Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка
Л.И. Рудман (ред.)
Машиностроение, 1988 г.
Глава 6
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ С РАБОЧИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
ТРЕБОВАНИЯ К ШТАМПАМ С ЭЛЕМЕНТАМИ
ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ И ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ
РАБОЧИХ ДЕТАЛЕЙ
Требования к штампам. Твердые сплавы обладают повышенной склонностью к разрушению, поэтому только при соблюдении специальных конструкторско-технологических требований возможна надежная работа штампов с рабочими элементами из твердых сплавов, так называемых твердосплавных штампов, и повышение их стойкости в десятки и сотни раз по сравнению со штампами со стальными рабочими элементами.
Современные конструкции твердосплавных штампов должны обеспечивать по сравнению со стальными повышенную жесткость, более точное и надежное направление верхней части штампа по отношению к нижней, максимальное приближение оси хвостовика к центру давления штампа, долговечность и надежность узлов съема и упругих элементов, повышенную износостойкость направляющих полосы, возможно большее число переточек и отсутствие концентрации напряжения по твердому сплаву.
Повышенная жесткость и прочность плит достигается увеличением их толщины. Так, для матриц с размером в плане 350x200 мм рекомендуется толщина нижней плиты 100—120 мм. Для облегчения штампов можно применять плиты толщиной 60—80 мм, при этом под штампом следует устанавливать специальную подштамповую плиту толщиной 80—100 мм, диаметр рабочих отверстий для выхода отходов и деталей в которой должен быть на 2—3 мм больше диаметра отверстий в нижней плите штампа. Нижнюю и верхнюю плиты и плиту пакета изготовляют из стали 45. Эти плиты подвергают термообработке до твердости 29—33 HRCa. Отклонение от плоскостности основания матрицы и прилегающей к нему поверхности нижней плиты штампа, а также тыльной части пуансонов с пуансонодержателем и прилегающей к ней поверхности верхней плиты (или промежуточной подкладной плиты) не должно превышать 0,005 мм. Несоблюдение этого требования может снизить стойкость штампа в несколько раз.
Винты для твердосплавных штампов изготовляют из стали 45, после чего их подвергают термообработке. Следует учитывать, что даже незначительное растяжение винтов приводит к понижению стойкости твердосплавных штампов.
Более точное и надежное направление верхней части твердосплавного штампа по отношению к нижней по сравнению со стальным достигается применением направляющих качения (не менее четырех). Рекомендуемый натяг в шариковых направляющих качения 0,01—0,015 мм. В некоторых случаях применяют натяг 0,02—0,03 мм. Повышение натяга приводит к уменьшению стойкости направляющих. Однако натяг целесообразно повышать при вырубке тонкого материала толщиной до 0,5 мм или при работе на изношенном прессовом оборудовании. Стойкость направляющих качения составляет 10—16 млн. рабочих циклов в зависимости от величины натяга. Колонки и втулки изготовляют из стали ШХ15. После термообработки их твердость 59—63 HRC3. Направляющие качения применяют при вырубке материала толщиной до 1,5 мм.
Максимальное приближение оси хвостовика к центру давления штампа обеспечивается конструктивно на основании расчетов. Компенсации неперпендикулярности хода ползуна относительно поверхности стола пресса достигают применением плавающих хвостовиков и перемещающихся узлов крепления штампов к прессу.
Устранение концентрации напряжений в твердом сплаве достигается скруглением углов в окнах матриц радиусом 0,2—0,3 мм (за исключением рабочего угла в окне шагового ножа штампа последовательного действия) и определением толщины матрицы, минимальной ширины ее стенки и расстояния между рабочими окнами на основе соответствующих расчетов.
Обеспечение долговечности и надежности элементов съема и направления полосы достигают за счет армирования съемников закаленными стальными пластинами и твердосплавными элементами, применения твердосплавных направляющих стержней и отлипателей для направления и подъема полосы, использования новых конструкций съемников. Наиболее распространены два типа отлипателей: обеспечивающие направление полосы при движении ее над матрицей (рис. I, а) и не обеспечивающие его (рис. 1, б). Применение последних требует наличия в штампе отдельных элементов для направления полосы.
Подвижные съемники в большинстве случаев выполняют на направляющих качения. Наибольшей жесткостью обладают направляющие, если колонки жестко закреплены на съемнике (рис. 2). Чтобы избежать перекосов, возникающих из-за наличия на ленте заусенцев, съемник не прижимают к ленте; зазор между ним и лентой составляет 0,5—0,8 мм (рис. 3).
При вырубке деталей из материала толщиной свыше 0,5 мм применяют, как правило, штампы с неподвижным съемником. Детали, вырубленные в этих штампах, по плоскостности незначительно уступают полученным в штампах с подвижным съемником, так как вырубка происходит при острых рабочих кромках пуансонов и матриц. Повышение жесткости пуансонов достигается уменьшением их длины до минимально допустимой и применением ступенчатых пуансонов. Необходимо, чтобы пуансон был надежно закреплен в пуансонодержателе. Как правило, толщина пуансонодержателя должна быть не менее 1/2 высоты пуансона.
Увеличение числа перешлифовок достигается либо при малом угле уклона в рабочих окнах матрицы (4—8'), что позволяет производить большое число перешлифовок, не выходя за пределы допустимого зазора между пуансоном и матрицей, либо при использовании штампов с пуансонами, имеющими на рабочих поверхностях уклоны, обратные уклонам в рабочих окнах матрицы. Уклоны на пуансонах выполняют 4—8', уклоны в окнах матрицы 8—12. Обратный уклон на пуансонах получают автоматически при обратной электроэрозионной прошивке пуансонов, в частности при изготовлении пуