестком штампе.
Штамп состоит из основания 1, на котором укрепляются мат-
рица 3 болтами 2, и штифтуется штифтами 10. Фиксаторная план-
ка 4, прикрепленная винтами 5 к матрице 3, служит для фиксации
заготовки перед вытяжкой. Верхняя половина штампа состоит из
прижима 6, прикрепляемого к прижимному ползуну пресса двойно-
го действия. К вытяжному ползуну пресса крепится переходная тум-
ба 7, в которой установлен полиуретановый пуансон 9 с помощью
винта 8.
Вытяжка деталей происходит следующим образом. Заготовка
из нержавеющей стали Х18Н10Т устанавливается над матрицей Зв
нужном положении при помощи фиксаторного кольца 4. При рабо-
те пресса прижимной ползун с прижимом 6 опускается вниз и ос-
танавливается над заготовкой, оставляя зазор между матрицей
и своей нижней поверхностью, необходимый для вытекания фланца
заготовки в зону деформации. После остановки прижимного пол-
зуна в его нижнем положении вступает в действие вытяжной пол-
зун пресса, и полиуретановый пуансон 9 вытягивает заготовку из-
под прижима 6, заставляя последнюю принимать форму матрицы 3.
Отверстие в основании матрицы 3 служит для выхода воздуха из
полости Матрицы.
Внедрение описанного штампа позволило получить экономиче-
ский эффект в десятки тысяч рублей.
255
Рис. 106. Штамп вытяжной: 1— основание; 2 — болт; 3 — мат-
рица; 4 — фиксаторная планка; 5 — винт; 6 — прижим; 7 — пе-
реходная тумба; 8 — винт; 9 — полиуретановый пуансон; 10 —
штифт; 11 — рым-болт.
Штамп для вытяжки деталей
по реверсивной схеме
Реверсивный метод целесообразно применять при штамповке
эллиптических и сферических днищ. При оптимальных режимах
можно получить разнотолщинность по сечению не более 10%.
Сущность реверсивной вытяжки состоит в формообразовании
глубокого кольцевого рифта по периметру штампуемой детали
с последующим выворачиванием рельефа до заданной геометрии.
Пооперационный порядок реверсивной вытяжки показан в табл. 33
(п. 32, 33, 34).
Вытяжной блок (рис. 107) состоит из следующих основных де-
талей. На основании 1 установлена обойма 6, укрепленная через
прокладку 3 болтами 15 и штифтами 2. В обойму 6 вставляется
сменная матрица 8, вкладыш-грибок 7 и выталкиватель 5. Вытал-
256
Рис. 107. Штамп вытяжной: 1 — основание; 2 — штифт; 3 — про-
кладка; 4 — буфер; 5 — выталкиватель; 6 — обойма; 7 — вкладыш-
грибок; 8 — сменная матрица; 9 — прижим; 10 — прокладка; 11 —
верхняя плита; 12 — обойма; 13 — болт; 14 — полиуретановый пуан-
сон; 15 — болт; 16 — рым-болт; 17 — штифт.
киватель 5 работает от буфера 4. К верхней плите 11 крепится
обойма 12 болтами 13. Прокладка 10 служит для выталкивания
отработанного полиуретанового пуансона.
Работа штампа заключается в укладке вкладыша-грибка 7 на
выталкиватель 5. Затем заготовку устанавливают на сменную мат-
рицу 8, далее верхнюю половину штампа смыкают с нижней при
помощи ползуна пресса. При дальнейшем ходе ползуна пресса по-
лиуретановый пуансон 14 деформирует заготовку по поверхности
грибка 7 и матрицы 8, и последняя принимает форму
первого перехода.
17 Зак. 524 257
Для второй операции вытяжки (выворот набранного материала)
вкладыш-грибок 7 удаляется. Заготовка первой операции уклады-
'вается на матрицу 8 и далее, как в первой операции, при смыкании
верхней и нижней половин штампа, полиуретановый пуансон 14
деформирует (выворачивает) заготовку и придает ей форму вкла-
дыша 5.
При соответствующем давлении полиуретановый пуансон 14 ка-
либрует вытянутую деталь и придает ей форму и размеры, задан-
ные чертежом.
Штамп для вытяжки коробчатых деталей
Для вытяжки коробчатых деталей предназначен универсальный
штамп, представленный на рис. 108, который состоит из блока
с направляющими колонками и втулками. На нижней плите 1 за-
креплено основание 3 для установки сменных пуансонов 13 с по-
мощью винтов 2 и штифтов 4. Фиксация сменного пуансона 13 от-
носительно основания 3 производится фиксаторами 6. В нижнюю
плиту 1 штампа устанавливается при помощи болта-оси буфер,
набранный из полиуретановых колец 18 и прокладочных 19 и ог-
раждающих 17 стальных колец.
Регулировка усилия буфера достигается вращением гаек 21 на
оси 20. Усилие от буфера через кольцо 17 и толкачи 4 передается
на прижим 14. В верхней плите 11 открыто окно для полиуретано-
вой матрицы 10, которая в случае износа извлекается из окна при
помощи прокладки 9. Крепление штампа к ползуну пресса осущест-
вляется хвостовиком 8, скрепленным с верхней плитой винтом 7.
Разгрузочный винт 5 служит для выведения пресса из распора
в случае его заклинивания.
Как видно из рис. 108, работа штампа в сущности очень проста.
Заготовка перед вытяжкой устанавливается на сменный пуансон
13. При рабочем ходе пресса половинки штампа смыкаются, и по-
лиуретановая матрица 10, действуя на заготовку, которая течет из-
под прижима 14, деформирует ее, заставляя принимать форму пу-
ансона 13, то есть □-образную.
При размыкании штампа готовая деталь снимается с пуансона
13 прижимом 14, действующим уже как выталкиватель от буфера
через толкачи 4. Таким образом, штамп готов для вытяжки сле,-
дующей детали. Рассмотренный штамп (рис. 108) универсален.
Для изготовления деталей требуется замена пуансона 13 и прижи-
ма 14.
Штамп для вытяжки тарельчатых деталей
Вытяжку деталей типа тарелок -образной формы с дном
эллиптической формы следует производить в штампе, показанном
на рис. 109.
258
Рис. 108. Блок универсальный вытяжной: 1— нижняя плита; 2— винт;
3— основание; 4 — штифт; 5 — разгрузочный винт; 6 —фиксатор; 7 —
винт; 8 — хвостовик; 9 — прокладка; 10 — матрица; 11 — верхняя плита;
12— втулка; 13— пуансон; 14 — прижим; 15 — колонка; 16 — штифт;
17— кольцо; 18— полиуретановое кольцо; 19— прокладочное кольцо;
20 — ось; 21 — гайка; 22 — рым-болт.
17*
Рис. 109. Штамп вытяжной: 1 — нижняя плита; 2— обойма-прижим;
3 — основание; 4 — колонка; 5 — пуансон; б — фиксатор; 7— при-
жим; 8— обойма; 9 — втулка, 10 — матрица; 11 — пружина; 12 —
болт; 13 — верхняя плита; 14 — хвостовик; 15,16 — прокладка; 17 —
винт; 18 — винт; 19 — пружина; 20 — пробка; 21 — толкач; 22 — ось;
23 — промежуточное кольцо; 24 — полиуретановое кольцо; 25 — коль-
цо; 26 — гайка; 27 — рым-болт.
Штамп смонтирован на блоке с направляющими колонками и
втулками. На нижней плите 1 установлены подвижная обойма-при-
жим 2, O'OHOBiaHHe 3, пуансон 5 и утопающий фиксатор 6, подпру-
жиненный пружиной 19 и резьбовой пробкой 20.
К нижней плите 1 также крепится буфер, состоящий из полиуре-
тановых колец 24, стальных опорных и промежуточных колец 23,
оси 22, ввернутой в плиту 1, толкачей 21 и регулирующих усилие
гаек 26.
Верхняя половина штампа включает верхнюю плиту 13 с уста-
новленными на ней: подвижной обоймой-прижимом 8, на которой
закреплено полиуретановое прижимное кольцо 7 винтами 18.
В обойму прижима 8 закладываются полиуретановая матрица
10 и стальные прокладки 15, 16. Обойма 8 подпружинена пружина-
ми 11, сидящими на подвижных болтах 12.
Вытяжка деталей производится в следующем порядке. Заготовка
перед вытяжкой укладывается на подвижный прижим 2, который
находится в верхнем положении под действием толкачей 21 от бу-
фера и фиксируется на утопающем фиксаторе 6. Верхняя половина
штампа с подпружиненной обоймой 8 и полиуретановой матрицей
10, опускаясь вниз под действием ползуна пресса, смыкается с
нижней половиной штампа. Заготовка оказывается зажатой между
прижимами 2 и 7. Далее прижим 2 опускается при постоянном
усилии от буфера вниз, и заготовка, вытекая из-под прижима, де-
формируется под действием полиуретановой матрицы 10 и прини-
мает форму пуансона 5.
При ходе ползуна пресса вверх половины штампа размыкаются,
готовая деталь прижимом 2 снимается с пуансона 5.
Штамп готов для вытяжки следующей детали.
Универсальный штамп для вытяжки деталей
Вытяжку колпачков и стаканчиков производят на универсаль-
ном штампе (рис. НО), который состоит из основания 7, скреплен-
ного с нижней плитой 8 винтами. На нижней плите укреплен бу-
фер. Описание буферов будет встречаться и ; в дальнейшем
(стр. 287).
В основании 7 штампа ставят и закрепляют винтом 10 сменную
матрицу 6 с выталкивателем 5. Верхняя часть штампа состоит из
контейнера 1, с помещенной в нем полиуретановой подушкой 4,
которую крепят винтом 3. Прокладка 2 и отверстие в дне контей-
нера предназначены для смены износившейся полиуретановой по-
душки.
Буферное устройство служит не только для удаления детали из
матрицы, но и для регулирования общего давления, чтобы пред-
отвратить гофрообразования. Штамп очень прост по устройству и
может быть рекомендован для вытяжки не только в опытном и
мелкосерийном производстве, но и в серийном. Работа штампа хо-
261
f
Рис. НО. Штамп вытяжной: 1— контейнер; 2 — прокладка;
3 — винт; 4 — подушка полиуретановая; 5 — выталкива-
тель; 6—матрица сменная; 7 — основание; 8 — плита ниж-
няя; 9 — буфер; 10 — винт.
рошо видна из его конструкции, показанной на рис. ПО. Для изго-
товления детали нужна только сменная матрица 6 с выталкива-
телем 5.
Групповой блок для вырезки
и вытяжки колпачков
Для изготовления колпачков и неглубоких стаканчиков в листо-
штамповочном производстве применяют различные штампы (вы-
рубные, вытяжные, комбинированные).
Комбинированные штампы, несмотря на их высокую стоимость,
чаще применяются на деталях массового характера, так как сокра-
щается количество операций. Недостатком существующих комби-
262
нированных штампов является их принадлежность к одной детали,
то есть каждая деталь имеет свой специальный штамп.
Д-А
а
Рис. 111. а — универсальный штамп для вытяжки:
1 — пуансон-матрица; 2— буфер; 3— пружина поли-
уретановая; 4 — ось; 5 — колонка; 6 — втулка; 7 —
верхняя плита; 8 — винт; 9 — хвостовик; 40 — штифт;
11— пружина; 12 — грибковый прижим; 13 — болт;
14 — толкач; 15 — ось.
263
5
Рис. 111. б — групповой блок: 1 — пуансон-матрица; 2 —
выталкиватель; 3 — прижим; 4 — упор; 5 — матрица;
6 — пуансон; 7 — прокладка; 8 — винт; 9 — втулка.
В настоящее время разработана конструкция штампа
(рис. 111а) группового блока. Конструкция группового блока
состоит из самого блока и сменного пакета. Блок состоит из плит
1—7 (между ними крепится сменный пакет колонки 5 и втулки 6),
служащих для направления пружины 11, болтов 13, грибковых при-
жимов 12, которые скрепляют верхнюю и нижнюю части сменного
пакета; хвостовика 9 со сферической опорой; буфера 2 для вытал-
кивания готовой детали.
Групповой блок (рис. 111,6) работает следующим образом.
При разомкнутом блоке заготовка укладывается на прижим 3 до
упора 4. При ходе ползуна пресса вниз заготовка зажимается меж-
ду прижимами 5 и вырубной матрицей 5, а вырубной пуансон-мат-
рица 1, соприкасаясь с заготовкой, вырубает на кромке матрицы 5
исходную заготовку для вытяжки колпачка.
При дальнейшем движении пуансона-матрицы 1 полиуретано-
вый пуансон 6 давит на исходную заготовку и, преодолевая упругое
сопротивление заготовки, заставляет ее принимать форму внутрен-
ней полости пуансона-матрицы 1, выполненной по чертежу. При
264
возвращении верхней части сменного пакета в холостое положение
выталкиватель 2 выталкивает готовую деталь из пуансона-матри-
цы 1, а полиуретановый пуансон 6 занимает положение в матрице-
обойме 5.
Штамп готов для вырубки и вытяжки следующей детали.
Блок позволяет получать колпачки различных конфигураций
и типоразмеров при наличии соответствующего набора сменных
пакетов.
Разработанная конструкция группового блока позволяет отка-
заться от изготовления специальных штампов, производить быст-
рую 1переваладку с одного типоразмера колпачка на другой.
Глава IX
ШТАМПЫ ДЛЯ РАЗДАЧИ И ОБЖАТИЯ
ХОЛОДНОШТАМПОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Штампы для раздачи
Для раздачи деталей на прессах простого действия служит
штамп, показанный на рис. 112.
Штамп состоит из нижней плиты 1, на которой установлена
лолуматрица 2 с помощью винтов 3 и штифтов /5: верхней плиты
Тис. 112. Штамп растяжной: 1 — нижняя плита; 2— нижняя полуматрица;
3 — винт; 4 — вкладыш; 5 — пуансон; 6 — верхняя полуматрица; 7—болт;
8 — буфер; 9 — верхняя плита; 10 — винт; 11— основание; 12— винт;
13 — штифт.
266
'9 с верхней полуматрицей 6, подпружиненной буферами 8 на болтах
7; полиуретанового пуансона 5, укрепленного на основании 11 при
помощи винта 12. Винт 10 служит для крепления основания 11 и
пуансона 5. В нижней полуматрице 2 выполнены отверстия для вы-
хода воздуха.
Штамп работает следующим образом. В разомкнутом положе-
нии заготовка закладывается в нижнюю полуматрицу 2 на вкла-
дыш 4. При -ходе ползуна пресса верхняя полуматрица смыкается
с нижней и образует внутреннюю поверхность, соответствующую
наружной поверхности штампуемой детали. В это же время пуан-
сон 5 входит в заготовку, при дальнейшем ходе он деформируется
и заставляет заготовку принимать форму полуматриц 2 и 6. В это
время полиуретановые буфера деформируются и прижимают верх-
нюю полуматрицу к нижней. При ходе ползуна пресса вверх полу-
матрицы 2 и 6 размыкаются, пуансон 5 выходит из детали. Штамп
готов для штамповки следующей детали.
На рис. 113 представлен штамп, предназначенный для работы
на прессе двойного действия. Он состоит из нижней полуматрицы
6, которую устанавливают на столе пресса; верхней матрицы 4,
крепящейся к наружному ползуну пресса, и полиуретанового пуан-
сона 3. Пуансон 3 крепят с помощью переходника 2 и пуансонодер-
жателя 1 к внутреннему ползуну пресса. В раскрытом состоянии
штампа заготовку 5 укладывают в нижнюю полуматрицу 6. Опус-
кают наружный ползун и цилиндрическую заготовку замыкают в
полости полуматриц 4 и 6.
Рис. 113. Штамп 4 для раздачи на
пресс двойного действия: 1—пуансо-
нодержатель; 2 — переходник; 3 —
пуансон; 4 —• верхняя полуматрица;
5 — заготовка; 6 — нижняя полумат-
рица.
При ходе внутреннего ползуна вниз под действием распределен-
ной нагрузки, возникающей при деформации полиуретанового пуан-
сона, происходит раздача цилиндрической заготовки. Цилиндриче-
ская заготовка приобретает форму матрицы.
267
Штамп для раздачи
с осевой подачей заготовки
Для раздачи деталей, требующих значительных деформаций
заготовки (что ведет к резкому утонению стенок детали), предус-
мотрен штамп (рис. 114). Данная конструкция штампа позволяет
производить раздачу детали с одновременной подачей заготовки
в зону деформации. Это позволяет раздавать заготовку без надры-
ва материала и его утонения.
1
2
3
4
6
7 Рис. 114. Штамп для раздачи с осе-
. вой подачей заготовки: 1 — плита
8 верхняя; 2 — пружина; 3 — цилиндри-
ческий боек; 4 — прижим; 5 — заго-
товка; 6 — пуансон; 7, 8 — полумат-
рицы.
Штамп состоит из верхней плиты 1 с закрепленными на ней
прижимом 4, подпружиненным пружинами 2, цилиндрического
бойка 3 и полуматрицами 7 и 8.
Работа штампа заключается в следующем. При разомкнутых
полуматрицах 7 и 8 цилиндрическая заготовка 5 устанавливается
в полуматрицу 8, затем следует смыкание полуматриц 7 и 8 и одно-
временный ввод пуансона 6 в заготовку. При дальнейшем ходе
ползуна пресса полиуретановый пуансон 6 деформирует заготовку
и одновременно прижим 4 под действием буфера 2 подает неде-
формированную часть заготовки в зону деформации, создавая бла-
гоприятные условия напряженно-деформированного состояния за-
готовки.
Штамп для обжатия
Изготовление деталей с резьбой типа цоколей ламп и им подоб-
ных производят в штампах (рис. 115). Штамп универсальный и со-
стоит из основания-обоймы 7 с установленным в ней пуансоном -4,
и полиуретановой матрицы-кольца 6. Цилиндрический боек 2 слу-
жит для приложения нагрузки на полиуретановое кольцо 6 от пол-
зуна пресса.
268
Рис. 115. Штамп для обжима цилиндрических деталей: 1— верхняя
плита; 2 — кольцо-боек; 3 — втулка; 4 — пуансон; 5 — деталь; 6 —
эластичная матрица; 7—контейнер; 8 — колонка; 9 — нижняя плита.
Перед обжатием заготовку укладывают в матрицу-обойму 7,
фиксируя на пуансоне 4. Затем в обойму 7 вкладывают матрицу-
кольцо 6 и прикладывают усилие от ползуна пресса через цилин-
дрический боек 2. Полиуретановое кольцо 6, преодолевая сопротив-
ление материала заготовки, заставляет последнюю принимать фор-
му пуансона. Штамп размыкают, извлекают полиуретановое коль-
цо 6, и готовую деталь свертывают с пуансона 4.
Штамп универсальный для обжатия
Штамп (рис. 116) смонтирован на блоке с направляющими ко-
лонками и втулками. На нижней плите И крепится основание 10
сменных пуансонов, по которым происходит обжатие детали, и фик-
сирующий штырь 9.
На верхней плите 2 с хвостовиком 1 смонтирована подвижная
обойма 6 с уложенной в ней полиуретановой матрицей 7, выпол-
ненной в виде кольца, и держатель 4. Для крепления обоймы б в
держателе предусмотрены два продольных паза, в пределах длины
которых обойма имеет возможность перемещаться в вертикальном
направлении и удерживается в пазах винтами 3.
Штамп предназначен для выполнения сборочных операций — по-
лучения неразъемного соединения путем обжатия с получением
269
/
Рис. 116. Штамп для обжатия:;
1 — хвостовик; 2 — плита верх-
няя; 3 — винт установочный,.
4 — держатель; 5 — колонка;.
6 — обойма; 7 — элемент поли-
уретановый; 8 — втулка на-
правляющая; 9 — штырь фик-
сирующий; 10 — основание;.
11 — плита нижняя.
кольцевых рифтов. Сборка устанавливается и фиксируется на пли-
те 10. При опускании ползуна пресса подвижная обойма (с разме-
щенным в ней полиуретановым элементом) входит в соприкоснове-
ние с плитой 10, участок сборки, подлежащий обжатию, охватыва-
ется полиуретановым элементом. При дальнейшем ходе пресса дер-
жатель, который служит одновременно бойком, деформирует поли-
уретановый элемент, и под действием нагрузки, возникающей
вследствие этой деформации, происходит обжатие сборки и полу-
чение кольцевых рифтов.
Глава X
ШТАМПЫ ДЛЯ ФОРМОВКИ И ОТБОРТОВКИ
ХОЛОДНОШТАМПОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Рельефная формовка находит все более широкое применение
в связи с применением штампов с полиуретановыми рабочими ча-
стями (высокая стойкость штампов, универсальность, хорошие ка^
чества получаемых деталей).
Блок для формовки и неглубокой гибки
Принципиально блок (рис. 117) не отличается от описанных
блоков и состоит из основания 8, на который устанавливаются смен-
ный жесткий пуансон 6, контейнер 2 с заключенной в нем полиуре-
тановой подушкой 4, прокладки 3 и хвостовик 1. Винт 5 служит
для крепления полиуретановой подушки в контейнере, и в случае
заклинивания пресса выворачиванием винта пресс можно вывести,
из заклинивания.
Рис. 117. Блок для формовки и гиб'
ки: 1 — хвостовик; 2— контейнера
3 — прокладка; 4 — полиуретановая
подушка; 5 — винт; 6 — сменный
жесткий инструмент; 7 — штырь;
8 — основание.
В описанном блоке можно производить не только формовку
и неглубокую гибку, но также и вырубку. Для этого на его основа-
ние ставится гладкий боек, размеры которого соответствуют окну
контейнера. Следует отметить, что вырубка на описанном блоке
менее удобна, чем на блоке с нижним расположением полиуретано-
вой подушки.
271
Постановка копира-пуансона с равномерным расположением от
краев заготовки затруднена, так как материал кладется сверху
копира-пуансона. В блоке же предусмотрено крепление съемного
копира-пуансона.
Блок для формовки и неглубокой вытяжки
На рис. 118 показан прямоугольный блок, предназначенный для
штамповки при повышенном давлении в пределах 15 кг/мм®.
Расположение контейнера с полиуретановой подушкой верхнее.
Верхняя часть блока состоит из контейнера 4, с заключенной в нем
полиуретановой подушкой 3. Сверху контейнер перекрыт плитой 1,
скрепленной с контейнером винтами. Прокладка 2 служит для пре-
дотвращения затекания полиуретана в разъем между контейнером 4
Рис. 118. Блок для формовки,
гибки, неглубокой вытяжки:
1 — плита; 2 — прокладка; 3 —
полиуретановая подушка; 4 —
контейнер; 5 — фиксатор; 6 —
основание; 7 — выталкиватель;
8 — пружина; 9 — плита; 10 —
резьбовая пробка.
и плитой. В противном случае необходимо очень тщательно приго-
нять плоскости контейнера и плиты или ставить винты большого
сечения, чтобы предотвратить отрыв контейнера от плиты в процес-
се работы.
Нижняя часть блока состоит из плиты 9 и закрепленного на ней
основания 6, на котором устанавливают и крепят жесткий сменный
пуансон (матрицу). Для крепления предусмотрены четыре резьбо-
вых отверстия и два фиксатора 5. Один фиксатор круглый, другой
ромбический. Сменный инструмент устанавливают и снимают не-
посредственно на прессе. В блоке предусмотрено выталкивающее
устройство, состоящее из плиты 7, четырех пружин 8 и четырех
резьбовых пробок 10. Резьбовые пробки служат для регулировки
усилия выталкивания, четыре штифта — для передачи усилия вы-
талкивания. Сам выталкиватель, с помощью которого произво-
дится снятие детали, изготовляют совместно со сменным инстру-
ментом.
Поскольку данный блок рассчитан на повышенное давление, то
зазор между станками контейнера и сменным инструментом дол-
жен быть весьма незначительным и составлять около 0,05 мм.
272
Штамп работает следующим образом. Заготовка перед формов-
кой укладывается на сменную матрицу. При ходе ползуна пресса
вниз обойма 4 смыкается, со сменным пуансоном и полиуретановая
подушка 3 деформирует заготовку по форме матрицы, при этом вы-
талкиватель занимает нижнее положение, сжимая пружины 8. При
размыкании штампа выталкиватель от пружин 8 через плиту 7 и
толкачи выталкивает деталь из матрицы.
Штамп формовочный
Штамп, указанный на рис. 119, предназначен для формовки
мелких деталей и состоит из основания 1, на котором крепится ос-
Рис. 119. Штамп формовочный: 1, 2 — основание; 3, 4 — винт; 5 — сменный
пуансон; 6—полиуретановая подушка; 7 — прокладка; 8 — верхняя пли-
та; 9 — втулка; 10 — пружина; 11— фиксатор; 12— колонка; 13— штифт;
14 — рым-болт.
18 Зак. 524
нование 2 винтами 3 и штифтами 13. На основании 2 устанавлива-
ется сменный пуансон 5, который фиксируется фиксатором 11 и кре-
пится винтом 4. Верхняя плита 8 штампа имеет окно, в котором
устанавливается полиуретановая подушка 6. Прокладка 7 служит
для удаления через отверстия в плите изношенного полиуретана.
Верхняя плита 8 штампа к ползуну пресса не закрепляется и
находится под действием пружин 10 в нерабочем положении так,
д-д
Рис. 120. Блок формовочный: 1— основание; 2 — промежуточная плита;
3— винт; 4-—разгрузочный винт; 5 — верхняя плита; 6 — хвостовик; 7—
прокладка; 8 — полиуретановая подушка; 9 — втулка; 10 — колонка;
11 — штифт; 12 — винт; 13 — рым-'болт; 14', 15 — фиксатор.
что .поверхность сменного пуансона -свободна, и поэтому можно
уложить заготовку перед штамповкой или снять готовую деталь
после штамповки.
Блок формовочный
Формовочный блок (рис. 120) предназначен для формовки де-
талей различных конфигураций и размеров. При замене формовоч-
ного пуансона на плоскую плиту он может служить так же как вы-
рубной.
Блок состоит из основания 1 с промежуточной плитой 2, прикреп-
ленной к ней винтами 12 и штифтами 11. Верхняя плита 5 с хвосто-
виком 6 одновременно является и обоймой, в которую закладыва-
ется полиуретановая подушка 8.
Блок универсален, и сменным инструментом является пуансон,
который устанавливается на промежуточную плиту 2, фиксируется
фиксаторами 14 и 15 и крепится винтами 3.
Блок формовочный универсальный
При формовке крупногабаритных деталей и штамповке дета-
лей, требующих больших усилий, используют блоки, один из кото-
рых показан на рис. 121. Особенностью данного блока является
/5 /2 Л <г> 9 р 7 6
Рис. 121. Блок для формовки: 1— нижняя плита; 2 —основание; 3—
полиуретановая подушка; 4 — прокладка; 5 — верхняя плита; 6 — ко-
лонка; 7— втулка; 8 — винт; 9,10—фиксатор; 11— штифт; 12 — винт; .
. 13 — рым-болт.
18* 275
наличие толстой стенки у контейнера, куда закладывается поли-
уретановая подушка.
Практика показала, что такие блоки наиболее удобны при фор-
мовке— ими также пользуются для вырубки и неглубокой гибки.
Блок состоит из верхней 5 и нижней 1 плит с направляющими
колонками и втулками. На нижней плите 1 устанавливается проме-
жуточная плита — основание 2 при помощи винтов 8 и штифтов 11.
Сменный рабочий элемент — пуансон накладывается на основа-
ние 2, фиксируется в нужном положении фиксаторами 9 и 10 и за-
крепляется винтом 12.
Наружные размеры сменного пуансона соответствуют внутрен-
ним размерам обоймы 5 с зазором 0,1—0,2 мм на сторону.
Верхняя плита 5 выполнена за одно целое с обоймой, в которой
установлена полиуретановая подушка 3. Прокладка 4 служит для
удобства удаления износившейся подушки из контейнера. С этой
же целью в дне контейнера просверлено несколько отверстий, че-
рез них полиуретановую подушку выбивают из обоймы.
Работа блока аналогична работе уже описанных блоков.
Штамп для отбортовки отверстия
Отбортовку отверстий различных конфигураций и размеров
выполняют на универсальном штампе (рис. 122). Штамп смонти-
рован на блоке с направляющими колонками и втулками. На ниж-
ней плите 1 врезано основание 2, которое служит посадочным мес-
том для сменных матриц 9. Матрица 9 укрепляется в гнезде осно-
вания с помощью винта 10. Верхняя плита 5 служит для укладки
полиуретанового пуансона 6 и прокладки 7.
Рис. 122. Штамп для отбортовки отверстий: 1 — нижняя плита; 2 — осно-
вание; 3 — колонка; 4 — втулка; 5 — плита верхняя; 6 — полиуретановая
подушка; 7 — прокладка; 8 — заготовка; 9 — сменная матрица; 10 — кре-
пежный винт; 11 — фиксатор.
276
Рис. 123. Штамп для отбортовки: 1 — основание; 2 — болт; 3 — винт; 4 — пуансон;
5, 6 — выталкиватель; 7—обойма; 8— вкладыш; 9— верхняя плита; 10—болт;
— хвостовик; 12 — прокладка; 13 — полиуретановая матрица; 14 — втулка;
15 — винт; 16 — колонка;/7 — пружина; 18—буфер; 19 — болт.
Перед отбортовкой заготовку укладывают на сменную матрицу
9, фиксируя отверстием по фиксатору 11. При смыкании половинок
штампа полиуретановый пуансон 6 действует на заготовку 8 и, пре-
одолевая сопротивление материала заготовки, заставляет послед-
нюю принимать форму сменной матрицы 9.
Таким образом, отверстие в заготовке отбортовано.
277
Штамп для двусторонней отбортовки
На рис. 123 представлен штамп для отбортовки деталей с внут-
ренней и наружной сторон.
Отличительной особенностью данного штампа является, как и
в описанных штампах, наличие полиуретановой матрицы, которая
позволяет получать детали с хорошей поверхностью без вмятин,
задиров и следов от матрицы и. пуансона.
Штамп смонтирован на блоке с направляющими колонками и
втулками и состоит из основания 1, на котором смонтированы пуан-
сон 4, укрепленный винтом 3, и выталкиватель 5, подпружиненный
пружиной 17 на болте 2, и выталкиватель 6, подпружиненный бу-
фером 18 и закрепленный болтом 19, верхней плиты 9 с обоймой 7,
закрепленной болтом 10.
В обойме 7 помещаются полиуретановая матрица 13 и вкладыш
8. Хвостовик 11 врезан в плиту 9 и служит для крепления верхней
половины штампа к ползуну пресса. Винт 15 удерживает полиуре-
тановую матрицу 13 в обойме 7 от выпадания.
Штамп работает следующим образом. Перед штамповкой заго-
товку укладывают над пуансоном 4 на прижимы-выталкиватели
5 и 6. Заготовка фиксируется отверстием по выступу прижима-вы-
талкивателя 6. ч '
При движении ползуна пресса вниз верхняя половина штампа
начинает смыкаться с нижней половиной, и полиуретановая матри-
ца 13 касается поверхности заготовки. При дальнейшем ходе пол-
зуна полиуретановая матрица 13 формует заготовку по пуансону 4,
последняя скользит над прижимами-выталкивателями 5 и 6, кото-
рые предупреждают ее от гофрообразования по наружному и внут-
реннему контурам.
Усилие прижима регулируется пружинами 18 и 17.
При разомкнутом положении штампа прижимы-выталкивате-
ли 5 и 6 снимают готовую деталь с пуансона 4 усилием со стороны
пружин 18 и 17.'
Описанный штамп, как и большинство штампов с полиурета-
ном, является универсальным. Заменяя детали 4, 5 и 6, можно
штамповать (отбортовывать) самые различные детали по разме-
рам, укладывающиеся в размер обоймы 7.
Глава XI
ШТАМПЫ КОМБИНИРОВАННЫЕ
ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СОВМЕЩЕННЫХ ОПЕРАЦИЙ
Штампы с использованием полиуретана применяют не только
для производства отдельных операций (вырубка, гибка, формовка
и др.), но и для выполнения совмещенных операций за один ход
пресса.
Рассмотрим несколько конструкций совмещенных и комбиниро-
ванных штампов.
Штамп комбинированный
для производства тарелок
На отечественных предприятиях в массовом производстве таре-
лок внедрен штамп, представленный на рис. 124. Штамп, как
обычно, смонтирован на блоке с направляющими колонками и
втулками.
В нижнюю плиту 1 врезана обойма-матрица 3, в которой зало-
жена полиуретановая матрица 4. Обойма-матрица 3 служит выруб-
ной матрицей для вырубки заготовки перед формовкой. Фиксаторы
21 и 23 служат для фиксирования полосы во время вырубки.
К верхней плите 11 крепятся прижим 5, подпружиненный пружиной
7 на болте 6, вырубной пуансон 8 на прокладке 10, выталкиватель
9, подпружиненный пружиной 12, и пуансон 17, закрепленный
к плите 11 винтами 13 и штифтами 15. Хвостовик 14 служит для
крепления верхней половины штампа к ползуну пресса.
Работа штампа происходит в следующем порядке. Полоса перед
вырубкой заготовки укладывается на матрицу 3 и фиксируется
по фиксаторам 21. При смыкании штампа, когда ползун пресса
опускается вниз, прижимом 5 под действием пружины 7 прижимает
полосу к матрице 3. В это же время вырубной пуансон 8 вырубает
заготовку перед формовкой на острой кромке матрицы 3. Далее,
по ходу ползуна пресса, полиуретановая матрица 4 формует вы-
рубленную заготовку по пуансону 17, нижней поверхности вытал-
кивателя 9 и внутренней поверхности вырубного пуансона 8 (вмес-
те их поверхности составляют фигуру тарелки), и заготовка полу-
чает форму и размеры, соответствующие чертежу.
279
Рис. 124. Штамп комбинированный: 1 — нижняя плита; 2 — винт;
3 — обойма-матрица; 4 — полиуретановая матрица; 5 — прижим;
6—болт; 7—пружина; 8— вырубной пуансон; 9 — выталкиватель;
10 — прокладка; 11 — верхняя плита; 12 — пружина; /3 —винт;
14 — хвостовик; 15, 16 — штифт; 17 — пуансон; 18 — втулка; 19 — ко-
лонка; 20 — прокладка; 21 — фиксатор; 22 — рым-болт; 23 — фик-
сатор.
Рис. 125. Штамп комбинированный: 1— плита нижняя; 2 — про-
кладка; 3 — обойма-матрица; 4 — колонка; 5 — полиуретановая мат-
рица; 6— прижим; 7 — пружина; 8 — втулка; 9— вырубной пуан-
сон; 10— прокладка; 11 — верхняя плита; 12 — штифт; 13— матри-
ца; 14 — пружина; 15 — хвостовик; 16, 17 — винт; 18, 19 — штифт;.
20 — фиксатор.
При ходе ползуна пресса вверх верхняя половина штампа под-
нимается, размыкая половинки штампа. Готовая деталь выталки-
вателем 9 снимается с пуансона 17 и сбрасывается в тару. Полоса
продвигается влево и вырубленным отверстием фиксируется на
фиксаторе 23, оставляя перемычку между вырубленными заготов-
ками примерно 2 мм.
При рабочем ходе ползуна пресса процесс повторяется.
Штамп комбинированный
для производства тарелок
Штамп, представленный на рис. 125, отличается от штампа на
рис. 124 тем, что пуансоном для формования профиля тарелки
служит полиуретановая подушка 5, а матрица 13 стальная и под-
пружинена пружинами 14. Рабочий цикл штампа аналогичен опи-
санному штампу, вырубка деталей производится также из полосы.
Качество деталей, полученных в шта'мпах (рис. 124 и 125), вы-
ше, чем у деталей, полученных в специальных жестких штампах.
Штамп комбинированный
для производства крышек
Штамп (рис. 126) смонтирован на блоке с направляющими ко-
лонками и втулками 1, 2, 4, 5, 8. На нижней плите 8 блока закреп-
лен контейнер 7, который одновременно служит и вырубной мат-
Рис. 126. Штамп комбинированный: / — хвостовик; 2— плита
верхняя; 3— пуансон вырубной; 4 — втулка направляющая; 5 —
колонка; 6 — подушка полиуретановая; 7 — контейнер; 8 — плита
нижняя; 9 — пуансон формовочный; 10 — съемник; 11— буфер;
12 — выталкиватель; 13 — винт-колонка.
рицей. В контейнере помещена полиуретановая подушка 6, которая
является формующим пуансоном. К верхней плите 2 блока кре-
пится вырубной пуансон 3 (часть его внутренней поверхности яв-
ляется формующей), в котором установлена подпружиненная фор-
мующая матрица 9 с выталкивателем 12.
Для съема полосы с вырубного пуансона 3, как и в обычном
штампе, предусмотрен съемник 10, закрепленный винтами-колон-
ками 13 и работающий от усилия буфера 11.
Работа штампа аналогична работе штампа, показанного на
рис. 124.
Штамп комбинированный
совмещенного действия
Для вытяжки колпачков с фланцем за один ход пресса служит
комбинированный штамп, показанный на рис. 127.
Рис. 127. Штамп комбинированный совмещенного действия: 1— ось; 2 —
гайка; 3 — опорная шайба; 4 — полиуретановое кольцо; 5 — толкач; 6 —
болт; 7 — винт-колонка; 8— нижняя плита; 9— пружина; 10 — донный
прижим; 11— пуансон; 12 — фиксатор; 13— прижим; 14 — матрица-кольцо;
15 — винт; 16 — плита верхняя; 17 — прокладка; 18 — полиуретановый пу-
ансон; 19 — винт; 20— втулка; 21 — штифт; 22 — колонка; 23 — штифт.
283
Детали вырубаются из полосы толщиной 1—2,5 мм. Штамп
смонтирован на блоке с направляющими колонками и втулками.
На нижней плите 8 укреплен вырубной пуансон 11 болтами 6 и
штифтами 23, внутренняя полость которого является матрицей для
вытяжки вырубленной заготовки. По наружному диаметру пуансо-
на 11 скользит съемник-прижим 13, подпружиненный пружинами 9
на винтах-колонках 7. Фиксатор 12 на съемнике служит для фик-
сирования полосы во время вырубки детали.
К нижнему основанию плиты 8 укрепляется буфер, служащий
донным прижимом и одновременно выталкивателем. Буфер состо-
ит из оси 1, ввёрнутой в плиту 8, опорных шайб 3, полиуретанового
колыца 4, гаек 2 и толкателей 5. Верхняя плита 16 одновременно
служит обоймой для полиуретанового пуансона 18 и основанием
для вырубной матрицы 14, которая закрепляется к плите винтами
15 и штифтами 21. Винт 19 предназначен для крепления полиуре-
танового пуансона в обойме, а прокладкой 17 выбивают изношен-
ный полиуретановый пуансон штырями через отверстия в плите 16.
Перед штамповкой полосу укладывают на прижим 13 и матри-
цу-пуансон 11. При ходе ползуна пресса вниз верхняя и нижняя
половины штампа смыкаются, и матрица-кольцо 14 вырубает круг-
лую заготовку на пуансоне 11. При дальнейшем ходе пресса поли-
уретановый пуансон 18 вытягивает вырубленную заготовку и в кон-
це рабочего хода калибрует. Донный прижим 10 поддерживает за-
готовку в устойчивом состоянии от осевого перемещения, поэтому
фланец вытянутой заготовки ровный по всему наружному диа-
метру.
При размыкании штампа, когда ползун пресса находится в верх-
нем положении, донный прижим — он же выталкиватель — выбра-
сывает готовую деталь из матрицы 11.
Полосу продвигают влево до упора 12 и фиксируют вырублен-
ным отверстием на последнем. Штамп готов для вырубки и вытяж-
ки следующей детали.
Штамп комбинированный
для облицовочных панелей
В настоящее время освоена штамповкой декоративная облицо-
вочная панель (рис. 128) размерами 900x900x1 мм с помощью
комбинированного штампа (рис. 129).
Штамп предназначен для работы на гидравлическом прессе
усилием 4000 тс и состоит из следующих деталей: верхней плиты 7,
выполненной с клиновидным хвостовиком для крепления к ползуну
пресса; прокладки 6; полиуретановой подушки 4, установленной
в составном, контейнере 3 и удерживаемой в верхнем положении
болтами 5; копира-пуансона 2, служащего для вырезки детали по
контуру, одновременно внутренний контур является гибочным
пуансоном для гибки бортов детали; матрицы 8, подпружиненной
284
Рис. 128. Панель декоративная для облицовки.
пружинами 11 и служащей для формовки фигуры детали («трех-
листника»); обоймы 10-, нижнего основания 12, скрепленного с
обоймой 10 болтами 1 и выполненного с клиновидным хвостовиком
для крепления к столу пресса.
Работа штампа заключается в следующем. Верхняя половина
его с помощью клиновидного хвостовика укрепляется в соответ-
ствующем пазу ползуна пресса, а нижняя часть штампа устанавли-
вается на стол пресса и крепится аналогично верхней половине
штампа.
Заготовка перед штамповкой укладывается на копир-пуансон 2
и фиксируется по фиксаторам 9. При ходе ползуна пресса вниз
верхняя половина штампа с полиуретановой подушкой 4 соприка-
сается с заготовкой и, преодолевая сопротивление срезу материала
на острой режущей кромке копира-пуансона 2, вырезает контур
будущей детали. Далее полиуретановая подушка 4 под действием
ползуна пресса развивает давление в контейнере 3 и производит
последовательно вначале гибку бортов детали на рабочем радиусе
внутренней кромки копира-пуансона 2 (в это время формовочная
матрица 8 опускается, сжимая пружины 11, до соприкосновения с
нижней плитой 12). После того как формовочная матрица 8 сядет
на нижнее основание 12,- происходит формовка фигуры «трехлист-
285
Рис. 129. Штамп комбинированный для облицовочных панелей:
1 — болт; 2— копир-пуансон; 3 — составной контейнер; 4 — полиурета-
новая подушка; 5 — болт; 6 — прокладка; 7 — верхняя плита; 8 — мат-
рица; 9 — фиксатор; 10—обойма; 11— пружина; 12 — нижнее ос-
нование.
ника». Для удаления воздуха из объема фигуры в матрице 8 про-
сверлены отверстия.
При размыкании половин штампа (при ходе ползуна пресса
вверх) формовочная матрица 8 под действием пружин 11 поднима-
ется вместе с деталью в верхнее положение. Готовая деталь снима-
ется со штампа, укладывается в стопы, и штамп готов для штам-
повки следующей детали.
Для технологичности и упрощения контейнер 3 изготовлен со-
ставным. Технология изготовления штампа описана в главе XVII
«Изготовление и наладка штампов с использованием полиуретана».
Глава XII
ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ И КОНСТРУКЦИЯ
РАБОЧИХ ЧАСТЕЙ ШТАМПОВ
Буфера полиуретановые
Полиуретановые буфера и прижимы (рис. 130) находят широ-
кое применение в различных конструкциях вырезных, гибочных,
формовочных, вытяжных и комбинированных штампах [24, 25].
В результате замены стальных буферов и пружин эластичными
упростилась конструкция, повысился срок службы штампов и при-
способлений, в которых требуется болыцрй коэффициент жестко-
сти.
Для изготовления буферов рекомендуется применять полиуре-
таны твердостью 65±5 единиц по шкале Шора.
Стойкость буферов, изготовляемых из отечественных полиуре-
танов СКУ-7Л и СКУ-6Л, достигает 200 000—250 000 циклов, при
этом относительная деформация буферов по высоте не должна пре-
вышать 25—30%.
Как показали опытные и расчетные работы, усилия деформи-
рования упругих элементов из полиуретана зависят от относитель-
ных и абсолютных размеров подушки, относительной деформации
и модуля упругости (жесткости) применяемого полиуретана.
При сжатии полиуретанового буфера его боковая поверхность
выпучивается, поэтому необходимо предусмотреть достаточные
полости для размещения буфера в штампе (рис. 130) из рас-
чета
d2=(l,25— l,8)di; h=- (1,5—2,6)di; Д2= (1,15— l,25)d2.
Силовая характеристика полиуретановых буферов близка к ли-
нейной. Работа буфера при сжатии превращается в теплоту, по-
этому его поверхность должна быть наибольшей для увеличения
теплоотдачи. Конструкция буферов может быть самой разнообраз-
ной (рис. 130) и зависит от общей конструкции штампа, достига-
емой относительной деформации буфера по высоте ДЯ/Я и требу-
емых усилий.
Как показал опыт, опорные поверхности буферов изнашиваются
быстрее, поэтому целесообразно применять, наборные буфера из
'287
a
Рис. 130. Конструкции полиуретановых буферов и пружин: а — наборный буфер;
€ — наборный буфер с провальным отверстием; в — наборный буфер закрытого
типа; г, о — буфера для прижимов; е, ж — полиуретановые пружины: 1 — шток;
2 — гайка верхняя; 3 — шайба верхняя; 4 — полиуретановое кольцо; 5 — проме-
жуточная шайба; 6 — нижняя шайба; 7 — шайба; 8 — гайка нижняя.
отдельных колец, это дает возможность заменять лишь отдельные
секции буфера.
В табл. 35, 36 и 37 приведены дайные по силовым характеристи-
кам и исполнительным размерам буферов и пружин, приведенных
на рис. 130.
Размеры буферов
Таблица 35
Размеры, мм. к рис, 130, а
Р1, КГС Р2, кгс Н h D D cl L /
100 220 180 20 55 20 Н12 230 14
160 290 185 20 70 26 М16 240 24
250 450 260 30 90 32 М20 340 30
400 780 265 30 . 125 32 . М20 340 30
630 1100 330 30 125 36 М24 420 40
ЮОО 1600 330 30 190 ' 36 М24 420 40
1600 2500 335 30 • 190 48 МЗО 430 50
2500 4000 340 30 240 57 М36 450 60
4000 6950 355 30 240 57 М36 460 60
6300 10200 370 30 240 68 М42 485 70
8000 14000 370 30 240 £8 М42 485 70
10000 16400 375 30 240 68 М42 500 1 ’ 80 \
Примечание. Рг— усилие предварительной нагрузки, кгс;
Р2 — усилйе рабочей нагрузки, кгс;
И—высота под предварительной нагрузкой, мм;
h — расчетный ход, мм.
Расчетный ход не должен превышать 25 % общей высоты набора полиуре-
тановых пружин.
Размеры контейнеров
Прежде чем определить ширину блока Впод (рис. 131), необхо-
димо вычислить ширину контакта Вк пуансона при его оптималь-
ном ходе, достаточном для формования детали :[2]. Вычислив эту
ширину, находим величину Впод из соотношения =(0,2—0,4).
°под.
Большие значения следует брать в том случае, когда необходимо
создать более высокое давление на заготовку.
Перед тем как определить высоту блока /1П0Д, необходимо вы-
числить требуемую величину хода пуансона' ha, достаточную для
полного формирования детали. После этого из соотношения
19 Зак. 524 289
Таблица 36
Размеры буферов с продольным отверстием
Размеры, мм, к рис. 130, в
Ри кгс Р2, кгс Н h D А d d, L 1
630 1300 200 280 430 20 32 50 190 190 190 80 М32 34 305 395 565 305 395 565, 50
1000 2000 200 28,0 430 20 32 50 240 240 240
1600 3300 215 295 450 20 32 50 240 240 240 110 М72Х6 53 .355 450 620 70
2500 • 5000 225 300 460 20 32 50 . 240 125 М80Х6 65 380 470 650 80
4000 8000 240 320 480 20 32 50 240 140 М90Х6 75 410 500 680 90
П мечание. Pj— усилие предварительной нагрузки, кгс;
Р2—усилие рабочей нагрузки, кгс;
Н— высота под предварительной нагрузкой, мм;
h — расчетный ход, мм.
Расчетный ход не должен превышать 25 % общей высоты набора полиуре-
тановых пружин.
Ап/Апод = (0,2—0,3) станет известна и толщина блока. Следует при
этом учесть, что подушки из полиуретана хорошо работают при де-
формации яе свыше.30%•
Длину полиуретановой подушки определяют размеры заготов-
ки по направлению гиба с добавлением 3—5 мм на сторону по
длине блока, например при размере гиба длиной 30 мм она соста-
вит 30+3+3=36 мм. Если размеры полиуретана меньше требу-
емых для подушки, то последнюю можно сделать составной, плот-
но подогнав отдельные блоки полиуретана друг к другу. От этого
качество гибки не снизится.
290
Таблица 37
Размеры пружин
• Размеры, мм, на рис. 130, ж
/2=0,5 /3 /з=0,7/3 Р3, кгс D d я0 /з
Ръ КГС
60 85 120 20 8 30 15
90 126 180 25 10 30 15
150 210 300 30 12 40 15
235 330 470 40 15 40 15
370 520 740 50 20 63 25
650 910 1300 60 20 65 25
850 1200 1700 70 25 100 40
1250 1750 2500 100 30 100 46
2000 2800 4000 100 30 100 40
3250 4550 6500 125 35 100 40
5500 7700 11000 150 35 100 40
Примечание. Р3 — усилие при деформации пружины — /3, кгс;
Р2— наибольшее рабочее усилие, кгс;
/2 — деформация при усилии Р2, мм.
Рис. 131. Схема штампа с эластичной Рис. 132. Вид контейнера в плане:
матрицей. 5К—толщина стенки контейнера; Дк—
внутренний (рабочий) диаметр контей-
нера; Д3—диаметр заготовки; сГд—диа-
метр детали.
19*
Определение толщины стенки -SK контейнера и соотношения
длин боковых стенок приведены на стр. 150—157.
Размеры рабочего окна круглого контейнера в плане (рис. 132)
подбирают из следующих соображений.
1. Определяют, наибольшие габариты детали, вырубку которой
(по условиям требуемого давления для вырезки) можно произво-
дить на подобранном оборудовании.
2. По габаритам детали в зависимости от толщины и рода ма-
териала (толщина и род материала влияют на высоту копира-пу-
ансона) определяют припуск, необходимый для вырубки детали со-
ответствующего качества.
3. Суммируя размеры наибольших габаритов детали, припуск
на обрезку и увеличивая полученную величину на 12—15 мм, полу-
чают необходимые размеры рабочего окна матрицы в плане.
Дк =г/д+припуск на обрезку+2 (12—15) мм.
Следует обратить внимание на то, что изготовление контейне-
ров больших размеров требует значительных размеров заготовок.
По этой причине контейнера изготовляют сборными. Об этом будет
сказано в главе XVIII.
Определение высоты полиуретанового
пуансона и внутренних размеров
матрицы для раздачи деталей
Из условия равенства объемов полиуретана до и в момент на-
грузки легко определяется высота полиуретанового пуансона для
разддчи деталей Vo= Vi, но так как К> = -4- й0, а Vi
то, сделав несложные расчеты, получаем:
Ло = Лд-Кр + (5 — 10) мм,
где h0 — высота полиуретанового пуансона до приложения
нагрузки, мм;
йд — высота детали, мм;
Кр— коэффициент раздачи, равный-^ .
Таким образом, определяем высоту пуансонов для раздачи де-
талей цилиндрической формы.
Для определения высоты полиуретанового пуансона для раз-
дачи деталей сложной пространственной формы можно использо-
вать с достаточной точностью соотношения объемов полиуретано-
вого пуансона до и в момент нагрузки, высчитывая объем в момент
нагрузки по элементарным объемам матрицы для раздачи.
На размеры детали, подвергаемой раздаче, влияют упругие
свойства (сокращения) материала, которые тем больше, чем твер-
же материал или, говоря точнее, зависят от того, на сколько отно-
292
шение предела текучести материала от.к пределу прочности ов )
отличается от единицы. Чем ближе это отношение к единице, тем
больше упругие сокращения материала.
К числу показателей, определяющих упругую отдачу, относятся
отношение предела текучести к пределу прочности и каждый в от-
дельности; модуль упругости материала Е, наибольшая относитель-
, Д/, — д/2
пая деформация —т-.—- .
1ЛI]
Предел прочности ов и предел текучестии от являются основ-
ными характеристиками [26], определяющими сопротивление ма-
териала деформированию. Чем выше предел прочности и предел
текучести, тем больше сопротивление деформированию и тем выше
напряжения, испытываемые материалом при штамповке. Металлы
и сплавы, имеющие высокий 'предел текучести, обладают высокой
упругой отдачей при раздаче (штамповке).
Модуль упругости Е характеризует жесткость материала, то
есть его сопротивление упругим деформациям при растяжении и
сжатии.
В работе [27] упругую отдачу и потерю устойчивости при дей-
ствии сжимающих напряжений рекомендуется выражать отноше-
нием модуля упругости Е материала к пределу текучести стт, то
есть — . При увеличении этого отношения, то есть при увеличении
модуля упругости и уменьшении предела текучести, упругая отдача
уменьшается.
Наиболее точно и полно, по мнению автора, характеризуют уп-
ругую отдачу примеры, рассмотренные в работе [26], где упругая
отдача зависит от предела текучести сгт, модуля упругости Е и ве-
личины деформации.
На рис. 133 приведены примеры упругой отдачи в зависимости
от различных факторов. Случай А соответствует низкому пределу
текучести от и небольшой величине упругой отдачи, что соответст-
вует низкоп.речным сталям и в отожженном состоянии.
Случай Б может служить объяснением причины высокой упру-
гой отдачи при обработке высокопрочных сталей и сплавов, обла-
дающих высоким значением предела текучести.
Случай В показывает, что увеличение общей деформации ХЦ
уменьшает относительную упругую отдачу.
Случай Г показывает, что при одинаковом пределе текучести
и деформации XI увеличение модуля упругости (по сравнению со
случаем Б) уменьшает упругую отдачу. Увеличение от до пу-
тем наклепа (увеличения переходов раздачи без отжига) при не-
изменном Е повышает упругую отдачу.
На основании описанных примеров можно численно опреде-
лить величину упругого сокращения диаметра заготовки по фор-
муле
293
Рис. 133. Влияние отдельных факторов на величину упругой отдачи.
До~Д1..О,25е , (178)
°т °в До
где Е — модуль упругости материала;
от — предел Текучести материала;
ав —предел прочности материала;
До— диаметр заготовки после раздачи (чертежный);
Д1 — диаметр заготовки перед раздачей;
е — относительное удлинение материала заготовки.
Определив упругое сокращение заготовки, можно определить и
исполнительный размер матрицы, по которой будет происходить
раздача, из формулы
ДМ=Л + ДД, (179)
где Дм—исполнительный размер матрицы;
Дг — наружный диаметр детали по чертежу;
АД— величина упругого сокращения.
Пример. Необходимо определить рабочие размеры матрицы
с учетом упругого сокращения заготовки для детали, наружный
диаметр которой (по чертежу) 218 мм, материал заготовки — сталь
294
Х18Н10Т, толщина 2 мм. Модуль упругости £=18830, относитель-
ное удлинение 8=0,176, относительная деформация
D°~D1- = 2°5~218 = 0,063 .
Do 2Uo
По формуле (178) определяем упругое сокращение заготовки.
Д£> = — • До~Д1 -0,25е = -0,47 -0,063 -0,25 -0,176 =
= 5,34-0,47-0,063-0,25-0,176 = 0,69 мм .
Окончательные размеры матрицы определяются из формулы
(179): Ди =ДГ+ДД=218+0,69=218,69 мм.
Проанализировав формулу 178, нетрудно заметить, что £/<гт
ат/ав и 8 для одного материала остаются постоянными. Значит,
изменяя деформацию заготовки, мы будем получать большие или
или меньшие значения упругого сокращения заготовки.
Исполнительные размеры копиров-пуансонов
Пуансон-копир изготовляется со всеми элементами контура
вырубаемой детали (рис. 134). Исполнительные размеры копиров-
пуансонов рассчитываются с учетом предельных отклонений раз-
меньшие значения упругого сокращения заготовки.
Исполнительный размер на пуансон-копир рассчитывается по
формуле
/’исп = Д#+(0д ±0,25Дд)] ±ДИЭГ, (180
где Рисп —исполнительный размер, мм;
Н — размер детали согласно чертежу, мм;
Од — предельные отклонения размера детали при вырубке
(табл. 3), мм;
Дд—допуск на изготовление детали, мм;
Д „аг—допуск на изготовление копира-пуансона, мм.
Углы наклона от режущих кромок выполняются в пределах
10—15°, высота рабочего пояска по периметру равна .1/3 высоты
самого копира-пуансона.
Чистота поверхностей копира-пуансона V 6, а режущей кромки
по периметру V 8.
Пример расчета исполнительных размеров копира-пуансона
(рис. 134,6). Расчет производим по формуле (180).
Размер детали 40В7; материал — БрОФ6,5—1,5; Я=40 мм\
Од = 0,3 мм; Дд = (—0,62); Дизг =0,1 мм, подставляя данные в фор-
мулу (180), определяем
Рисп = [40+(0,3—0,25 - 0,62)]— 0,1=40,15—0,1.
Соответственно рассчитаем исполнительный размер детали
(рис. 134, в).
295
аойииоя HdaMdjj 'fg[ -and
Размер детали 20А7 ( + 0,52): сплав алюминиевый марки
АД ГОСТ 4784—65; // = 20 мм; Од = 0,35 мм; Ад —0,52 мм;
Аизг=0,10 мм.
Рисп = 20+ (0,35 + 0,25-0,52) = 20,48+0,1.
Рассчитаем размеры детали (рис. 134, г).
Размер детали 40В7(—0,62);.. материал—сталь марки 10
ГОСТ 1050—60; /7=40 мм; Од=0 мм; Дд = —0,62; Дизг = (—0,1) мм.
Р„сп =40+ (0—0,25 • 0,62)—0,1=39,85—0,1.
Восстановление изношенной режущей кромки производится
путем шлифования плоскости, рабочей стороны.
Припуск на перешлифовку назначается в пределах 0,3—1,0 мм.
Дальнейшее увеличение припуска не целесообразно, так как уве-
личивается технологический припуск, ухудшается качество детали
(зависание отхода в отверстиях — просечка не всего контура).
Определение усилий, поднимающих матрицу,
и расчет болтов, удерживающих матрицу
Следует обратить внимание на такой фактор, когда давления,
развиваемые в контейнере, высокие — свыше 10 кг/мм2, а сам кон-
тейнер составной, то есть обойма крепится к нижней плите, или
верхней плите штампа болтами, то требуется расчет болтов на
прочность. Силы, возникающие при раздаче деталей, действуют
таким образом, что часть их поднимает заготовку, а с ней (через
силы трения заготовки о поверхность матрицы) и матрицу. По-
этому болтьц удерживающие матрицу на плите, должны рассчиты-
ваться на прочность.
Определим силы, которые поднимают (отрывают от основания)
матрицу. Эти силы зависят от давления, развиваемого полиурета-
новым пуансоном в матрице и площади, на которую они действу-
ют, и определяются по формуле
Г) п (Дтах ~ Д>) /1 о 1 \
/)под =-----4------(181)
где Рпод —усилие отрыва матрицы от основания, кг;
Дтах — наибольший диаметр матрицы, в ее нижнем основа-
нии, мм;
До — диаметр матрицы в ее верхнем основании, мм;
q — давление, развиваемое полиуретановым пуансоном (от
ползуна пресса), кг/мм2.
Диаметр болта выбирается из соотношения:
(182)
297
_ _____ 1
°ДОП -- »
(183)
где Р = Рпол— усилие отрыва, кг;
F—площадь поперечного сечения болта, мм2;
°доп—допустимый предел прочности, кг/мм2;
от— предел текучести, кг/мм2;
К— коэффициент запаса прочности, обычно
выбирают равным 2,5—3.
Площадь поперечного сечения болта
где d — диаметр болта, мм.
Далее из формул (182) и (184) определяем необходимый диа-
метр болта:
(185)
Глава XIII
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ
В процессе работы детали штампа вследствие их воздействия
на штампуемые заготовки и между собой (это происходит в основ-
ном при высоких нагрузках) получают деформации. Материал за-
готовки испытывает в основном остаточную пластическую дефор-
мацию— инструмент, наоборот, упругую (исчезающую). Но,
вследствие многократных нагрузок (иногда сотнями тысяч и даже
миллионов), материал инструмента в конце концов также получает
малую остаточную деформацию, приводящую к износу.
В процессе работы детали штампов с полиуретаном испытыва-
ют следующие воздействия:
1. Растяжение (контейнера, матрицы, периметр отверстий в ко-
пирах-пуансонах и др.), возникающее от больших растягивающих
или разжимающих усилий от полиуретановых пуансонов (мат-
риц).
2. Смешанная сложная деформация (контейнера, матрицы, при-
жимы) при одновременном действии различных разноименных
по знаку усилий.
3. Продольный и поперечный изгибы (плиты верхние и нижние,
длинные пуансоны, прижимы), возникающие при недостаточной
жесткости последних.
4. Смятие кромок копиров-пуансонов и плоских бойков, возни-
кающее от многократных нагрузок.
Появление остаточной деформации, особенно в контейнерах и
прижимах, приводит к изменению их размеров и к тому, что зазор
между бойком и контейнером увеличивается настолько, что стано-
вится невозможным поднять высокие давления в контейнере, не-
обходимые для деформации детали. Поэтому материал деталей
штампов должен назначаться из конкретных условий работы.
Для вырубных копиров-пуансонов важной характеристикой
стойкости является твердость режущей кромки, которая должна
быть выше твердости штампуемого материала.
Следует отметить еще одну положительную характеристику де-
талей штампов с полиуретаном. Для опытного и мелкосерийного
производства возможно применение вырубных копиров-пуансонов
из незакаленных сталей и даже из простых конструкционных ста-
лей марок Ст. 20; 30; 40 для вырубки деталей из мягких матери-
299
алов с ов = 8—18 кг/мм2. А при операциях гибки, неглубокой фор-
мовки и получения несложного рельефа пуансоны можно изготов-
лять из твердых пород дерева, пластмассы, которые по твердости
уступают штампуемым материалам.
В процессе штамповки полиуретаном (матрица или пуансон)
давление в контейнере распространяется во все стороны равно-
мерно, поэтому штампуемый материал плотно прилегает ко всей
плоскости копира-пуансона (исключая отверстия) с удельным
давлением, развиваемым в контейнере. При пробивке отверстий
малого диаметра или узких длинных пазов следует учитывать, что
давление в этом случае достигает очень высоких значений (поряд-
ка 15—40 кг/мм2), поэтому копир-пуансон работает на сжатие в
тяжелых условиях и может получить остаточную деформацию. .
При вырезке-пробивке материала копир-пуансон должен иметь
острые режущие кромки (иногда без термообработки). Наличие
в контейнере равномерного давления эластичной среды позволяет
долгое время сохранять стойкость копира-пуансона.
При выборе материалов для деталей штампов с полиуретаном
характеристиками оценки условий могут служить масштабы про-
изводства, физико-механические свойства штампуемого материала
и его толщина, удельная нагрузка на инструмент и характер тех-
нологической операции.
Масштаб производства определяет число необходимых рабочих
ходов, которые должен совершить штамп за год или за весь срок
службы. При единичном и мелкосерийном производстве, когда го-
довая программа ограничивается сотнями штук, высокостойких
штампов не требуется (этим требованиям и отвечают штампы с
использованием полиуретана). Поэтому для штампов с полиурета-
ном подбираются наиболее дешевые и менее стойкие материалы.
Для разделительных операций копиры-пуансоны изготовляются
из закаливаемых, но дешевых сталей, а иногда и без термообра-
ботки.
На выбор марки материала для копиров-пуансонов влияет кон-
фигурация детали. Если детали имеют сложную форму и для тер-
мообработки нетехнологичны, то выбирают высоколегированные
стали, которые в меньшей степени подвержены поводке. К таким
сталям относятся широко внедряемые за последние десять лет
хромистые 'стали типа Х12Ф1, Х12М, Х12ФМ, 9ХС, ХВГ и другие.
Для штамповки (вырезки и проколки) деталей, имеющих слож-
ную ажурную форму, копиры-пуансоны изготавливают из стали
МС-200, которая не требует сложной термообработки и не реаги-
рует на поводку. Вследствие этого копиры-пуансоны из стали
МС-200 изготовляют без припусков по чертежным размерам де-
тали.
Гибочные й формовочные пуансоны чаще всего закалке не под-
вергаются, так как процесс гибки и формовки на штампах с поли-
уретаном происходит без динамического удара. Для массового
производства следует применять термообработку, так как проис-
300
Таблица 38
краткие сведения об основных материалах, применяемых В штампах С Использованием полиуретана
Наименозание или марка материала Способ термооб- работки Твердость Допускае- мое давле- ние (ориен- тировоч- ное), кг/мм2 Рекомендации по применению Примечание о применении
HRC НВ
Полиуретан марки: СКУ-7Л СКУ-6Л СКУ-ПФЛ с твердостью 65—98 еди- ниц по Шору (шкала А) — — До 50 Исполняет функции матриц, пуансонов, прижимов, буфе- ров при давлениях, превы- шающих потребные усилия для деформирования штампуе- мого материала Для вы ;езки-пробив- ки, гибки, формозки, вытяжки, отбортовки, раздачи и других листо- штамповочных операций
Пластмассы на основе этилцеллюлозы типа ТАК-Э — — 17-8 1,5-2 Применяется в серийном производстве для деталей мат- риц или пуансонов с плавны- ми переходами При штамповке мяг- ких металлоз с ав < 20 кг/мм2 толщи- ной до 1,5 мм
Отвержденные эпок- сидные смолы ЭД-5, ЭД-6, Э-40 типа Эпок- си-2200 — — 14-15 7-8 При штамповке мяг- ких металлов с св < 18 кг/мм2 толщи- ной до 2,5 мм и сталь- ного листа с ав < 35 кг/мм2 толщи- ной до 1,5 мм
Стальное литье марок ЗОЛ и 40Л Отжиг, нормализа- ция — 150—200 10—12 Для плит блока, для контей- неров, для рабочих деталей формообразующих элементов —
Наименование или марка материала Способ термооб- работки Твердость
HRC НВ
Сталь 20 Цементи- ровать, ка- лить 58-62 —
Стали 30, 35, 40, 45 Стали Ст. 4 и Ст. 5 — — —
Стали 9ХС, Х12Ф1, Х12М, 4Х2С и им подоб- ные Калить 56-62 —
Сталь МС-200 Калить 60-64 —
Стали У8А, 6ХС, У7Х. 6ХВГС и др. Калить 50 -54 1
Сталь 65Г, 60, С2А Калить 45—48 —
Алюминиевые сплавы
Окончание таблицы 38
Допускае- мое давле- ние (ориен- тировоч- ное), кг/мм2 Рекомендации по применению Примечание о применении
' 20—25 Втулки, колонки и призмы направляющие, прижимы —
10-14 Хвостовики, съемники, кон- тейнеры, выталкиватели, дер- жавки нетермообработанные —
180- 220 Обоймы для запрессовки в незакаленные контейнеры, ко- пиры-пуансоны сложной фор- мы —
200-250 Тонкие ажурные копиры-: пуансоны с узкими и длин- ными перемычками
130—140 Тонкие копиры-пуансоны, работающие при высоких дав- лениях
150-160 Для пружинящих деталей штампов
Для формовочных пуансо- нов сложной конфигурации, но не требующих высоких давлений
ходит износ пуансонов (матриц) вследствие большого числа кон-
такта о поверхность заготовки.
Для гибочных, формовочных, иногда вытяжных пуансонов в по-
следнее время стали применять пластические массы, значительно
сокращающие сроки их изготовления, а также различные поли-
меры и пластмассы, армированные стеклянными или синтетичес-
кими нитями и тканями, которые дают высокую прочность, иногда
сравнимую со сталью.
При выборе материалов для контейнеров и матриц (для вы-
тяжки и раздачи) следует учитывать то, что они испытывают вы-
сокие давления (до 40 кг/мм2), действующие на разрыв стенок
контейнеров и матриц. Поэтому материалы контейнеров и матриц
должны обладать хорошей пластичностью с достаточной твердо-
стью.
Внимание!'МАТЕРИАЛЫ КОНТЕЙНЕРОВ И МАТРИЦ,
РАБОТАЮЩИХ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ НА РАЗРЫВ,
ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБАТЫВАТЬ НА УВЕЛИЧЕНИЕ ТВЕР-
ДОСТИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ.
Если необходимо иметь контейнер, в котором будут развивать-
ся большие давления (10—40 кг/мм2) и в то же время он должен
обладать относительно малым, весом, в этом случае в контейнер
запрессовывают закаленную обойму толщиной 15—25 мм. Это дает
возможность развивать высокие давления, и в случае разрыва за-
каленной обоймы ее удержит от рассыпания наружный слой кон-
тейнера (при этом он будет подвержен пластической деформации).
Для создания таблицы рекомендуемых материалов при изго-
товлении деталей штампов с использованием полиуретана восполь-
зуемся данными, приведенными в работе [23].
В табл. 38 даны некоторые характеристики наиболее распро-
страненных материалов для деталей штампов с полиуретаном с
нормами твердости и конкретными указаниями о их применении.
Глава XIV
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ШТАМПОВКИ
ЭЛАСТИЧНЫМИ СРЕДАМИ
Выбор прессового оборудования — важная задача в комплексе
организации листоштамповочного производства. При выполнении
конкретной технологической операции пресс выбирают с учетом
таких основных факторов: усилие пресса, ход ползуна, ход вытал-
кивателя и его усилия, размеры подштамповой плиты в плане
и закрытое штамповое расстояние, жесткость станины.
К основным требованиям по выбору прессового оборудования
могут быть дополнительные частные данные. Для работы на ком-
бинированных штампах с изготовлением деталей из полосы или
ленты желательно иметь оборудование, оснащенное автоматиче-
скими подачами (валковыми, шиберными, грейферными и др.).
При работе на штампах с использованием полиуретана требу-
ется оборудование с превышением по силовым характеристикам
против расчетного на 25—35% во избежание заклинивания прес-
сов. В отличие от штамповки на жестких штампах штамповка на
штампах с полиуретаном требует иного подхода при выборе обо-
рудования для выполнения операций.
Наиболее тяжелой операцией в энергетическом отношении яв-
ляется операция вырезки — проколки, так как усилие на ползун
возрастает резко, скачками, ибо приложение нагрузки происходит
на всю площадь полиуретановой подушки.
Характер приложения нагрузки является основным критерием
увеличения энергоемкости процесса, ибо, как было сказано, энер-
гия пресса передается через всю полиуретановую подушку, заклю-
ченную в контейнер, и только часть ее идет на полезную работу
вырубки — пробивки, а остальная (большая) часть энергии рас-
ходуется на деформирование полиуретановой подушки.
Исследования и характер внедрения в производственных усло-
виях позволили вывести отношение энергоемкости процесса
(табл. 39) вырубки — пробивки листовых материалов в штампах
с эластичной матрицей к энергоемкости этого процесса вырубки
на жестких штампах.
По расчетному удельному давлению q, на заданной величине
рабочей площади Рпод упругой матрицы может быть определено
усилие пресса по формуле (5).
304
Таблица 39
Формулы изменения энергоемкости процесса
Вид вырубки-пробивки Формула
Вырубка контура 1 _ Ml ‘Люд
^акт
Вырубка контура с отверстием 1 _ 4 • Люд
Робщ * ?отв
Пробивка отверстия при d < 5h > 0,64•/‘под
В
Пробивка отверстия при d = (5 — 10) h .... т _ 0.64-Люд-К В
Пробивка отверстия при d > ЮЛ 1 0,29 - Люд
h(D—1,57Л)
Люд — рабочая площадь эластичной матрицы, мм2;
Лкт— активная часть площади припуска, мм2;
РОбщ — общий вырубаемый периметр, мм;
Атв — периметр отверстия, мм;
Р — радиус отверстия, мм;
К — коэффициент использования площади;
h — высота копира-пуансона, мм;
D — диаметр отверстия, мм.
Рпр = 1,3?-РПОД,
где q — давление, необходимое для вырезки детали, кгс/мм2;
РПод—рабочая площадь полиуретановой подушки, мм2.
Для выполнения операций вырезки — проколки на блоках с
полиуретановой матрицей могут быть рекомендованы прессы меха-
нические кривошипные простого и двойного действия, закрытые и
открытые, прессы гидравлические, винтовые фрикционные молоты
(прессы).
Для формовочных, гибочных, отбортовочных и операций раз-
дачи и обжима можно использовать ту же гамму прессов, что и
для операций вырезки — проколки. Для подсчета усилий пресса
пользоваться следующими формулами:
1. Для операций гибки в открытом объеме
^ = ^•1,3,
гдеР? = 3 • ов- В Ki — усилие, необходимое для гибки, кгс;
3 — толщина детали, мм;
сгв—предел прочности материала, кгс/мм2;
В — ширина заготовки (длина гиба), мм;
/Ci — коэффициент, учитывающий влияние угла
при коэффициенте жесткости эластичной
матрицы, равным 0,4.
20 Зак. 524
305
2. Для операций гибки в замкнутом объеме
Pnp = K.^F,
0,55gb-52 - it
rjifi q=-—jf---давление, необходимое для гибки детали, кгс/мм2;
F — площадь полиуретановой матрицы, ммг;
Н — длина отогнутой полки, мм.
3. Для операции отбортовки отверстий
Рпр = К.^.р,
а) для отбортовки с предварительно открытым отверстием
Gt • S2 > Gt ‘5 > л
? = -27р +j^-6Kr/MM ’
где Н — высота отбортовки без учета толщины материалов, мм;
/?отб — радиус отбортованного отверстия, мм.
б) при отбортовке с одновременной проколкой отверстия (от-
рывом дна) —для отверстий диаметром до 35 мм
где d — диаметр отверстия, мм;
для отверстия диаметром свыше 35 до 70 мм
п__4aB-S т-
для отверстия диаметром свыше 70 мм
<sB-S-d
Ч ~ 1,1Л (rf — 1,57/г) ’
где h — высота матрицы, мм
К=1—2 — коэффициент, зависящий от отношения высоты матрицы
к диаметру отверстия.
в) при отбортовке с технологической прокладкой
/1 1 \
q ~~ (дз Ю/ °в •
4. Для операции формовки усилие пресса равно
/>пр = К-Д.<7;
а) удельное давление для формовки ребра жесткости круглого
сечения
Ч 3B-L ’
где Н — высота ребра жесткости, мм;
В — ширина ребра жесткости, мм;
L — единичная длина формуемого элемента, мм;
306
б) удельное давление формовки ребер жесткости прямоуголь-
ной и трапецеидальной формы
а = 5п'5
4 3Kq ’
где Rq—радиус сопряжения ребра жесткости с плоскостью де-
тали, мм.
5. Для операции раздачи требуемое усилие подсчитывается по
формуле
Лр = Рр + Яж. п + Ро. п кг ,
где Рр—усилие, необходимое для раздачи требуемой заготовки
или полого изделия, кгс;
Рем. п — усилие, необходимое для деформации пуансона, кгс;
Ро. п — усилие осевого подпора заготовки, кгс.
Операции вытяжки рекомендуется производить на гидравличе-
ских прессах, если это касается вытяжки крупных деталей
0>2ОО мм и когда полиуретановая среда служит одновременно
и пуансоном и прижимом. Там, где эластичная среда служит толь-
ко пуансоном, вытяжку возможно производить на механических
прессах.
Вытяжку мелких и средних деталей и деталей с невысокими
бортами, простыми по конфигурации, можно производить на лю-
бом прессовом оборудовании, предназначенном для выполнения
подобных операций в жестких штампах.
Усилие, необходимое для выполнения операций вытяжки, опре-
деляется по формуле
Рпр Vmax ‘ ^копт э
где ^тах — максимальное давление, необходимое для вытяжки де-
тали, кг/мм2;
FK0HT— площадь контейнера, мм2;
2ат -5 , 2
7max = КГ/ММ2 ,
' min
Гтт — радиус сопряжения стенки с дном, мм.
Предохранительные устройства
Ввиду большой энергоемкости процесса штамповки листовых
деталей в штампах с использованием эластичных сред необходимо
предусматривать предохранительные устройства.
Для защиты кривошипных прессов от внезапных перегрузок,
которые могут быть вызваны самыми различными причинами
(халатность при настройке, выворачивание штока ползуна во
время работы и др.), устанавливают специальные предохранитель-
ные устройства.
20*
307
Предохранительные устройства в отечественном прессострое-
нии ограничивают наибольшее усилие, передаваемое на ползун,
или наибольший крутящий момент в элементах привода. Предохра-
нители могут быть восстанавливающимися и разрушающимися.
Практика .эксплуатации предохранительный устройств, встраи-
ваемых непосредственно в штамповые контейнера и блоки, позво-
ляет рекомендовать устройства, представленные на рис. 135.
Самовосстанавливающееся предохранительное устройство (рис.
135, а, б) встраивается непосредственно в стенку контейнера и со-
стоит из вкладыша 3, прокладки 4, полиуретанового буфера 5 и
заглушки 6.
Работа устройства очень проста и заключается в следующем.
При рабочем ходе пресса, когда ползун пресса находится в нижнем
положении, боек 1 действует на полиуретановую подушку 2, и в
контейнере 7 создается соответствующее давление (зависит от уси-
лия на ползуне пресса и площади полиуретановой матрицы), кото-
рое действует на все стороны контейнера одинаково. Это давление
с той же величиной действует на вкладыш, который под действием
полиуретанового буфера (деформация которого рассчитана на оп-
ределенное критическое давление) остается в нормальном рабочем
положении до тех пор, пока давление в контейнере не превысит
критического.
В случае перегрузки, вследствие какой-либо причины, давление
в контейнере резко возрастает и передается на вкладыш 3, кото-
рый через прокладку 4 воздействует на полиуретановый буфер 5.
Площадь буфера, коэффициент формы и модуль упругости рас-
считаны на величину, превышение которой позволяет буферу де-
формироваться. При деформировании буфера 5 вкладыш 3 утопает
и этим освобождает объем для заполнения его частью полиуретана
и сбрасывания давления в контейнере.
Из конструкции (рис. 135, а, б) и описания предохранительного
устройства видны его универсальность и автоматическая работа.
Предохранительный болт 4, ввернутый в контейнер 3 (рис. 135, в,
г), служит для быстрого выведения пресса из распора, если это
произошло. Выворачивая болт из контейнера на несколько оборо-
тов, увеличиваем объем контейнера, который заполняет полиуре-
тан, и давление в контейнере убывает, выводя пресс из состояния
распора.
Предохранительное устройство, показанное на рис. 135, д, е, яв-
ляется не самовосстанавливающимся и состоит из шайбы 4, кото-
рая изготавливается из соответствующей стали и толщины и под-
вержена закалке. Под шайбой 4 имеется пространство, закрытое
заглушкой.
При возрастании давления в контейнере свыше критического
шайба, упирающаяся в заплечики контейнера, ломается их под
действием полиуретана устремляется в пустое пространство в
стенке контейнера, освобождая место для полиуретановой подуш-
308
1
Рис. 135. Предохранительные устройства в блоках с использованием
полиуретана.
а — контейнер с самовосстанавливающимся предохранительным устрой-
ством: / — боек; 2— полиуретановая подушка под нагрузкой; 3 —вкла-
дыш, воспринимающий нагрузку; 4— прокладка; 5 — полиуретановый
буфер; 6 — заглушка; 7—-контейнер; б — положения самовосстанавли-
вающегося предохранительного элемента в момент перегрузки; в — пре-
дохранительный болт для выведения пресса из распора; г — положение
предохранительного болта в момент разгрузки контейнера: 1 — боек;
2 — полиуретановая подушка; 3— контейнер; 4 — предохранительный
болт; д, е — разрушающийся предохранительный элемент до и в момент
перегрузки: 1 — боек; 2 —- полиуретановая подушка; 3— контейнер;
4 — разрушающаяся шайба; 5 — заглушка.
ки. Давление в контейнере падает, и пресс предохраняется от за-
клинивания или поломки.
При поломке пластинки 4 полиуретановую подушку 2 извлека-
ют из контейнера и устанавливают новую пластинку 4. После это-
го блок готов для дальнейшей работы.
Предельное усилие, срезающее разрушающийся предохранитель
(пластинку 4) с одного раза, подсчитывается по формуле [28]
Рп? = , (186)
где Рпр — предельное усилие на ползуне пресса, кг;
а — диаметр срезаемой пластины 4, мм;
5 — толщина срезаемого слоя, мм;
тв — предел прочности по касательному напряжению, кг/мм2
тв =76 кг/мм2.
Обычно пластинку изготовляют из стали 45, закаленной до
НВ 250=280. Механические свойства стали:
ав 95 кг/мм2 ;
ат = 75 кг/мм2;
тв ~ 0,8ав = 76 кг/мм2 ;
тт = 0,8ат = 60 кг/мм2 .
°-2- = 1,27 < 1,3.
ТТ
При длительной работе вследствие усталости металла предель-
ное усилие Рпр будет несколько понижаться. Если это не жела-
тельно, следует заменить пластинку новой, тех же размеров. Ни
в коем случае не следует увеличивать диаметр и толщину среза-
емого слоя, так как это может привести к перегрузке и аварии
машины.
Пр и мер 1. Необходимо рассчитать диаметр и толщину слоя
предохранительной пластинки 4 (рис. 135, д, е), изготовленной из
стали 45 и закаленной до твердости НВ 250-280. Максимальное
давление для какого-то определенного блока задаем 16 кг/мм2.
Это значит, на 1 мм2 рабочей площади полиуретана приходится
давление в 16 кг.
Определим необходимую толщину пластинки из формулы (186):
Рпр =jxz/<Stb,
где Рпр—усилие, создаваемое на ползуне пресса, или, что то же
самое, Рпр =q • Fn, где q— давление, развиваемое на
рабочей площади подушки (с той же величиной оно*
действует на пластинку 4 (рис. 135, д, е);
Fn — площадь пластинки 4, мм2, тогда усилие, действующее
на пластинку 4, определим из:
Рпл = q '
зю
где. Рпл — усилие, действующее на пластинку 4 со стороны поли-
уретановой подушки;
q— давление, развиваемое полиуретановой подушкой;
Fn., — площадь пластинки 4, диаметр пластинки задаем про-
извольно; в нашем случае — 25 мм,
тогда
о 3,14-253 лпп ,
Лл = —J----= 490 мм2.
Подставляя известные величины в формулу Рпл = ^-Лгл.
получим Рпл = 16 • 490=7800 кгс. •
Далее из формулы (186) находим толщину пластинки
Т^ПЛ = 'KClS'tg.
Подставляя все найденные и известные величины, определяем
толщину 5: 7800 = 3,14 • 25 • 5 • 76,
с 7800 .
S — 5900 “ 1’35 мм-
Из рассмотренного примера следует, что при заданном давле-
нии, равном 16 кг/мм2 в штамповом блоке и при заданном диамет-
ре разрушающей пластинки 25 мм, ее толщина в закаленном со-
стоянии должна быть не выше 1,35 мм.
Пример 2. Необходимо рассчитать рабочие элементы нер.аз-
рушающегося предохранительного устройства, показанного на
рис. 135, а, б. Максимальное давление, развиваемое в контейне-
ре,— 16 кг/мм2, диаметр вкладыша 4 — 25 мм. Нужно определить
диаметр, толщину и марку полиуретанового буфера.
Определим усилие, с которым давит полиуретановая матрица
на вкладыш 4.
•^ВКЛ - Я' ^*вкл>
где Рвкл —усилие, действующее со стороны полиуретановой мат-
рицы на вкладыш, кгс;
q— давление со стороны полиуретановой матрицы, прихо-
дящееся на 1 мм2 площади вкладыша 4, кгс/мм2;
FBKJI— площадь вкладыша, мм2.
Подставляя известные величины в формулу, находим
Л>кл =Я ^вкл = 16 • 490=7800 кгс.
Зная, что на вкладыш 4 действует усилие в 7800 кг, опреде-
лим, какой нужен полиуретановый буфер по формуле
Р6уФ = ^.Р-Р, (187)
где РбУф — усилие со стороны буфера, кгс;
ДЯ— величина деформации под нагрузкой 7800 кг, равная
1 см;
И—первоначальная величина (до нагрузки) полиуретано-
вого буфера 3 см;
311
F — опорная площадь полиуретанового буфера 42 см2;
Е — модуль упругости полиуретана СКУ-ПФЛ с коэффици-
ентом формы 0,62 определяется из графика (рис. 32),
который равен 570 кг.
Подставляя найденные величины в формулу (187), находим
Рбуф = 42 • 570 = 7900 кг.
Из этих расчетов можно сделать вывод: для того, чтобы сраба-
тывало самовосстанавливающееся предохранительное устройство
при удельном давлении в контейнере 16 кг/мм2 (что равно 7800 кг
на вкладыш 4), необходимо размеры полиуретанового буфера вы-
полнить: диаметр — 74 мм; высота 30 мм; предварительная дефор-
мация— 10 мм; марка полиуретана — СКУ-ПФЛ.
Глава XV
ОРГАНИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСНОГО УЧАСТКА
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
В ШТАМПАХ С ПОЛИУРЕТАНОМ
Штамповая оснастка с использованием полиуретана за послед-
ние два-три года получила широкое распространение в производ-
стве. По данному вопросу издано значительное количество статей
(зарубежных и отечественных). Все это дало возможность предло-
жить организацию комплексных участков штамповки листовых де-
талей в штампах с использованием полиуретана [40].
Организация такого участка зависит от:
выбора и наличия соответствующего прессового оборудования
по усилиям и габаритам;
разработки технической документации технологической подго-
товки производства;
проектирования и изготовления комплекта универсальных
штамповых блоков и штампов с использованием полиуретана.
В листовой штамповке применяют различное кузнечно-прессо-
вое оборудование: механические прессы кривошипные (эксцентри-
ковые), прессы простого и двойного действия, винтовые фрикцион-
ные и прессы гидравлические.
Выбор прессов производят по основным техническим характе-
ристикам: усилию, мощности, числу ходов ползуна в минуту, вели-
чине хода ползуна, закрытой высоте и размерам в плане стола и
ползуна пресса.
В главе XIV описан порядок выбора пресса для выполнения
различных операций листовой штамповки с использованием поли-
уретана. Усилие, развиваемое прессом, должно быть всегда боль-
ше усилия, требуемого для штамповки по расчету. При этом не
следует забывать, что в справочниках, каталогах и паспортах обо-
рудования (пресса) указано усилие, которое он развивает в конце
хода (вблизи нижней мертвой точки).
Разработка технической документации, которая основывается
на материалах [1, 2, 3, 4], позволяет определить номенклатуру
деталей для изготовления их на оснастке с использованием поли-
уретана. ’
313,
Технологическая подготовка цеховыми технологами должна
производиться в несколько этапов, основными из которых явля-
ются: классификатор; расчет усилий штампрвки и размеров заго-
товок; выбор оборудования и определение оптимального набора
технологической .оснастки и разработка техдокументации.
I. Классификация осуществляется в два приема^
Первый — разбивка деталей на классы по видам технологи-
ческих операций — вырезка, пробивка, гибка, формовка и т. д.
Второй —разбивка каждого класса на подклассы и группы
в зависимости от конструктивных элементов деталей и отсеивание
нетехнологических деталей. Например, класс гнутых деталей де-
лится на два подкласса — детали для гибки на свободной поверх-
ности полиуретана и для гибки в замкнутом объеме. Деление на
группы гнутых деталей, полученных за один ход пресса, за два хо-
да пресса, и т. д.
Основные критерии (некоторые величины для упрощения пост-
роения техпроцесса, без особых погрешностей, даются приближен-
но) технологичности деталей при штамповке на полиуретане сле-
дующие:
При. вырезке.
1. Материал — любая сталь, в том числе электротехнические
-стали Э11, Э12; медь и ее сплавы — латунь, бронза, алюминий и
•его сплавы: никелевые сплавы — пермаллой, мельхиор, нейзильбер,
неметаллические материалы — пленки, бумага, гетинакс, тексто-
лит, картон, слюда, паронит.
2. Толщина материалов 5 не более: стали Э11, Э12 — 0,8 мм;
прочие стали, медь, латунь, алюминиевые сплавы — 3,0 мм; брон-
за, пермаллой— 10 мм; мельхиор, нейзильбер — 1,5 мм; неметалли-
ческие материалы — пленки, бумага, слюда — 0,2 мм, картон, па-
ронит, текстолит — 0,6 мм.
3. Чистота среза не выше V 3 для деталей толщиной до 3,0 мм
и V 5 для деталей толщиной до 0,25 мм.
4. Неплоскостность не оговорена в чертеже — для пружинных
материалов типа сталь 65Г; У8 и т. д.
5. Минимальный диаметр пробиваемых отверстий— (3,5—
5,0) 5 мм.
6, Минимальная ширина пазов — 10 5, при отношении длины
паза к ширине <3,0.
7. Минимальная перемычка между отверстиями равна 3 5, ми-
нимальное расстояние между отверстиями и контуром детали — 5 5.
При гибке.
1. Материал — сталь, латунь, медь, алюминиевые сплавы тол-
щиной до 3,0 мм.
2. При гибке на свободной поверхности полиуретана минималь-
ный размер отгибаемых полок а = 7?+5 5,
где 7?— радиус гиба, мм.
314
.Минимальный радиус гиба 7?min =0,855.мм.
3. При гибке в замкнутом объеме минимальный радиус гиба
/?пйп =0,55 — при оформлении радиуса по жесткому пуансону
и Р min — 1,0 5— при оформлении радиуса полиуретаном. Макси-
мальный размер отгибаемых полок А при высоте детали Н равен
0,8 Н мм.
При вытяжке.
1. Материалы — стали, в том числе нержавеющие, латунь, алю-
миниевые сплавы толщиной до 3,0 мм.
2. Коэффициент вытяжки К= -4- (диаметР детали)
И (диаметр заготовки)
К>0,65 — для деталей без фланца;
К>0,60 — для деталей с фланцем;
К>0,58 — для сферических деталей.
II. Расчет усилий и размеров заготовок является необходимым
условием для принятия решения о возможности последующего
выбора оборудования и определения набора оснастки. Для выпол-
нения расчета по каждой операции имеются свои расчетные зави-
симости.
Операция вырезки и пробивки
Заготовка при вырезке может быть на одну или несколько де-
талей, но расчет заготовки, как правило, производится на одну
деталь.
Односторонний припуск а для вырезки деталей по контуру оп-
ределяется по формуле
а = я-h. = 3,1'4Амм , (188)
где h — высота пуансон-матрицы, мм (табл. 4). Следовательно,
размеры заготовки А и В будут
А = + 6,28А мм , (189)
В = Bi + 6,28Л мм ,
где At и Bi — габаритные размеры детали, мм.
Потребное усилие для штамповки деталей определяется по
формуле
P = q • F кгс,
где Р — усилие пресса, кгс;
q— удельное давление, необходимое для выполнения той или
иной операции, кгс/мм2;
F — площадь полиуретановой матрицы, мм2.
Удельное давление для вырезки контура определяется по фор-
муле
д = тср-5-К кг/мм2, (190)
315
где тср — сопротивление материала при срезе, кгс/мм2;
5 — толщина материала, мм;
К — расчетный коэффициент, 1/м,м (приведен в табл. 40).
Удельное давление для пробивки отверстий определяется по-
формулам:
а) для отверстий d^5h
d = (191)
d
где d — диаметр пробиваемого отверстия;
б) для отверстий d= (5+10) h
4tC0-S
q = —~j—W, (192)
где К' — коэффициент, учитывающий отношение диаметра отвер-
стия к высоте копира;
в) для отверстий d> 10 h подсчитывается как для внутреннего
контура
*^ср * S ’ d
Ч = 1,57Л) ’
г) для отверстий сложной формы
тср • S • РОТВ
Q= ₽ 1
г отв
где Ротв —периметр пробиваемого отверстия, мм;
F0TB— площадь пробиваемого отверстия, мм2;
д) для пазов
тср ’ • Рпаза
Q = 1
г паза
где Рпаза — периметр паза, мм;
Рпаза— площадь паза, мм2.
Операция гибки. _
Расчет длины развертки производится по формуле
Lia3 = A + B + ... + E +n~K(R + XS) мм,
где А,В,Е— прямые участки детали, мм;
п — количество гибок на данный угол;
а — угол изогнутого участка, град., равен 180° — ср,
где <р — угол гиба;
К — коэффициент, зависящий от угла гиба, приведен
в табл. 18;
Р— радиус гиба, мм
S — толщина детали, мм;
X — коэффициент, определяющий положение нейтраль-
ного слоя для гибки на 90°.
(193)
(194)
(195)
(196)
316
Таблица 40
Значение поправочного коэффициента
Пери- метр вы- резаемой детали, мм Высота копира-пуансона, мм
1,0 15 2,0 2,5 3,0 | 3,5 | 4,0 4,5 5,0 6,0 6,5 | 7,0 | 8,0 | 9,0 | 10,0 | 11,0 12,0
Значение коэффициента Кп
До 45 0,88 0,49 0,35 0,27 0,21 0,175 0,14 0,12 0,11 0,082 0,072 0,065 0,053 0,044 0,038 0,032 0,028
50-55 0,90 0,51 0,365 0,28 0,22 0,18 0,15 0,13 0,12 0,089 0,065 0,072 0,059 0,049 0,042 0,036 0,032
60—65 0,91 0,52 0,38 0,29 0,23 0,19 0,16 0,14 0,13 0,095 0,085 0,077 0,064 0,054 0,046 0,040 0,035
70—80 “0,93 0,53 0,39 0,30 0,24 0,20 0,17 0,15 0,14 0,102 0,092 0,083 0,069 0,059 0,050 0,044 0,039
85-100 0,94 0,545 0,40 0,31 0,25 0,21 0,18 0,16 0,15 0,109 0,098 0,089 0,075 0,064 0,055 0,048 0,043
110-140 0,96 0,56 0,41 0,32 0,26 0,22 0,19 0,17 0,16 0,118 0,107 0,098 0,083 0,071 0,062 0,055 0,049
150-200 0,97 0,57 0,42 0,33 0,27 0,23 0,20 0,18 0,17 0,126 0,115 0,105 0,09 0,078 0,069 0,061 0,055
210-350 0,98 0,58 0,43 0,34 0,28 0,24 0,21 0,19 0,18 0,136 0,124 0,114 0,098 0,086 0,076 0,068 0,062
360—990 0,99 0,59 0,44 0,35 0,29 0,25 0,22 0,20 0,19 0,145 0,133 0,123 0,107 0,095 0,085 0,077 0,07
Св. 1000 0,99 0,60 0,45 0,36 0,30 0,26 0,23 0,21 0,20 0,146 0,135 0,125 0,109 0,096 0,086 0,078 0,071
При гибке деталей толщиной до 3,0 мм на свободной поверх-
ности полиуретана усилия не определяются, так как необходимо1
удельное давление до 2,5 кгс/мм2, а полиуретан марки СКУ-7Л
дает 3,0 кгс/мм2. Поэтому формулу для подсчета усилий приводить
нецелесообразно (глубина внедрения пуансона в полиуретан не
менее 8 S).
При гибке деталей в замкнутом объеме удельное давление оп-
ределяется по формуле
<7 = °’’ кгс/мм2> (197)
где Н — длина прямого участка отгибаемой полки, мм;
В — ширина отгибаемой полки, мм.
Операция формовки.
Необходимое удельное давление подсчитывается по формулам?
а) для ребер жесткости круглого сечения
? = ^ЗВ-Ь ’ кгс/мм2> (198)
где h — высота ребра жесткости, мм;
В — ширина ребра, мм;
L — единичная длина формуемого элемента, раина 1/мм;
б) для выдавок и ребер жесткости прямоугольной и трапецеи-
дальной формы
<7 = ^, (199>
где Rq — радиус между дном и стенкой, мм.
Операция вытяжки.
Необходимое удельное давление при вытяжке по жесткой мат-
рице определяется по формуле
2aT-S
q = —— ,
Г min
где от — предел текучести, кгс/мм2;
/min — минимальный радиус детали, оформляемый полиуре-
таном, мм.
III. Для выбора оптимального варианта технологической осна-
стки нужно увязать усилие существующего оборудования, размеры
заготовок и потребное удельное давление, а для операций гибки
и вытяжки — определить и тип оснастки.
Операция вырезки-пробивки. Порядок выбора уни-
версальных вырезных блоков:
1. Данные всех деталей заносят в табл. 41 (графы 1, 2, 3, 4).
2. По требуемому удельному давлению (графа 4 табл. 41) и
наличию оборудования определяют площадь (мм2) рабочего про-
странства контейнера:
F = —
J матр : д •
318
Таблица 4Ь
Форма карты технологического процесса
№ п. п. Шифр детали Размер заготовки, ммХмм Требуе- мое, q Выбранный блок Характери- стика блока
1 2 3 4 5 6
1
2
3
3. Выбирают (устанавливают) размеры матрицы наименьшего
блока — № 1.
4. Отмечают в графе 5 табл. 41 все детали, которые можно*
получить на данном блоке (по данным граф 3 и 4 табл. 41).
Примечание. Если удельное давление q из графы 4 боль-
ше, чем q для данного блока, то эту деталь на данном оборудова-
нии получить нельзя.
5. Выбирают (устанавливают) размеры матрицы блока боль-
шего размера — № 2.
6. Отмечают в графе 5 табл. 41 все детали, которые можно по-
лучить на блоке № 2.
Примечание. Если удельное давление q из графы 4 близ-
ко к q для данного блока, но один из размеров заготовки больше
размера матрицы, то можно установить еще один или несколько
блоков с тем же удельным давлением q и с той же площадью
матрицы, но с другими размерами матрицы (по детали). Напри-
мер, был блок с размерами матрицы 110x110мм (Ематр =12100)
и удельным давлением 20 кгс/мм2 и деталь, заготовка для кото-
рой Г25 ммХ85 мм и потребное удельное давление 18 кгс/мм2.
На блоке большего размера ее не получить — там q будет мень-
ше, поэтому можно взять блок с размерами полиуретановой
матрицы 130X90 мм (Ематр =11700 мм2), на котором данную,
деталь можно получить.
7. Все оставшиеся детали разбивают по блокам № 3, 4... в со-
ответствии с п. 5 и 6.
8. При появлении новой детали ее приписывают на один из бло-
ков в зависимости от требуемого удельного давления и размеров,
заготовки, заготовку следует использовать на несколько деталей.
Операция формовки. Порядок подбора универсальных
формовочных блоков:
1. Данные всех .деталей этого класса заносят в-табл. 41.
2. После анализа графы 3 табл. 41 назначают размеры поли-
уретановой матрицы блока, если нельзя или нецелесообразно обой-
тись одним, то подбирают блоки с большими размерами матрицы.
31S-
3. Отмечают в графе 5 табл. 41 все детали, которые намечено
формировать в блоке № 1, 2...
4. Для каждого блока по графе 4 табл. 41 определяют необхо-
димое удельное давление:
Яблока ^<7 max ИЗ Графы 4 ДЛЯ ДЭННОГО блОКЭ.
5. По выбранным размерам .полиуретановой матрицы и блока
определяют усилие пресса.
Р ^"блока ’ Облова • (200)
Примечание. Ввиду того, что необходимое удельное давление
для формовки различных деталей составляет 2—10 кгс/мм2 (ча-
ще всего 5—8 кгс/мм2), нельзя обойтись одним прессом.
Операция гибки. Детали для гибки разбиваются на два
подкласса — на свободной поверхности и в замкнутом объеме.
Подбор блоков для гибки в замкнутом объеме ничем не отли-
чается от подбора блоков для формовки. Размер полиуретановой
матрицы блоков для гибки деталей на свободной поверхности оп-
ределяется по размерам разверток, причем во избежание недоразу-
мений ширину деталей — размер по пуансону — рекомендуется пи-
сать всегда первым. Поэтому, когда определятся размеры полиуре-
тановой матрицы, известно, по какому из размеров матрицы назна-
чать длину пуансона.
Операция вытяжки. Выбор оснастки для этой операции
наиболее затруднителен. Могут встретиться следующие варианты.
1. Вырезка с одновременной вытяжкой пуансоном-матрицей
(копиром). Возможна для деталей с неглубокой вытяжкой и флан-
д . -
цем при отношении 5,
где Д — диаметр детали по фланцу, мм;
Н — высота детали, мм.
Толщина материала детали 5 = 0,1+2,0 мм.
Примечания: 1. Заготовка может быть получена на обычном
штампе. — 2. После вытяжки деталь может быть откалибрована
как по жесткой матрице, так и по жесткому пуансону. — 3. По
данной схеме могут быть отштампованы сферы и им подобные
детали с высотой Н= 1,27? сферы.
2. Вырезка с одновременной вытяжкой деталей на групповом
блоке, который предлагает для каждой детали сменный пакет.
Схема применима как для деталей с фланцем, так и без фланца без
дальнейшей подрезки деталей на размер. Для деталей с фланцем
АГвыт = -д- > 0,65, без фланца А’выт > 0,7.
Толщина материала деталей S = 0,8-+2,5 мм.
Примечания: 1. Детали штампуются из полосы. — 2. Схема
целесообразна при партии деталей свыше 2000 шт.
IV. Основная документация, которая должна быть разработа-
на, — технологические процессы и чертежи оснастки.
320
Чертежи на оснастку выпускаются по техническому заданию
на проектирование, которое составляет технолог на основании ре-
комендаций, изложенных в этапе III.
Технологические процессы, как правило, типовые или группо-
вые (могут разрабатываться и типовые технологические операции),
оформляются на существующих на предприятиях бланках и закан-
чиваются табл. 42.
Таблица 42
Форма карты технологического процесса
I „ | № п. п. I Номер детали Наимено- вание детали Шифр пуан- сона Материал, размеры заготовок Количество заготовок Потребное удельное давление Примечание
2 3 4 5 6 7 8
1 2 3
Графы 1—4 табл. 42 для различных операций заполняются оди-
наково, а при заполнении граф 5, 6, 7 учитываются особенности
операций и технологической оснастки с применением полиуретана.
1. Операция гибки на свободной поверхности. Размер заготов-
ки— графа 5 — подсчитываются по формуле (197). Заготовка, как
правило, рассчитывается для одной детали — графа 6. Графа 7 не
заполняется.
2. Операция формовки. Заготовка может быть установлена на
одну или несколько деталей — графа 5; графа 6 — в соответствии
с заготовкой, но, как правило, это всегда одна деталь. Данные гра-
фы 7 подсчитываются по формуле (90 или 94).
3. Операция гибки в замкнутом объеме. Размер заготовки —
графа 5 — подсчитывается по формуле (196). Часто заготовка рас-
считывается на две детали — графа 6, потому дается припуск на
разрезку. Данные графы 7 подсчитываются по формуле (197).
4. Операция вытяжки. Заготовка устанавливается в зависимости
от типа оснастки. Для вытяжки с одновременной вырезкой пуансо-
ном-матрицей (копиром) заготовка подсчитывается по обычным
формулам [38].
При вырезке с последующей вытяжкой заготовка рассчитывается
с учетом припусков на обрезку, а при вырезке с одновременной
вытяжкой — без учета припуска на обрезку по существующим фор-
мулам, считая, что коэффициент увеличения поверхности р=1,0-
21 Зах. 524 321
Заготовка, как правило, рассчитывается на одну деталь. Удельное
давление — графа 7 — при вырезке и вытяжке пуансоном-матрицей,
(копиром)-подсчитывается по формуле (190), а в остальных слу-
чаях— по формуле (200).
5. Операция вырезки и пробивки. Заготовка на одну деталь
подсчитывается по формуле (189). Если деталь штампуется сразу
несколькими пуансон-матрицами (копирами), то заготовка рассчи-
тывается по формулам:
Д = Д1 + 6,28А + 2,ЗА (п-1) ; (201)
В = Bi + 6,28й + 2,ЗА (п - 1) ,'
где Л1 и Bi — габаритные размеры детали, мм:
п — количество одновременных вырезаемых деталей;
h — высота копира, мм.
При вырезке деталей без отверстий удельное давление опреде-
ляют по формуле (190)- При вырезке деталей с одновременной
пробивкой Отверстий удельное давление находят по формулам
(191—195). Если есть близкие по размерам отверстия круглой и
сложной формы, то удельное давление просчитывают для обоих от-
верстий и в графу 7 табл. 42 заносят большее из них.
При вырезке неметаллических материалов в технологии необхо-
димо предусмотреть материал-спутник (технологическую про-
кладку) .
Высота пуансон-матрицы в этом случае назначается по матери-
алу-спутнику с учетом толщины неметаллического материала
Лн = h + S, мм , (202)
где /гн — высота пуансон-матрицы для вырезки деталей из неметал-
лических материалов, мм;
h—высота пуансон-матрицы для материала-спутника, мм,
назначается по табл. 4;
S — толщина неметаллического материала, мм.
Для каждого неметаллического материала назначается свой мате-
риал-спутник.
Опыт работы предприятий показывает, что для получения опи-
санных деталей методом штамповки с использованием полиурета-
на необходимо иметь на участке следующий набор универсальных
блоков и штампов.
1. Штампы-блоки универсальные для вырезки и пробивки дета-
лей (рис. 85—87) с размерами рабочего окна 100X100; 100X200;
200X350; 300x500.
2. Штампы-блоки универсальные (рис. 97—100, 103) для гибки
деталей с размерами рабочего окна 100X150; 150X200; 200X300;
200x400; .
3. Штампы-блоки универсальные (рис- ПО, 111) для вытяжки
деталей с размерами матриц диаметром от 25 до 500 мм.
322
4. Штампы/-блоки (рис. 117—121) для формовки деталей с раз-
мерами рабочего окна 100X200; 200X350; 300x500.
5. Универсальный проколочный блок (рис. 91) с диаметром по-
лиуретанового пуансона от 25 до 100 мм.
6- Штампы-блоки универсальные (рис. 112—116) для раздачи
и обжима деталей.
. При наличии перечисленных штампов-блоков возможно изго-
товление самой разнообразной лйстоштамповочной номенклатуры
в несколько сот и тысяч наименований без изготовления специ-
альных жестких штампов.
21*
Глава XVI
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ПРИМЕНЕНИЯ ШТАМПОВОЙ ОСНАСТКИ
С ПУАНСОНОМ (МАТРИЦЕЙ) ИЗ ПОЛИУРЕТАНА
В листоштамповочном производстве встречаются разнообраз-
ные технологические процессы. При разработке технологического
процесса можно достигнуть одинаковых технических условий, хотя
методы обработки могут быть самые различные. Из возможных
методов следует выбрать тот, который будет наиболее экономи-
чески целесообразным.
Выбор варианта технологического процесса зависит от себесто-
имости деталей при данном варианте, сроков их изготовления,
инструментальной базы, обеспеченности рабочими кадрами. Так,
чем больше годовой выпуск деталей-(изделий), тем большая эко-
номическая выгода может быть получена от механизации и авто-
матизации производственного процесса.
Экономическая эффективность вновь созданного или улучшен-
ного существующего технологического процесса характеризуется
снижением себестоимости изготовления и ростом производитель-
ности труда при наименьших капитальных затратах, связанных
с его осуществлением.
Экономичность варианта определяется его технологической се-
бестоимостью- Технологической себестоимостью называется сумма
затрат производства, величина которых зависит от технологическо-
го процесса в рассматриваемом варианте.
В условиях действующего производства технологическая себе-
стоимость всего .выпуска (деталей, изделий) складыва-епся из двух
частей:
переменных расходов (V), которые определяются на каждую
деталь и с увеличением или уменьшением объема производства'
соответственно изменяются. К ним относятся затраты на основные
материалы, электроэнергию, зарплату производственных рабочих,
а также расходы, связанные с работой оборудования; постоянных
.расходов, не зависящих от программы и состоящих из оплаты под-
готовительных и заключительных работ, а также из расходов на
технологическую и инструментальную оснастку.
Поскольку наибольший удельный вес в себестоимости деталей,
изготовляемых из листов и профилей, составляют затраты, связан-
324
ные с изготовлением и эксплуатацией, оснастки, то для сравнения
и выбора наиболее рационального технологического процесса мож-
но воспользоваться следующим соотношением:
+ (203)
где Е — затраты для выполнения технологического процесса на
программу (технологическая себестоимость);
V — переменные расходы на единицу изделия;
С — постоянные расходы, не зависящие от программы;
П — величина программы в штуках.
При условии Ei=E2 (где Индексы 1 и 2 соответственно присво-
ены первому и второму вариантам) можно найти критическую про-
грамму, при которой целесообразно применение первого или вто-
рого варианта
к + § = + (204)
или
= (205)
(V1- V2)=C2-Cb
или
.. <2°6>
Условием целесообразности применения первого варианта по
сравнению со вторым можно считать:
‘П<Пк?т и Е,<Е2.
Таким образом, при выборе оптимального варианта наиболее
экономически эффективным будет тот, который обеспечит для дан-
ного производства наименьшую себестоимость детали.
При применении инструментальных штампов из дорогостоящих
сталей С будет исключительно велико, а П в условиях мелкосерий-
Q
ного производства мало и V может быть много меньше, чем-^- ,
при этом себестоимость единицы будет велика. При использовании
штампов с полиуретаном даже в условиях мелкосерийного произ-
водства С будет значительно меньше, а стало быть, сравнительно
меньше будет и себестоимость.
По имеющимся статистическим данным, применение групповой
универсальной штамповой оснастки на эластичной среде позволяет
сократить расходы на ее изготовление в 10 раз и более, по сравне-
нию со специальными дорогостоящими штампами. Особенно резко—
от 30 раз и более—сокращаются затраты, связанные с эксплуата-
цией этой оснастки.
Сравнительная оценка экономичности того или иного варианта
может быть еще проведена по более упрощенной формуле
Е = М + 3 Сш^ос-Н , (207)
325
где Е — технологическая себестоимость;
М. — стоимость материала детали;
3 — затраты на основную зарплату;
С шт. осн — затраты на изготовление штамповой оснастки;
П — количество изготовляемых деталей.
При определении технологической себестоимости в расчеты не
принимаются затраты, одинаковые для обоих вариантов (в нашем
примере в расчет не должны приниматься материальные затраты).
Поскольку наибольший удельный вес в себестоимости штампован-
ных деталей приходится на технологическую оснастку и заработ-
ную плату основных рабочих, применение приведенной формулы
позволит произвести ориентировочные расчеты с достаточной точ-
ностью.
Проведенные расчеты показали, что важнейшим фактором при
выборе оптимального варианта является величина программы.
Приведем графики зависимости технологической себестоимости от
величины программы:
1. Рассмотрим несколько вариантов изготовления деталей пу-
тем вырубки-пробивки. На графике (рис. 136) построены прямые
линии, по которым можно определить технологическую себестои-
мость изготовления деталей по разным вариантам. Линии графика
Рис. 136. Зависимость стоимости вы-
грузки— пробивки деталей от затрат
на штамповую оснастку и зарплата
основных рабочих: I—в комбини-
рованных штампах; II — в штампах
с полиуретановыми пуансонами (мат-
рицами); III — в пластинчатых штам-
пах; IV — путем поэлементной штам-
повки.
Рис. 137. Деталь типа «Лира», полу-
ченная в штампе с эластичной мат-
рицей.
характеризуют приведенную технологическую себестоимость, в ко-
торую входят заработная плата, зависящая от выбранного техноло-
гического процесса, и затраты на оснастку.
Указанный график построен на основе анализа вырубки-про-
бивки деталей толщиной до 1,5 мм, поэтому все рассуждения да-
326
лее будут относиться к деталям, толщина которых не превышает
эту величину.
Анализируя описываемый график, отмечаем, что наиболее
оптимален вариант изготовления деталей партиями, не превышаю-
щими 9 000—10 000 штук, в штампах с эластичной матрицей из по-
лиуретана (прямая II). Несколько менее экономичен вариант поэле-
ментной штамповки при величине партии до 5000 штук (пря-
мая IV).
Технологический процесс изготовления деталей в пластинчатых
штампах выгоден по сравнению с обработкой в комбинированных
штампах при величине партии не свыше 2 000 штук (прямая III).
Вариант технологического процесса изготовления деталей в комби-
нированных штампах (прямая I), в связи с большими начальными
затратами на изготовление оснастки, нерационален по сравнению
с остальными вариантами до определенного количества деталей
в программе.
При годовой программе свыше 9 000—10 000 штук он будет са-
мым оптимальным (прямая!).
2. Чтобы выбрать наиболее оптимальный технологический
вариант гибки, возьмем для примера детали наиболее сложной
конфигураци типа «Лира» (рис. 137).
Анализ графика (рис. 138) показывает, что на гибочных опера-
циях наиболее оптимальным будет изготовление деталей в штам-
пах с эластичной подушкой из полиуретана (кривая II). Ступен-
чатость кривой II вызвана заменой эластичной подушки после
1 000 циклов. Далее по оптимальности идет вариант поэлементной
гибки при величине партии 4 500 штук. Гибка в специальных жест-
ких штампах с боковыми прижимами выгодна по сравнению с по-
элементной штамповкой, если величина партии превышает
4 500 штук, и предпочтительней гибки в штампах с полиуретаном,
если партия больше 9 000 штук.
Из графика (рис. 138) видно, что гибку в штампах с примене-
нием полиуретана выгодней производить при толщине материала
заготовки до 3 мм,
Рис. 138. Стоимость деталей, по-
лучаемых путем гибки по сложно-
му контуру: I — в штампах с бо-
ковыми прижимами; II — в блоке
с полиуретаном;. III — поэлемент-
ная штамповка.
327
3. Технологические процессы и штамповая оснастка, применя-
емые для выполнения формовочных операций, предопределяют
себестоимость деталей.
Расчеты показывают (рис. 139, прямая I), что формовку сле-
дует осуществлять в штампах с полиуретановым инструментом.
Благодаря большой стойкости полиуретана на формовке штампы
с эластичным пуансоном (матрицей) оправдывают себя не только
Рис. 139. Стоимость формовочных
операций (ребра жесткости, пу-
клевка, раздача и другие): I —
формовка, в штампах с пуансона-
ми (матрицами) из полиуретана
(стойкость 100 000 ударов); II —
формовка в специальных жестких
штампах; III — формовка поэле-
ментной штамповки; IV — формов-
ка резиной (стойкость у на фор-
мовке 50—100 ударов, на раздаче
600—800 ударов).
при изготовлении небольших партий деталей, но легко конкуриру-
ют с жесткими штампами как в крупносерийном, так и в массовом
производстве.
Формовка путем поэлементной штамповки выдерживает конку-
ренцию с обработкой в жестких штампах при партиях деталей до
2 000 штук.
4. Анализ графика (рис. 140) также приводит нас к выводу,
что детали, полученные путем вытяжки в штампах с полиуретано-
вым пуансоном (матрицей), имеют самую низкую себестоимость,
если в партии содержится до 5 000—6 000 деталей.
Выбирая основной оптимальный вариант, мы анализировали
наиболее часто выполняемые в листоштамповочном производстве
операции вырубки, гибки, формовки и вытяжки. Таким же будет
метод определения наиболее рациональной (с точки зрения эконо-
мии) технологии для производства других реже встречающихся
видов штамповки листовых деталей.
При сравнении приведенных технологических себестоимостей
различных вариантов получена объективная оценка наиболее опти-
мального варианта изготовления деталей в штампах с полиурета-
новыми элементами.
В табл. 43 приведены оптимальные количественные границы,
изготовления листоштамповочной номенклатуры в зависимости от
выбранного технологического процесса-. Следует помнить, что обос-
нованно назначенные требования к качеству и точности деталей,
оговоренные чертежом и ТУ, влияют на себестоимость изготовле-
ния деталей.
328
Рис. 140. Стоимость вытяжки деталей типа стакан — ко-
робка из материала толщиной до 3 мм: I — в специаль-
ных жестких штампах; II—.в штампах с пуансоном из
полиуретана; II —в штампах с эластичным пуансоном
из резины.
Таблица 43-
Количественные границы изготовления деталей
при оптимально-выбранной штамповой оснастке
Наименование оснастки
Годовая программа, шт.
102 юз Ю4
У ниверсально-наладочные
штампы
Координатно-револьверные
прессы
Блочные групповые штампы
с креплением:
механическим
электромагнитным
Пластинчатые подкладные
штампы
Блочные штампы с полиурета-
новыми (эластичными) рабо-
чими частями
Специальные жесткие штампы
Выбрав наиболее оптимальный технологический вариант и опре-
делив тип штамповой оснастки, можно разработать технологиче-
329»
ский процесс, включив в него расчеты размеров заготовки, требу-
емого усилия и подбор (типовой и количественный) необходимого
оборудования.
В заключение нельзя не отметить, что в настоящее время ши-
роко применяются современные методы прогнозирования себесто-
имости продукции на разных стадиях проектирования и производ-
ства. Так, на взгляд автора, особый интерес представляет материал,
нашедший свое отражение в книге М. И. Ипатова «Технико-эконо-
мическая оценка конструкций автомобилей при проектировании».
В книге использован опыт технико-экономического анализа
в автомобилестроении, накопленный ЦАМИ, МВТУ имени
Н. Э. Баумана, НАТИ, Институтом комплексных транспортных
проблем АН СССР и другими институтами, и приводится методика
расчета некоторых методов прогнозирования, а также дана их
оценка применительно к автомобилестроению.
•Однако применение корреляционного анализа, основанного на
использовании методов математической статистики при обработке
исходных данных, вполне приемлемо и для условий листоштампо-
вочного производства. Этот метод позволяет выявить комплексное
влияние на величину себестоимости целого ряда факторов.
Глава XVII
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И НАЛАДКА ШТАМПОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛИУРЕТАНА
§ 1. Особенности изготовления штампов
Конструкции штампов, как уже описывалось, обусловливаются
габаритными размерами и типом производства штампуемых де-
талей.
Конструкция штампов должна обеспечить максимальную стой-
кость полиуретановой подушки, наилучшие условия деформации
заготовки, минимальную энергоемкость процесса, его безопасность.
Обеспечивая максимальную стойкость полиуретановой подушки,
следует руководствоваться тем, что она не должна подвергаться
деформации, превышающей 30%. Как показала практика широкого
внедрения, стойкость полиуретановой матрицы при деформации
свыше 30% резко падает.
Для изготовления различных по размерам и конфигурации ли-
стовых деталей применяют штампы разнообразных конструкций
и назначения. Детали штампов (основные и вспомогательные) име-
ют различные формы, размеры и термообработку. Их выполнение
предусматривает наличие самого разнообразного механического
оборудования — строгальные, фрезерные, токарные, сверлильные,
шлифовальные и другие станки — и применения различных техно-
логических процессов.
Производительность труда и качество изготовления штампов
но многом зависят от опыта и квалификации слесарей-сборщиков
и рабочих-станочников, ибо отдельные рабочие детали штампов
(копиры-пуансоны и формовочные пуансоны) требуют технологиче-
ского процесса сугубо индивидуального.
Однако в сравнении с изготовлением специальных жестких
штампов технология изготовления штампов с полиуретаном не
требует высококвалифицированных специальностей, может быть
-унифицирована и изготовляться поточным методом. При правиль-
ной унификации штампов с полиуретаном можно достичь наличия
нормализованных деталей до 80—85% (исключая формообразую-
щие детали: копиры-пуансоны, формообразующие пуансоны, вы-
талкиватели и прижимы), в то время как коэффициент унифика-
ции деталей специальных жестких штампов, то есть отношение
331
нормализованных деталей к общему .количеству деталей штампа»
составляет 22—25% в крупно- и среднегабаритных, 35—40% в ма-
логабаритных {29].
Необходимо принять во внимание и многоплановую универсаль-
ность штампов с полиуретаном, ибо на одном вырезном или ком-
бинированном блоке можно изготовлять сотни наименований дета-
лей различной конфигурации, укладывающихся в определенный
типоразмер, меняя при этом только копир-пуансон или формообра-
зующий элемент.
Многоплановая универсальность штамповой оснастки с исполь-
зованием полиуретана в качестве рабочих частей штампов дает
такие основные преимущества перед специальными жесткими
штампами как:
снижение вспомогательных площадей для хранения деталей
штампов (при изготовлении) и для хранения штампов (в эксплу-
атации) ;
резкое снижение количества единиц металлообрабатывающих
станков;
снижение количества высококвалифицированных основных ра-
бочих и обслуживающего (персонала (кладовщики, грузчик, налад-
чики).
Сама организация производства штампов с использованием
полиуретана проще, чем организация производства специальных
жестких штампов, однако она требует решения следующих вопро-
сов:
поточности производства деталей и узлов штампов;
наличия испытанных прессов, на которых возможно опробо-
вание и последующая доводка копиров-пуансонов, матриц и фор-
мообразующих пуансонов; ;
оборудования с отсасывающими устройствами пыли и отходов
при механической обработке полиуретана (резка, фрезерование,
точение, сверление и др.);
наличия транспорта для транспортировки деталей штампов и
самих штампов, ибо металлоемкость штамповых блоков выше ме-
таллоемкости (специальных жестких штампов.
Во всем остальном организация изготовления штампов с поли-
уретаном не отличается от организации инструментальных участ-
ков по производству специальных жестких штампов.
Основные этапы изготовления штампов с полиуретаном не отли-
чаются от изготовления специальных жестких штампов и предус-
матривают:
1. Подготовительные работы, состоящие из подготовки и раз-
работки по чертежам штампов заготовок (прокат, литье, поковки,
прутки); разработки технологического процесса изготовления
штампа и деталей; нормирование работ, связанных с изготовлени-
ем штампов; подготовку моделей, шаблонов; разметку и изготов-
ление деталей штампов.
При изготовлении контейнеров следует обращать особое внима-
332
ние на отсутствие дефектов в заготовке (волосовин, трещин, зака-
тов и др.), так как контейнер испытывает нагрузки на растяжение
(часто свыше 10 до 40 кг/мм2), и поэтому материал заготовок дол-
жен быть хорошего качества.-
Контейнер в штамповой оснастке с полиуретаном является
основной деталью, и поэтому к нему предъявляются высокие тре-
бования в отношении его изготовления.
Заготовку для контейнера подвергают внешнему осмотру, све-
ряют ее габариты и марку материала с чертежными и приступают
к разметке. Разметку производят по мелованной заготовке, чтобы
лучше были видны следы разметки. Размеченную заготовку пода-
ют на строгальный или фрезерный станок для предварительной
обработки по всем поверхностям. После предварительной обработ-
ки заготовку вновь подают на вторичную разметку и последующую
механическую обработку (рабочего окна, выступов, уступов, пло-
щадок и пазов). Разметку производят с помощью рейсмуса, штан-
генциркуля, циркуля и накладных шаблонов.
2. Следующий этап — механическая обработка деталей до сле-
сарных работ или окончательных размеров, соответствующих чер-
тежным или согласно разработанной технологии.
Обработанные детали перед подачей на слесарно-сборочный
участок клеймят согласно чертежной спецификации. Детали, тре-
бующие термической обработки, следует, согласно расцеховке
(маршрутной технологии), отправить в термический цех, обрабо-
тать, проверить на соответствие твердости и подать на сборку.
На нижнюю плиту штампа (выполненную чаще всего’ за одно
целое с обоймой, куда укладывается полиуретановая подушка)
устанавливаются по шаблонам (иногда по разметке) детали, кото-
рые по ней будут крепиться, и производится разметка. После
разметки детали поступают на механическую обработку (сверле-
ние, нарезание резьбы, цековку и развертывание под штифты),
а терм,иче1С!К|и обработанные детали шлифуют до чмсгговых раз(ме-
ров, оговоренных чертежом или технологическим процессом.
После окончательной обработки нижней плиты штампа ведут
подготовку обеих плит для расточки отверстий под колонки, втул-
ки и запрессовки их в плиты. Затем верхнюю плиту спаривают с
нижней и размечают отверстия под втулки и колонки, согласно
чертежу, и производят растачивание на радиально-сверлильном
станке. После расточки ведут легкую запрессовку втулок и коло-
нок на механических или пневматических прессах, а на мелких
и средних габаритов штампах за последние годы производят за-
ливку стиракрылом.
3. Последний этап — спаривание деталей верхней плиты штам-
па, согласно собранной нижней половины штампа, их разметка,
разметка мест их установки и механическая обработка. Произведя
окончательную механическую обработку деталей и мест под их
установку, начинают сббрку штампа в последовательности, огово-
ренной технологическим процессом.
333
Обработанные детали устанавливают на нижнюю плиту, сог-
ласно сборочному чертежу штампа, производят сборку и монтаж,,
закрепляя детали между собой болтами, винтами и фиксируя от
сдвигов и перемещений штифтами. Это относится и к верхней
плите. -
Изготовленный блок-штамп красят, клеймят (указывая макси-
мальное давление, на которое рагаочитан штамп, и его принадлеж-
ность .к прессу), проверяют взаимодействие всех его деталей и узлов
и подвергают обязательной проверке на прессе, чтобы убедиться
в годности полученной детали.
В последнее время производственники добавочно на блок-штам-
пах клеймят размеры рабочего окна матрицы, что заслуживает
внимания.
§ 2. Формблоки и модели штампов
Штамповая оснастка с полиуретаном позволяет получать детали
особо сложной конструкции: оболочки, обтекатели, облицовку, а в
последнее время листовая штамповка получила новое направление
в строительстве промышленных и гражданских зданий. Так, при
строительстве зданий стали применять декоративную облицовку
и несущие конструкции, полученные штамповкой из листа
(рис. 141). Для получения особо сложных фигур деталей требу-
ется изготовление пуансонов или матриц, трудоемкость которых
очень высока, а иногда и невозможна.
Сложность многих форм деталей и отдельных их сечений не
позволяет изготовлять, а иногда и контролировать детали штампов
или их наиболее сложные сечения. Поэтому для изготовления,
форм стали применять мастер-модели, гипсовые модели, объемные
плоскостные модели и различные формблоки.
Материалом для моделей, мастер-пуансонов и формблоков мо-
гут служить легкоплавкие металлы, различные пластмассы и твер-
дые породы дерева. Для изготовления оснастки крупных или слож-
ных по конфигурации деталей широкое распространение получили
легкоплавкие металлы (цинк, свинец, их сплавы с различным
процентом содержания).
Преимуществом перечисленных легкоплавких сплавов для пу-
ансонов, формблоков и моделей являются быстрота их изготовле-
ния (отливка в формы при невысоких температурах), повышенные
режимы механической обработки и дешевизна.
Отсутствие ударной нагрузки (одна из рабочих частей, пуансон
или матрица, изготовляется из полиуретана) позволяет применять
легкоплавкие материалы в качестве рабочих частей штампов поч-
ти на любом прессовом оборудовании вплоть до фрикционных,
прессов и падающих молотов. Пластичность легкоплавких мате-
334
Рис. 141. Панель декоративная для облицовки.
риалов не вызывает поверхностных повреждений штампуемой за-
готовки.
Отечественная промышленность освоила и выпускает для дета-
лей штампов (матрицы или пуансоны) следующие сплавы: цинк,,
цинковые сплавы, вторичный дуралюмин, магниевые сплавы, кото-
рые перечислены в табл. 44 [26]
Сплав АЦ13-1 обладает более высокой прочностью и применя-
ется для производства тяжело нагруженных матриц или пуансо-
нов, в том числе и для штамповки нержавеющих сталей. Сплав
АЦ13-2 Имеет меньше прочность, лучшие литейные свойства и ис-
пользуется для изготовления матриц и пуансонов сложной формы.
Ю. П. Давыдов и Г. В. Покровский в работе [26] указывают,
что в зарубежной практике для изготовления литых матриц и пу-
ансонов применяют большое количество легкоплавких сплавов.
Легкоплавкий стандартный сплав США «Кирксайт» состоит из
4,1% А1, 2,7% Си, 0,03% Mg; остальное — Zn и имеет следующие
свойства: удельный вес — 6,4; ств=40—43 кг/мм2; 6 = 3,0%; НВ —
100; температура кристаллизации 480—463°; температура разлива
490—500°.
335
Таблица 44
Свойства легкоплавких металлов и сплавов, применяемых для изготовления матриц и пуансонов
Материал Состав Предел прочности НВ О, % Удель- ный вес Усадка, % Точка плавления Темпера- тура литья
при рас- тяжении при сжатии
кг/ мм2 ° с
Цинк Ц2; ЦЗ; Ц4 2-7 25-45 30-50 — 7,1 1,57 419 450—460
Сплав АЦ13-1 11-13% А1; 1,5— 2,0% Си; 0,1% Mg, остальное Zn 25-28 70-95 110—125 1,0—2,0 6,1 1,2 373 415—430
Сплав АЦ13-2 7,8 % Al; 1,8—2,2% Си 0,5% Mg, остальное Zn 20—25 70-95 110-125 0,5-3,0 6,2 1,2 378 410-425
Сплав ЦАМ5-3 4—5% Al; 2-3% Си, 0,05—0,1 Mg, осталь- ное Zn 20-24 75—90 160—120 0,3—1,0 6,7—6,8 1,0 380 410--425
Вторичный алюминий <8% Си; <5% Mg; <2,5% Si; <2% Ре; <0,8 % Zn; <2,5% Ni; <3,0% Sn+Pb, ос- тальное Al 18-28 50-80 1,0-6,0 2,5-2,8 1,0-1,5 450 -580 640—780
Магниевые сплавы МЛ4, МЛ5 и др. 15—23 25-35 50-60 2—6 1,8 1,1—1,6 400-450 700-800
Кроме этого сплава, рекламируется разработанный двумя аме-
piHiKaiHiaKiHiMiH фирмами стлав «имущи», содержащий: 4,0% А1,
3,25Си, 0,8% Ni, 0,2% Ti, 0,15% Mg; остальное Zn- Этот сплав об-
ладает высокими литейными и механическими свойствами, усадка
его — 0,9%. При твердости НВ 100—ПО сплав обладает высокой
микротвердостью до 700—1000. Стойкость матриц и пуансонов из
сплава «гмуди» при вытяжке, формовке, отбортовке их гибке со-
ставляет 5000—20 000 ударов. Эта стойкость в 1—4 раза выше
стойкости штампов из цинковых сплавов. Можно с уверенностью
сказать, что стойкость будет еще выше в штампах с использова-
нием полиуретана из-за отсутствия ударной нагрузки.
В настоящее время в опытном, мелкосерийном и даже серийном
производствах находят все более широкое применение в качестве
пуансонов и матриц штампов неметаллические материалы. Мало-
нагруженные пуансоны и матрицы изготовляют из твердых пород
дерева, древесноклеевой массы и балинита.
Наиболее перспективными для этой цели являются различные
пластмассы. Пластмассы имеют ряд преимуществ при изготовлении
рабочих частей штампов и в последнее время получают все более
широкое внедрение l[26, 30, 31].
Для этих целей успешно применяют термопластическую компо-
зицию ТЛК-Э, созданную на основе эпоксидной смолы с различны-
ми наполнителями.- Указанные материалы дают незначительную
усадку, большую точность и чистоту отливок, имеют хорошую ад-
гезию к металлу и обладают коэффициентом теплового расшире-
ния, близким к стали. Пуансоны и матрицы, изготовленные из
указанных композиций, применяют для вытяжки, гибки и формов-
ки большинства листовых деталей из мягких сталей и цветных
сплавов толщиной 2 мм.
Термопластик ТЛК-Э представляет собой обратимую термо-
пластическую литейную композицию, имеющую следующий состав
(в процентах по весу): этилцеллюлозы 50, дибутилфтолата 16, ди-
фениламина 1, железного сурика 33.
Высокую стойкость рабочих частей штампов обеспечивают ма-
териалы на основе эпоксидных смол, которые определяют высокую
стойкость и хорошие эксплуатационные свойства. Недостатком
эпоксидных смол является их необратимость. Оптимальная компо-
зия [26] для изготовления штампов содержит: 30% эпоксидной
смолы ЭД-5 или ЭД-6, 6,5% дибутилфтолата, 2,5% полиэтилен-
полиамина и 61 % железного сурика.
Анализируя описанные материалы для рабочих частей штам-
пов, специалистам предприятий, где имеется база для изготовле-
ния пластмассовых деталей из различных полимеров и неметал-
лических материалов, следует обратить особое внимание на то,
что, экспериментируя с готовыми рецептами и меняя процент со-
держания, можно, получить новые более стойкие композиции неме-
таллических материалов для рабочих частей штампов.
22 Зак. 524 337
§ 3. Мастер-модель
Мастер-модель — первичный объемный эталон [29] сложной
детали (декоративная облицовка, обтекатели и другие детали
пространственной формы) , точно воспроизводящий ее контур со
всеми имеющимися на ней выступами, отверстиями и другими кон-
структивными элементами. С помощью мастер-моделей рабочие
поверхности деталей штампов очень сложной формы обрабатывают
на копцровально-фреверных станках.
Мастер-модель отвечает всем чертежным размерам и выполня-
ется (чаще всего) плазовыми шаблонами. С помощью мастер-мо-
делей изготовляют также гипсовые модели.
§ 4. Гипсовые модели
Для описания изготовления гипсовых моделей воспользуемся
работой [29] А. П. Нефедова. Гипсовые модели применяют для из-
готовления литейных моделей для деталей штампа (пуансон или
матрица) и для обработки их рабочих поверхностей на копироваль-
но-фрезерных станках.
Гипсовые модели для литья и механической обработки деталей
типа матриц или пуансонов изготовляют по мастер-мод елям, их
поверхности являются негативным изображением рабочих поверх-
ностей соответствующих мастер-моделей. Они могут быть для од-
ной детали, спаренные из двух одинаковых половин и неодновре-
менно загипсованные по одной и той же модели с одной установки,
спаренные из двух самостоятельных моделей, предназначенных
для одновременной штамповки двух различных деталей из одной
заготовки. Изготовление гипсовых моделей описано в работе ]29[.
В связи с бурным развитием химии в последнее время появи-
лись новые стеклопластики и пластмассы на основе эпоксидных
смол с хорошими физико-механическими свойствами, необходимы-
ми при изготовлении мастер-моделей и форм-блоков.
Модели и формблоки, изготовленные из стеклопластика на ос-
нове эпоксидных смол, имеют следующие преимущества по срав-
нению с моделями, изготовленными из дерева и гипса: стабиль-
ность размеров в течение продолжительного времени эксплуатации,
при этом исключается коробление, так как эпоксидные смолы не
воспринимают влаги; не требуется особого температурного режима
для хранения.
Рабочие поверхности обладают большей прочностью и не име-
ют шероховатостей. Это обеспечивает высокую чистоту поверхности
деталей штампа (матрицы или пуансона), обрабатываемых на ко-
пировально-фрезерных станках.
Для изготовления литейных моделей для деталей штампов на-
чинают применять вместо дерева пенополистирол. Литейные моде-
ли из него просты в изготовлении и имеют небольшую массу.
Глава XVIII
ПРИМЕРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШТАМПОВ
Изготовление комбинированного штампа
для вырубки, гибки и формовки
детали, декоративной облицовки
В поковках верхней и нижней плит 1, 11, формовочного пуан-
сона 7, обоймы нижней 9 и верхней 6 предварительно обрабатыва-
ют верхние и нижние плоскости (чаще на строгальных станках).
Затем производят разметку осевых линий и основных размеров,
которые будут обрабатываться в первую очередь (согласно техно-
логическому процессу изготовления штампа). После разметки де-
тали устанавливают на станки и производят механическую обра-
ботку верхних и нижних плоскостей, наружных и внутренних кон-
туров (рис. 142) плит, обойм и пуансона. Следует обратить внима-
ние на выполнение параллельности и перпендикулярности плоско-
стей, указанных точкой А на рис. 142. Далее с поверхностей копи-
ра-пуансона и формовочного пуансона зачищают следы, остав-
щиеся от механической обработки ручной пневматической машин-
кой.
Перед предварительной сборкой штампа производят подгонку
деталей: размеры внутреннего контура копира-пуансона 8 и ниж-
ней обоймы 9 подгоняют к .размерам наружного контура формо-
вочного пуансона 7 по посадке (900x900) щр-; внутренние размеры
составного контейнера 4, 6 (куда устанавливается полиуретановая
подушка) подгоняют по наружным размерам копира-пуансона 8
д
и нижней обоймы 9 по посадке (1050 X1050) др .
После того как будут выполнены и проконтролированы размеры
всех входящих в сборку деталей й узлов (согласно спецификации),
можно приступать к сборке штампа в последовательности, указан-
ной в технологическом процессе изготовления штампа. На нижнюю
плиту штампа устанавливают прокладку 2, пружины 10 и формо-
вочный пуансон 7. Далее заводят наружную обойму 9, закрепляют
ее болтами. На нижнюю обойму 9, на заранее запресованные штиф-
ты, необходимо посадить копир-пуансон 8 и закрепить винтами.
Убедившись, что формовочный пуансон 7 свободно ходит в обойме
22* 339
Рис. 142. Схема штампа для декоративной панели: 1 — плита верхняя;
2 — прокладка; 3 — полиуретановая подушка; 4 — внутренняя обойма;
5 — шпонка; 6 — наружные обоймы; 7 — формовочный пуансон; 8 — копир-
пуансон; 9— нижняя обойма; 10— пружина; 11— плита нижняя; А — пло-
скости, которые должны быть выполнены параллельно и перпендикулярно.
9 и копир-пуансоне 8, надо окончательно закрепить обойму 9 вин-
тами и заштифтовать.
Далее необходимо подготовить сборную обойму 6, прокладывая
между отдельными обоймами шпонки 5. Собрав обойму, ее следует
смонтировать на верхней плите 1, затем закрепить, заштифтовать,
вставить обойму 4 и закрепить.
Собранный штамп устанавливают и закрепляют на ползуне и
столе пресса, спаривают на холостом ходу и окончательно закреп-
ляют.
Изготовление универсального блока
для проколки отверстий
Разметка и обработка деталей универсального блока для про-
колки отверстий, показанного на рис. 91, аналогична разметке
и обработке штампа (рис. 142).
340
Приведем последовательность изготовления и монтажа штампа.
Плиту 11 после предварительной механической обработки по
наружному контуру и окончательной обраб/этки нижней плоскости
подвергают разметке под сверление отверстий для последующей ус-
тановки и монтажа деталей 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 и 13. Разметив
плиту И, приступают к механической обработке на координатно-
расточных станках по размерам и допускам, согласно чертежу. До-
работав отверстия, плиту 11 подвергают шлифовке по верхней
плоскости.
Подготовив комплектующие детади, приступают к сборке ниж-
ней плиты со всеми входящими в нее деталями.
Узел проколочной матрицы (детали 6, 7, 8 и 9) для каждого
отверстия (различного по форме и размерам) делается индивиду-
альным, поэтому следует особо точно выполнять посадочные места
детали 6. Сборка универсального проколочного пуансона не вызы-
вает трудности.
Готовый штамп клеймят, испытывают на прессе и заполняют
паспорт штампа.
Изготовление универсального гибочного блока
Обработка нижней и верхней литых плит производится в сле-
дующем порядке:
строжка основания, фрезерование верхней плоскости нижней
плиты и нижней плоскости верхней плиты;
фрезерование площадок и сверление отверстий под направляю-
щие колонки и втулки;
разметка и фрезерование рабочего окна контейнера под поли-
уретановую подушки (матрицу);
разметка и сверление отверстий под болты и штифты под на-
правляющие салазок прижима-фиксатора;
разметка и фрезерование окна под клин;
разметка верхней плиты под болты и штифты для крепления
клина и основания для сменных пуансонов.
После изготовления деталей, их термообработки и последующей
доводки начинают сборку штампа. Сборку и испытание его прово-
дят в последовательности, оговоренной технологическим процессом
изготовления штампа. Закончив сборку и заклеймив штамп, присту-
пают к его опробованию и доводке непосредственно на прессе.
Получив положительные результаты, заполняют паспорт на
штамп.
Глава XIX
НАЛАДКА ШТАМПОВ
§ 1. Ознакомление наладчиков с конструкцией
и работой штампов и их наладка
Наладка слесарями-наладчиками начинается со знакомства и
изучения технологического процесса штамповки детали и конструк-
ции штампа. Особое внимание уделяют проверке величины хода
пресса, выталкивателей и ползушек в клиновых штампах, наличию
ограничителей и предохранительных устройств в соответствии с пра-
вилами по технике безопасности.
Согласно технологическому процессу, обращается внимание на
фиксацию детали в штампе и способ ее удаления из штампа, на ма-
териал заготовки и ее размеры на операции, следующие за выпол-
нением данной операции.
Наладка штампов — ответственный и трудоемкий процесс, кото-
рый производится высококвалифицированными слесарями-налад-
чиками.
Основной документ при наладке — технологическая карта, в ко-
торой дается описание операций и переходов, указывается, на ка-
ком оборудовании, с помощью каких штампов и в течение какого
времени должны быть выполнены работы. В карте приводятся рас-
ценки и разряд работы, шифр чертежей и мерительного инструмен-
та, по которым ведутся работы [32].
Основное назначение наладки — устранить ошибки, допущенные
при изготовлении штампов. Без дополнительной слесарной наладки
(доводки) штампы не обеспечивают изготовления деталей хоро-
шего качества.
Установка и наладка штампов различной конструкции и на раз-
личные прессы имеют свои особенности. Вместе с тем существуют
общие правила проведения наладочных работ, зафиксированные
в специальных заводских и цеховых инструкциях.
Наладчик штампов должен предварительно ознакомиться с пас-
портом, который содержит сведения о фактических размерах штам-
па, выданным принимавшими представителями ОТК.
Доводку штампов должен выполнять цех-изготовитель — мелких
на своем участке, крупных —> на прессах цеха-заказчика.
Порядок и характер наладки штампов зависят от сложности,
342
габаритов, формы и материала штампуемой детали. После наладки
и доводки штамп передают в адех-заказчик с тремя-четырьмя от-
штампованными деталями (эталонами) и с соответствующей запи-
сью в паспорте штампа.
Инструмент для доводки штампов в зависимости от формы и
технологического процесса обработки деталей может быть самый
разнообразный. Чаще всего для доводки фигуры пуансона или мат-
рицы используют пневматические или электрические машинки, на-
пильники разных сечений и шкурку.
Для работы на пневматических и электрических машинках ис-
пользуют абразивные круги и оправки самой различной твердости
и конфигурации (рис. 143).
Рис. 143. Шлифовальные круги для ручных пневматических шлифовальных
машинок: а, б — плоские круги; в — плоский круге выточкой; г — угловая;
д — цилиндрическая; е — коническая и ж — сферической оправки.
Основное условие стойкости абразивного инструмента — правиль-
ный выбор его характеристики. Наиболее распространенные абра-
зивные материалы — электрокорунд и карборунд. Их выбор зависит
от физико-механических свойств обрабатываемого материала. Зер-
нистость абразивного материала выбирают в зависимости от вида
зачистки и шлифования, требуемой чистоты и точности обрабаты-
ваемой поверхности.
343
Таблица 45
Шлифовальные круги и оправки для ручных пневматических машинок
Круг ИЛИ оправка Назначение Тип машинки Размеры, мм Зернис- тость Твер- дость
Н н,
Плоский круг Для шлифования режущих наружных кромок ГАЗ-9 50 10 13 — 60 СТ1
Для доводки поверхности прижима ШР-2 100 16 20 — 46 СМ1
Для прорезки пазов ШР-2 100 8 20 — 80 СМ2
Плоский круг Для доводки рабочих по- верхностей прижима и режущих кромок выруб- ных и обрезных штампов ШР-2 100 20 20 46 С2
Плоский круг с выточкой Для шлифования рабочих кромок, обрезных, выруб- ных штампов и доводки их прижимных поверхно- стей ГАЗ-12 40 25 13 — 47 СМ1
ГАЗ-9 50 25 13 — 70 С1
ШР-2 80 32 20 — 46 С1
Цилиндри- ческая оправка Для выполнения цилинд- рических эллипсных не- глубоких отверстий и пе- реходов ГАЗ-50 8 10 2 6 46 СТ1
10 10 3 6 46 СТ1
10 25 3 10 46 СТ1
Для создания цилиндри- ческих, эллипсных глубо- ких отверстий 020 мм и доводки рабочей поверх- ности и переходов ГАЗ-12 20 32 6 8 80 СТ2
ГАЗ-17 30 32 6 13 46 СТ1
Угловая оправка Для создания сложных переходов и острых уг- лов ГАЗ-12 •15 8, 3 6 60 СТ1
35 10 6 6 46 СТ1
Сводчатая оправка Для создания сложных пе- реходов и поверхностей по радиусу ГАЗ-50 10 20 3 8 46 СТ1
ГАЗ-12 20 40 6 16 60 СТ1
Коническая оправка Для создания сложных переходов и поверхностей по радиусу ГАЗ-50 10 25 3 10 46 СТ1
ГАЗ-12 1 20 35 6 13 46 СТ1
ГАЗ-17 30 50 6 20 46 СТ1
При выборе абразивного инструмента необходимо учитывать
твердость обрабатываемого материала. Например, для обработки
деталей штампов из мягкой стали наиболее стойкими являются
твердые круги и бруски, а деталей из твердой стали — мягкие кру-
ги. Это объясняется быстрой самозаточкой твердых кругов при
обработке мягкой стали и, наоборот, мяпких кругов при обработке
твердой стали.
В табл. 45, 46, 47 приведены шлифовальные круги, оправки, брус-
ки и полировальные круги, используемые для доводки размеров и
поверхностей штампов, по данным работы А. П. Нефедова [29].
Таблица 46
Шлифовальные бруски для ручных работ
(ГОСТ 2456-67)
Габаритный размер бруска, мм Шлифующий материал Связка Зернис- тость Твер- дость
?КВ 10X10X150 Электрокорунд белый Керами- ческая 120 СМ2
БКВ 13X13X150 100 С1
БКВ 20X20X150 220 С1
БП 20X16X150 Корунд зеленый 400 СМ2
БП 40X20X200 Электрокорунд белый 180 С2
ПП 100 x20x10 Корунд черный 24 ВТ1
Примечаие. БКВ — шлифовальный квадратный, БП — шлифовальный
плоский, ПП — прямого профиля бруски.
Таблица 47
Полировальные (хлопчатобумажные или войлочные) круги
для ручной шлифовальной машинки ШР-2
Номер зерна (ГОСТ 3647-71) Шлифующий материал Круг
назначение диаметр, мм ширина, мм масса, кг
46 Шлифоваль- ное зерно Для обдироч- ных работ 100-150 25--30 0,2—0,25
100 100—150 25-30 0,2—0,25
320 Шлифоваль- рый порошок Для отделоч- ных работ 100—150 25-30 0,2-0,25
§ 2. Неполадки и неисправности при эксплуатации
штампов с использованием полиуретана
Дефекты, встречающиеся при эксплуатации штампов с исполь-
зованием полиуретана, и их устранение:
1. В отверстиях, пазах и окнах не вырубилась часть контура
(зависание отхода). Следует уменьшить высоту копира-пуансона,
но не менее чем /i = 2,5S (где S — толщина материала).
При этом необходимо учесть, что, уменьшая высоту копира-пуан-
сона, увеличиваем необходимое удельное давление в 1,2—1,5 раза.
2. Часть контура детали не вырубилась (произошло смещение
копира-пуансона относительно заготовки). Надо припуск располо-
жить равномерно.
3. В процессе работы на контуре детали появился заусенец (при-
тупилась режущая кромка копира-пуансона). В данном случае на-
до шлифовать копир, снимая 0,1—0,15 мм его толщины.
4. На плоскости тонколистовых деталей появились вмятины (на
плоском бойке или матрице имеются металлическая, наждачная и
другая пыль или твердые частицы). Следует протереть матрицу и
плоский боек; при необходимости — дефектный слой полиуретано-
вой матрицы снять (фрезеровать, подрезать).
5. Вырубленные детали имеют коробление (велико давление
в контейнере). Надо уменьшить давление.
6. Гнутые детали имеют значительные отклонения угла гиба
(развал). Следует увеличить удельное давление, то есть величину
внедрения пуансона с заготовкой в полиуретановую матрицу.
7. Гнутые детали в процессе гибки плохо снимаются с пуансона
(велико давление). Надо уменьшить удельное давление, то есть
величину внедрения пуансона с заготовкой в матрицу.
8. При получении деталей вытяжкой образуются гофры по
фланцу (не хватает давления). Следует увеличить давление верх-
него прижима при вытяжке в полиуретановую матрицу и уменьшить
высоту полиуретанового пуансона или применить технологические
сектора-пружины. При этом следует помнить, что уменьшать высо-
ту полиуретанового пуансона (кольцо) можно при условии, когда
наибольшая деформация не превышает 60%.
9. При вытяжке деталей полиуретановым пуансоном в металли-
ческую матрицу происходит обрыв дна (неблагоприятная схема на-
пряженно-деформированного состояния). Надо увеличить централь-
ное отверстие в полиуретановом кольце-пуансоне и использовать
донный прижим.
10. Формованные детали имеют коробление (давление высокое).
Следует уменьшить удельное давление, отрегулировав величину хо-
да ползуна.
11. Полиуретановая подушка имеет интенсивный износ (выкро-
шилась) по периметру. Надо восстановить необходимый зазор меж-
ду стенками бойка и контейнера.
Глава XX
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
В нашей стране технике безопасности уделяется особое внима-
ние во всех отраслях промышленности. Наиболее остро этот вопрос
встает в листоштамповочном производстве при работе на штампах,
так как часто заготовку приходится подавать в опасную зону штам-
па вручную (это характерно для выполнения работ на штампах с
использованием полиуретана в качестве рабочих частей пуансонов
или матриц).
Задача техники безопасности — устранение причин несчастных
случаев на рабочем месте.
Производственные травмы в листоштамповочных цехах или
участках можно устранить или предупредить следующими меропри-
ятиями:
1. 'Применять штампы безопасной конструкции.
2. Подавать и удалять детали из опасной зоны штампа только
с использованием какого-либо ручного инструмента (пинцеты, щип-
цы, магнитные или вакуумные захваты и т. д.).
3. Прессы снабжать какими-либо предохранительными устрой-
ствами (решетками подвижными и неподвижными, рукоудалителя-
ми; применять фото- и электронную защиту).
4. Стремиться к замене ручных подач механическими или авто-
матическими.
Основное условие предупреждения травматизма —полная меха-
низация и автоматизация штамповочных операций. Однако в се-
рийном и мелкосерийном производстве (а штамповая оснастка с
применением полиуретана этим целям и служит) автоматизация
технологического процесса штамповки всегда возможна и является
экономически выгодной. Выход из положения в создании таких за-
щитных устройств, которые бы не давали возможности рабочему
уводить руки в опасные зоны штампа при движении ползуна пресса.
Для штампов с использованием полиуретана можно применять
следующие защитные устройства [33] *:
1. Подвижные защитные устройства, закрывающие штамповое
пространство пресса в процессе рабочего цикла ползуна (автомати-
ческие и блокирующие).
* Глава написана по материалам работы [33] Л. С. Сагателяна.
347
2. Защитные устройства, действующие через системы управления
прессом, оставляющие штамповое пространство открытым в течение
всего цикла (двуручное включение прессом и др.).
Защитные устройства должны исключать попадание рук под
опускающийся ползун до тех пор, пока ползун не пройдет опасную
часть хода; удалять руки из-под опускающегося ползуна до наступ-
ления опасности; устранять возможность включения пресса при сня-
тии устройства, выхода его из строя или неправильной эксплуата-
ции, быть простыми в изготовлении и доступными для осмотра и
ремонта; не утомлять работающего, не мешать работе и обозрева-
емости штампового пространства пресса; не затруднять наладку,
ремонт пресса и смену штампов. Кроме того, защитные устройства
должны отвечать частным требованиям, определяемым особенно-
стями пресса, условиями производства, спецификой штампуемых
деталей и т. д.
Подвижные защитные устройства. .Подвижные защитные уст-
ройства предназначены для закрытия опасной\роны в процессе ра-
бочего цикла ползуна пресса (автоматические) или для предвари-
тельного закрывания штампового пространства (блокирующие).
Защитные устройства должны отвечать следующим требованиям:
во-первых, в течение каждого хода ползуна должны быть жестко
связаны с ползуном или блокированы с механизмом включения прес-
са; во-вторых, перемещаться с такой скоростью, чтобы перекрыть до?
ступ рук в штамповое пространство пресса или удалить руки за
пределы опасной зоны до наступления прямой опасности; в-третьих,
не быть причиной травмирования рабочего. Для этого на деталях
устройства, прикасающегося к удаляемой руке, накладки или коль-
ца должны быть мягкими (резиновыми, пенополиуретановыми; во
время опускания ползуна должна исключаться возможность про-
никновения рук в опасную зону снизу, сверху, сбоку и через зазоры
между прутками. .
Наиболее подходящими для штампов с полиуретаном по прин-
ципу действия считаются защитные устройства: ограждающие опас-
ную зону штампового пространства и отводящие руки из опасной
зоны штампового пространства.
Защитные устройства, ограждающие опасную зону штампового
пространства. Для двухстоечных прессов более всего подходят за-
щитные устройства, ограждающие опасную зону штампового прост-
ранства, показанные на рис. 144 и 145. Защитная решетка (рис. 144),
являющаяся основной частью устройства, движется со скоростью,
равной скорости движения ползуна, синхронно с ним в направле-
нии, противоположном движению,ползуна.
Свободный доступ к штампу имеет место при нахождений пол-
зуна в верхнем положении, когда защитная решетка находится в
нижнем положении. При опускании ползуна трос поднимает решет-
ку на величину хода ползуна. Для удобства работы решетка уста-
навливается на 200—^220 мм ниже плоскости разъема штампа.
Допуск к штампу в момент, когда расстояние между верхней
348
1
Рис. 144. Подвижное защитное уст-
ройство, ограждающее опасную зону
штампового пространства, с решет-
кой, движущейся вертикально вверх
синхронно с ходом ползуна при дви-
жении его вниз: 1—лебедка; 2 —
блок; 3 — направляющие ролики;
4 — трос; 5 — направляющие; 6 —
кронштейн; 7 — защитная решетка;
8— защелка; 9 — дверка; 10 — ролик;
11. — упор.
и нижней частями штампа равно 100—150 мм, представляет опас-
ность. Поэтому опасная зона штампового пространства до этого .мо-
мента должна быть ограждена защитной решеткой.
Рис. 145. Подвижное защитное
устройство, ограждающее опас-
ную зону штамповочного про-
странства, с решеткой, движу-
щейся вертикально вверх, с опе-
режением хода ползуна вдвое.
При ходе ползуна вверх защитная решетка опускается в перво-
начальное положение. Если при пуске пресса и в начале опускания
ползуна для загрузки заготовок руки работающего находятся .в
опасной зоне, они отводятся движущейся решеткой кверху и выво-
дятся ею из опасного пространства.
Защитная решетка 7, представляющая собой сварную конструк-
цию из труб, имеет дверку 9, которую открывают при штамповке
деталей из полосы или ленты. В поднятом положении дверка удер-
живается защелками 8. При помощи роликов 10 решетка перемеща-
ется к направляющему 5 корытообразного профиля, прикрепленным
кронштейнами 6 к станине пресса. К направляющим приварен
упор 11 для удержания решетки при обрыве троса. Тросы 4, к ко-
торым крепится решетка, перекинуты через блоки 2, которые укреп-
лены на станине и проходят через направляющие ролики 3, нахо-
дящиеся на ползуне, и закреплены в лебедках 1.
Решетка устанавливается в исходное положение путем поворота
барабанов в ту или иную сторону. При этом трос наматывается или
сматывается с барабанов лебедок, поднимая или опуская решетку.
Положение барабанов лебедок фиксируется специальными паль-
цами.
На рис. 145 показано защитное устройство, ограждающее опас-
350
ную зону штампового пространства, устанавливающееся на двух-
стоечном прессе с ходом ползуна 300 мм и выше.
Защитная решетка устройства движется вертикально вверх с
опережением хода ползуна.
Ролики, через которые перекинут трос, установленные на пол-
зуне пресса, способствуют значительному ускорению движения ре-
шетки в результате сложения прямолинейного движения ползуна
с вращательным движением роликов. Ход решетки становится
в два раза быстрее (больше) хода ползуна, и решетка своевременно
отгораживает опасную золу |межштампового пространства, обеспе-
чивая тем самым безопасность работы на прессе.
Таким образом, конструкция устройств, ограждающих опасную
зону межштампового пространства, с защитными решетками, дви-
жущимися с опережением хода ползуна, немногим отличается от
описанного устройства с синхронно движущейся защитной решет-
кой.
Защитные устройства, отводящие руки из опасной зоны штам-
пового пространства. Выполнение операций в штампах с полиуре-
таном чаще всего происходят вручную, поэтому на прессах .необ-
ходимо применять защитные устройства, отводящие руки рабочего
из опасной зоны штампового пространства.
На рис. 146 приведена конструкция защитного устройства, дви-
жущегося при опускании ползуна по дуге из положения «под пол-
зуном» в сторону рабочего. Защитная решетка устройства движет-
ся по дуге от верхней половины штампа к нижней, отводит руки
работающего из штампового пространства и закрывает опасную
зону раньше, чем ползун придет в нижнее положение.
На двух кронштейнах 1, закрепленных на станине, свободно
вращаются рычаги 3 на осях 7. На кронштейнах 2 качаются рыча-
ги 4, жестко соединенные с защитной решеткой 5. В свою очередь,
рычаги 3 свободно вращаются на осях 6. При смене штампов для
сохранения постоянного угла наклона защитной решетки в крон-
штейнах 2; установленных на ползуне пресса, имеются регулиро-
вочные отверстия.
Условие постоянства угла наклона защитной решетки необхо-
димо для создания удобства работы на прессе при различных ре-
гулировках ползуна. Ширина защитной решетки также регулиру-
ется в местах крепления решетки к державкам. Защитная решетка
5 состоит из стальных прутьев диаметром 6—В мм, на последнем из
которых нанизаны кольца из губчатой резины для предохранения
рук работающего от возможного удара.
Для оснащения аналогичными устройствами прессов с величи-
ной хода ползуна свыше 500 мм вместо кронштейнов, закрепленных
на станине, применяют направляющие корытообразного профиля.
Такое устройство приведено на рис. 147. /
На кронштейнах 1, закрепленных на ползуне пресса, качаются
рычаги 2, которые, в свою очередь, неподвижно соединены с дер-
жателями 4 решетки 6. На рычагах 2 находятся ролики 3, которые
'351
Рис. 146. Подвижное защитное устройство, отводящее руки рабо-
тающего из опасной зоны штампового пространства, для закрытых
однокривошипных прессов: 1,2 — кронштейн; 3,4 — рычаг; 5 — за-
щитная решетка; 6,7 — ось.
катятся по направляющим 5 и обеспечивают опускание и поворот
решетки 6 в сторону работающего с необходимым опережением хо-
да ползуна пресса. Защитная решетка 6 имеет такую же конструк-
цию, как решетка устройства, 1показанного на рис. 146.
Для наиболее быстроходных прессов усилием от 6,3 до 100 т,
имеющих до 130 ходов) в минуту и величину хода ползуна не менее
40 мм или среднюю скорость движения подвижного элемента за-
щитного устройства .(маятника) не более Vcp —0,6 м/сек, также мо-
гут быть применены защитные устройства, в которых отвод руки
осуществляется маятником, двигающимся в вертикальной плоско-
сти, то есть рука отводится в сторону.
Защитное устройство маятникового типа (рис. 148) успешно
эксплуатируется на многих предприятиях страны и представляет
352
Рис. 147. Подвижное защитное устройство, отводящее руки
работающего из опасной зоны штампового пространства, для
закрытых однокривошипных прессов, с большим ходом пол-
зуна пресса; 1 — кронштейн; 2—рычаг; 3 — ролик; 4 — дер-
жатели; 5 — направляющие; 6 — решетка.
собой кронштейн 1, закрепленный на станине пресса и соединенный
осью 6 с двухплечим рычагом 4,. на одном плече которого закреп-
лен отводящий маятник 7, а другое плечо соединено пальцем 3 с
регулировочной серьгой 2. Последняя закреплена на ползуне прес-
са с помощью кронштейна 5.
При опускании ползуна маятник с большим опережением вели-
чины хода ползуна отводит руку работающего в неопасную зону.
Для смягчения удара по руке на стальной стержень маятника на-
деты кольца из губчатой резины.
Надежную работу рукоотводчика маятникового типа можно га-
рантировать только при правильной его регулировке с каждым
штампом. При этом необходимо обратить внимание на сектор ох-
23 Зак. 524 • 353
Рис. 148. Подвижное защитное устройство, отводящее руки работа-
ющего из опасной зоны штампового пространства, маятникового
типа для быстроходных прессов: 1 — кронштейн; 2 — регулировоч-
ная серьга; 3 — палец; 4 — рычаг; 5 — кронштейн; 6 — ось;
7 — маятник.
вата маятником опасной зоны, чтобы при движении маятника не
оставались неприкрытые участки рабочих элементов штампа. Регу-
лировку производят как по длине маятника, так и путем переста-
новки пальца 3 в серьге 2, добиваясь при этом симметричного ох-
вата всей опасной зоны и удаления рук работающего раньше, чем
наступит непосредственная опасность их травмирования.
Двуручное управление прессом.
Наиболее эффективным средством защиты рук работающего
является двуручное управление прессом, которое получило широ-
кое внедрение как за рубежом, так и в отечественном производстве.
Эффективность двуручного управления заключается в том, что
в процессе работы обе руки работающего заняты включением прес-
са и не могут находиться (ни при каких обстоятельствах) в опасной
зоне штампового пространства. Кнопки включения должны нахо-
диться друг от друга на расстоянии, не позволяющем их одновре-
менное включение одной рукой. На прессах, имеющих пульты yij-
354
равления с фронтальной и тыльной сторон, при работе на них
двух работающих, управление прессом должно быть сблокировано
так, чтобы включениё пресса осуществлялось только при нажатии
всех четырех кнопок. Двуручное управление, прессом не исключает
применения защитных устройств, делающих работу на прессе безо-
пасной. Поэтому все прессы должны быть оснащены защитными
устройствами и двуручным управлением.
Использование ручного и штампового инструмента при работе
на прессе. Загрузку штучных заготовок в штамп и удаление от-
штампованных деталей допускается изготовлять руками только при
наличии на прессе защитного устройства и использовании ручного
инструмента, обеспечивающих безопасную работу на прессе- При
укладке и удалении деталей вручную работающий вводит руки
в опасную зону штампа, подвергая себя значительной опасности.
Для предотвращения травм рук работающего применяют ручной
инструмент. Такими инструментами могут быть пинцеты различных
видов, щипцы, ломики, присосы и др.
Для захвата детали с помощью пинцета при укладке и удале-
нии затрачивается определенное время. Наиболее эффективным
инструментом является магнитный пинцет, показанный на рис. 149.
Рис. 149. Магнитный пинцет для за-
грузки и удаления деталей при штам-
повке: 1—-ручка; 2 — рычаг; 3 —
пластинчатая пружина; 4— ось; 5 — ’
магнит; 6 — кольцо; 7 — основание.'
Конструкция магнитного пинцета состоит из трубчатого основа-
ния 7, на одном конце которого закреплен подковообразный маг-
нит 5, а на другом — приварен стержень с резьбой, на которую на-
вертывается ручка 1. На оси 4 шарнирно закреплен двуплечий ры-
чаг 2 с приваренным к концу кольцом 6 из латуни. На конце име-
ется прорезь, через нее проходит трубка основания с магнитом.
Пластинчатая пружина 3 служит для возврата двуплечевого рыча!-
га в исходное положение, когда магнит соприкасается с захваты-
ваемой деталью. Пинцет накладывается на заготовку, или готовую
деталь, которая притягивается к -нему магнитом. После переноса
детали и ее укладки в штамп нажимают пальцами на конец ры-
чага, при этом магнит уходит вверх и кольцо, опираясь на деталь,
отрывает ее от магнита. , ’ ,
23* 355
Вес магнитного пинцета 120 г, длина 225 мм, подъемная сила
100 г.
При штамповке деталей из немагнитных материалов, например
алюминия, латуни, пластмассы, применяют вакуумный захват,
предназначенный для подъема деталей весом до 1 кг (рис. 150).
Рис. 150. Вакуумный захват для переноса плоских немагнитных деталей.
Вакуумный захват изготовляется из маслостойкой резины
(в последнее время — полиуретана) и имеет диаметр 35 мм, высоту
25 мм. Этот захват может поднимать и переносить плоские детали
или заготовки весом до 1 кг. Устройство вакуумного захвата хоро-
шо видно на рис. 150.
Закрепление штампов
Ручное крепление штампов. Правильное и надежное крепление
штампов к ползуну и столу пресса является гарантией безопасной
работы и отсутствия травм рабочего.
После установки штампа наладчик обязан проверить правиль-
ность и надежность настройки штампа и средств защиты опасной
зоны штампа.
Крепление верхних плит мелких штампов на ползунах одно-
стоечных открытых прессов простого действия усилием от 6,3 до
315 т производится за хвостовик накладной планкой ползуна прес-
са при помощи двух болтов. При больших усилиях съема детали
или заготовки ввиду ненадежности крепления за один хвостовик
применяется дополнительное крепление болтами за верхнюю плиту
штампа (рис. 151,о).
356
Рис. 151. Схемы крепления штампов: а — смешанное; б — четырьмя болта-
ми через резьбовые отверстия в верхней плите.
Крепление средних штампов, когда происходит ударное вытал-
кивание отштампованных деталей или при больших усилиях съема
отхода и большом весе верхней части штампа, производят четырь-
мя болтами к переходной плите ползуна (рис. 151,6).
Крепление нижних частей штампов (чаще это контейнера с по-
лиуретановыми подушками) возможно при обязательном наличии
Т-образных пазов в штамповых плитах столов прессов (рис. 152).
На рис. 153 показаны наиболее часто применяемые способы
крепления верхних плит средних и больших штампов: I — резьбо-
вые отверстия в плите штампа соосны со сквозными отверстиями
в ползуне пресса; II — сквозные отверстия в ползуне пресса распо-
ложены близко к ребру и при этом завертывание ключом невоз-
можно, в том время как по нижней плоскости верхней плиты штам-
па ничто не мешает завертыванию гайки ключом; III — сквозные
отверстия в верхней плите штампа соосны с резьбовыми отверсти-
ями в ползуне пресса, и детали штампа на верхней плите не меша-
ют работе гаечным ключом; IV — сквозные отверстия в верхней пли-
те штампа близко расположены к деталям штампа; завертывание
ключом снизу верхней плиты невозможно, но полка ползуна сво-
бодна для завертывания гайки ключом.
Крепление штампов болтами в пазах ползунов и плитах, прессов
показано на рис. 154.
357
Рис. 152. Схемы крепления нижних плит штампов:
1 — правильное, надежное (m^0,5d);
II — неправильное, ненадежное (m<0,5d):
Рис. 153. Возможные случаи крепления верхних плит штампов.
Неправильно
Рис. 154. Крепление штампов болтами в пазах ползунов
и плитах прессов.
ПраЬипьио
Категорически запрещается крепление верхних плит штампов
скобами, лрижимами и прочими накладными прижимными дета-
лями. Ввиду больших удельных давлений, возникающих в контейне-
рах штампов, их устанавливают только на тот пресс, который ука
зан в техпроцессе, и согласно клеймению, указанному на штампе.
Механизированное крепление штампов. На крепление штампов
с помощью болтов и гаек вручную уходит много времени, отчего
происходит простой прессов.
В настоящее время на предприятиях, выпускающих автомобили
359
грузовые и легковые, применяются различные механические креп-
ления: пневматические, гидравлические, механические.
Наиболее простым и надежным способом крепления штампов
к ползунам и столам прессов, опробованным и внедренным в авто-
мобильной промышленности, является крепление штампов с помо-
щью зажимов (рис. 155), имеющих в собранном виде двутавровую
Рис. 155. Зажим для механизирован-
ного крепления штампов, состоящий
из двух частей, сопряженных между
собой по наклонной плоскости: 1 —
Т-образное основание; 2 — винт; 3 —
пружина; 4 — оси; 5 — фиксатор;
6 — П-образный вкладыш.
конфигурацию, состоящую из нижней 1 и верхней 6 половин. Переме-
щение одной половины зажима относительно другой происходит по
наклонным поверхностям. Вследствие этого уменьшается рассто-
яние между рабочими поверхностями зажимов и происходит при-
жатие штампа к плите пресса.
Для удержания верхней половины зажима от преждевременного
перемещения относительно нижней половины зажима предусмотрен
пружинный фиксатор-подъемник, состоящий из самого фиксатора
5, пружины 3 и оси 4. В верхней половине зажима имеется гнездо
для удержания фиксатора подъемника.
ЛИТЕРАТУРА
1. Исаченков Е. И. Штамповка резиной и жидкостью. М., «Машино-
строение», 1967 г.
2. X о д ы р е в В. А. Применение полиуретана в листоштамповочном про-
изводстве. Пермь, 1973.
3. Штампы листовой холодной штамповки. Рекомендации по применению
полиуретана. РТМЗ — 374-73. Пермь, 4973.
4. X о д ы р е в В. А. и др. Альбом чертежей штамповой оснастки с при-
менением полиуретана. Западно-Уральский ЦНТИ. Пермь, 1971.
5. К у х т ар о в В. И. Холодная штамповка. М., «Машиностроение», 1962.
6. Шофман Л. А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки.
М., «Машиностроение», 1964.
7. П о п о в Е. А. Основы теории листовой штамповки. М., «Машиностро-
ение», 1967.
8. Сторожев М. В., Попов Е. А. Теория обработки металлов давле-
нием. М., «Машиностроение», 1971.
9. Брюханов А. Н. и др. Определение технологических параметров вы-
тяжки толстолистовых днищ. — «Кузнечно-штамповочное производство», 1973,
№ 10.
10. Шелухин А. С. Глубокая вытяжка эластичной матрицей с политро-
пическим регулированием давления. — «Кузнечно-штамповочное производство»,
1972, № 1.
11. Масленников Н. А. Беспуансонная глубокая вытяжка тонколисто-
вого материала силами трения. — «Вестник машиностроения», 1965, № 5.
12. Бутузов Е. А. Специальные виды штамповки. М., «Высшая школа»,
1963.
13. Г о р б у н о в М. Н. Технология заготовительно-штамповочных работ
в производстве летательных аппаратов. М., «Машиностроение», 1970.
14. Ра й т П., К а м м и н г: Полиуретановые эластомеры. Пер. с англ, под
ред. д-ра наук Н. П. Апухтиной. Л., «Химия», 1973.
15. Апухтина Н. П., Мозжухина Л. В. Уретановые эластомеры.
Л., «Химия», 1971.
16. Безухов Н. И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести.
М., «Высшая школа», 1969.
17. Д ю р е л л и, Ралли. Поляризационно-оптический метод исследований.
!Л., «Иностранная литература», 1969.
18. Ку ров и ч А. Н. и др. Напряженно-деформированное состояние эла-
' стичных подушек и диафрагм при листовой штамповке по жесткому пуансону.
«Кузнечно-штамповочное производство», 1973, № 3.
19. Ходырев В. А. и др. Вырубка тонколистовых деталей на полиуре-
тановых матрицах. — «Кузнечно-штамповочное производство», 1971, № 8.
20. Т а р н о в с к и й И. Я. и др. Теория обработки металлов давлением.
М., «Металлургиздат», 1964.
21. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. М., «Наука», 1969.
22. К о р с а к о в В. Д. Справочник мастера по штампам. Л., «Машино-
строение», 19712.
23. С к в о р ц о в Г. Д. Основы конструирования штампов для холодной
штамповки. М., «Машиностроение», 1964.
24. X о д ы р е в В. А. Штамповка деталей на полиуретане применительно
к электропромышленности. Сб. тез. докл. Рига, 1971.
361
25. Ходырев В. А., Блинов М. А. Полиуретановые буфера. — «Куз-
нечно-штамповочное производство», 1974, Xs 6.
26. Давыдов Ю. П., Покровский Г. В. Листовая штамповка леги-
рованных сталей. М., «Оборонгиз», 1962.
27. The Tool Engineer, 1958, vol, 41, Xs 2.
28. Щеглов В. Ф. и др. Кузнечно-прессовые машины. М., «Машиностро-
ение». 1968.
29. Н е ф е д о в А. П. Конструирование изготовления штампов. М., «Маши-
ностроение», 1973.
30. Пытьев П. Я. Штампы для падающих молотов с малосвинцовистыми
и бессвинцовистыми пуансонами. М., «Оборонгиз», 1959.
31. Земляков И. П. Прочность деталей из пластмасс. М., «Машино-
строение», 1972.
32. Л и н ц В. П. и др. Кузнечно-прессовое оборудование и его наладка.
М„ «Высшая школа», 1969.
33. С а г а т е л я н Л. С. Средства техники безопасности и механизация в
холодно-штамповочном производстве. М., «Машиностроение», 1973.
34. X о д ы р е в В. А. и др. Штамповая оснастка с применением полиурета-
на.— «Кузнечно-штамповочное производство», 1972, Xs 9.
35. X о д ы р е в В. А. и др. Формовка тонколистовых изделий на штампах
с применением полиуретана. — «Кузнечно-штамповочное производство»,- 1974.
36. X о д ы р е в В. А. и др. Технология листовой штамповки труднодефор-
мируемых материалов. Пермь, 1971.
37. Ходырев. В. А. и др. Вытяжка сферических днищ из мартенситоста-
реющих сталей. Сб. тез. докл. Рига, 1974.
38. Р о м а н о в с ки й В. П. Справочник по холодной штамповке. М., «Ма-
шиностроение», 1971.
39. Т о м л е н о в А. Ф. Механика процессов обработки металлов давлени-
ем. М., «Машгиз», 1963.
40. Б л и н о в М. А. и др. Организация технологической подготовки произ-
водства изготовления деталей на полиуретане. Пермь, .1974.
41. Комаров А. Д. и др. Новые способы холодной штамповки. Куйбы-
шев, 1969.
42. Т а р я о в с к и й И. Я., Поздеев А. А., ГанагоО. А. Деформа-
ция и усилия при обработке металлов давлением. М., «Машиностроение», 1959.
' 43. Л а лет ин В. А., Пермяков В. И., Лежнева А. А. и др. Иссле-
дование НДС симметричных деталей под действием продольно-поперечных сил.
Отчет НИР. ППИ. Пермь, 1973.
44. Ходырев В. А., Верещагин А. Н. и др. Расчет контейнеров. От-
чет НИР. Пермь, 1971.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ........................................... : 3
Глава I. Технологичность холодноштампованных листовых деталей 5
§ 1. Понятие о технологичности ................................. 5
§ 2. Технологические требования, предъявляемые к конструкциям ли-
стовых деталей, изготовляемых в штампах с использованием полиуретана 6
Требования к конструкции плоских деталей, получаемых вырез-
кой и пробивкой . ..................... 6
Требования, предъявляемые к конструкциям деталей, изготовляемых
гибкой ................................................. 14
Требования к деталям пространственной формы, полученных
вытяжкой или растяжкой ................................... . 19
Требования к деталям, получаемым рельефной формовкой
и отбортовкой ................................................ 22
Требования к конструкциям плоских деталей из неметаллических
материалов, получаемых вырезкой и пробивкой....................26
Глава II. Разработка технологических процессов холодной штампов-
ки, производимой в штампах с использованием полиуретана .... 30
§ 1. Выбор технологического процесса ........................... 30
§ 2. Варианты технологических процессов .........................31
§ 3. Технологический процесс изготовления плоских деталей . . 43
§ 4. Технологический процесс изготовления гнутых деталей ... 50
Расчет усилий гибки в штампах с открытым объемом .... 50
Расчет усилий гибки в штампах с замкнутым объемом ... 52
§ 5. Технологический процесс изготовления деталей пространственной
формы, полученных вытяжкой или раздачей..........................63
Расчетная схема деформирования и напряженно-деформированного
состояния при вытяжке осесимметричных деталей..................63
Расчет усилий, необходимых при вытяжке по жесткой матрице . ' 71
Расчет усилий, необходимых при вытяжке по жесткому пуансону . 76
Возможности и особенности вытяжки деталей......................79
Технологические схемы вытяжки .................................80
Расчет усилий, необходимых при раздаче полых деталей простран-
ственной формы ............. 87
Расчет усилий при раздаче заготовки с осевым подпором ... 94
Технологические схемы раздачи и обжатия деталей . . . _. 96
§ 6. Технологический процесс формообразования рифтов или техно-
логических углублений ....................................... ; 98
Расчет хода ползуна и усилия...................................98
Усилие и некоторые параметры при формовке глухих отверстий . 101
Технологические схемы формовки ...............................104
§ 7. Технологический процесс отбортовки отверстий ............. 106
Расчет параметров и усилия отбортовки....................... 106
Технологические схемы отбортовки .............................109
Глава III. Уретановые каучуки..................................112
§ 1. Общие сведения, производство, марки и физико-механические
свойства ......................................................... 112
§ 2. Оснастка для производства литьевых уретанов................115
§ 3. Механическая обработка ............................. . . 117
Глава IV. Расчет параметров штампов................. . . 120
§ 1. Расчет силовых элементов штампов............. . . 120
Расчет круглых контейнеров....................... . . 121
Расчет квадратных и прямоугольных контейнеров . . . . 123
Расчет напряжений в составных контейнерах ... . . 130
Расчет перемещений . ....................... . . 143
363
§ 2. Методика расчета квадратных и прямоугольных контейнеров
Исследование напряженно-деформированного состояния методом ко-
нечных элементов ............................ ...................
Исследование напряженно-деформированного состояния методом
фотоупругости ......................................... .
Исследование напряженно-деформированного состояния методом
фотоупругости на плоских моделях..............................
Расчет контейнеров по схеме рамы..............................
§ 3. Напряженно-деформированное состояние полиуретановых подушек
под действием усилий, возникающих при выполнении листоштампо-
вочных операций .................................................
§ 4. Расчет полиуретановых буферов ..............................
Расчет цилиндрических полиуретановых буферов с центральным от-
верстием .....................................................
Схема трения. Граничные условия .................
Определение удельного давления ...............................
Устойчивость буфера...........................................
Практические данные силовых характеристик кольцевых буферов .
Глава V. Типовые конструкции штампов и характерные схемы
штамповки ..........................................................
§ 1. Типовые конструкции штампов для изготовления характерных де-
талей и описание применяемых при штамповке схем..................
§ 2. Построение конструкции .....................................
§ 3. Основные конструктивные требования к штампам и технологич-
ность изготовления деталей штампов ..............................
150
150
151
151
152
157
164
164
165
170
171
173
173
178
213
214
Глава VI. Штампы для вырезки и проколки листоштампованных
деталей .............................................................218
Типовые конструкции вырубных штампов............................218
Блоки универсальные круглые.....................................218
Блоки квадратные универсальные ........................... ... 221
Блоки универсальные прямоугольные ..............................223
Блоки универсальные групповые для вырезки из ленты или полосы . 223
Штампы для вырезки деталей из неметаллических материалов . 224
Универсальный штамп для проколки отверстий......................230
Копиры-пуансоны ................................................230
Глава VII. Штампы для гибки холодноштампованных листовых
деталей ...... ..................................................... 239
Штампы для гибки V, и и U-образных деталей......................239
Штамп для одновременной трех и более угловой гибки деталей . 241
Штамп для гибки держателей......................................244
Штамп для гибки бортов......................................... 244
Штамп для гибки — [_| U- -образных деталей 247
Штамп универсальный гибочный ...................................249
Глава VIII. Штампы для вытяжки холодноштампованных деталей 252
Штамп для вытяжки полусфер..................................252
Штамп вытяжной по жесткому пуансону.........................254
Штамп для вытяжки мисок ...................................255
Штамп для вытяжки деталей по реверсивной схеме 256
Штамп для вытяжки коробчатых деталей.......................258
Штамп для вытяжки тарельчатых деталей...........................258
Универсальный штамп для вытяжки деталей.........................261
Групповой блок для вырезки и вытяжки колпачков .... 262
Глава IX. Штампы для раздачи и обжатия холодноштампованных
деталей . •,........................................................ 266
Штампы для раздачи............................................. 266
тампы для раздачи ................................... . : : 266
Штамп для раздачи с осевой подачей заготовки....................268
Штамп для обжатия ............................................. 268
Штамп универсальный для обжатия ................................269
Глава X. Штампы для формовки и отбортовки холодноштампо-
ванных деталей ......................................................271
Блок для формовки и неглубокой гибки........................271
Блок для формовки и неглубокой вытяжки .......................272
Штамп формовочный ............................................ 273
Блок формовочный.............................................. 275
Блок формовочный универсальный..................................275
Штамп для отбортовки отверстия ...........................276
Штамп для двусторонней отбортовки...............................278
Глава XI. Штампы комбинированные для получения совмещенных
операций.............................................................279
Штамп комбинированный для производства тарелок .... 279
Штамп комбинированный для производства тарелок .... 282
Штамп комбинированный для производства крышек................282
Штамп комбинированный совмещенного действия..................283
Штамп комбинированный для облицовочных панелей .... 284
Глава XII. Исполнительные размеры и конструкция рабочих час-
тей штампов .........................................................287
Буфера полиуретановые ...............................287
Размеры контейнеров ......................................... 289
Определение высоты полиуретанового пуансона и внутренних раз-
меров матрицы для раздачи деталей...........................292
Исполнительные размеры копиров-пуансонов ......................295
Определение усилий, поднимающих матрицу, и расчет болтов,
удерживающих матрицу ...............................: . . 297
Глава XIII. (Материалы для деталей штампов.......................299
(Глава XIV. Оборудование для штамповки эластичными средами. 304
Предохранительные устройства....................................307
Глава XV. Организация комплексного участка и технологической
подготовки производства изготовления деталей в штампах с полиуретаном 313
Операция вырезки и пробивки................................... 315
Глава XVI. Технико-экономические показатели применения штам-
повой оснастки с пуансоном (матрицей) из полиуретана.................324
Глава XVII. Изготовление и наладка штампов с использованием
полиуретана..........................................................331
§ 1. Особенности изготовления штампов..............................331
§ 2. Формблоки и модели штампов....................................334
§ 3. Мастер-модель ....................................... 338
§ 4. Гипсовые модели ........................................338
Глава XVIII. Примеры технологических процессов изготовления
штампов..................................,..................: . 339
Изготовление комбинированного штампа для вырубки, гибки и фор-
мовки деталей декоративной облицовки .......................... 339
Изготовление универсального блока для проколки отверстий . 340
Изготовление универсального гибочного блока ................... 341
Глава XIX. Наладка штампов.................................342
§ 1. Ознакомление наладчиков с конструкцией и работой штампов
и их наладка.......................................................342
§ 2. Неполадки и неисправности при эксплуатации штампов с исполь-
зованием полиуретана ................................... 346
Глава XX. Техника безопасности ..................................347
Закрепление штампов ... 356
Литература.................. ..................................361
Ходырев
Вениамин Александрович
ПРОЕКТИРОВАНИЕ,
ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ
ШТАМПОВ С ПОЛИУРЕТАНОМ
Редактор издательства Т. М. Суворина
Художественный редактор М. А. Данилов
Технический редактор В. И. Чувашов
Корректор Л. К. Крамаренко
Сдано в набор 31. III. 1975 г. Подписано в печать
11. IX. 1975 г. Формат 60 X90‘/ie. Бум. тип. № 2. Бум. л.
12,5; печ. л. 23; уч.-изд. л. 20,937. ЛБ02168. Тираж 5000 экз.
Цена 1 р. 36 к. Пермское книжное издательство. 614000,
Пермь, ул. К. Маркса, 30. Книжная типография № 2
управления издательств, полиграфии и книжной торговли.
614001, Пермь, ул. Коммунистическая, 57. Зак. 524.
Х69 Ходырев В. А.
Проектирование, изготовление и эксплуатация штампов с
полиуретаном. Пермь, Кн. изд-во, 1975.
365 с.
В книге рассмотрены особенности расчета и проектирования, изго-
товления и эксплуатации штампов с полиуретаном.
х 31205—81
М152(03)—75
8П4.2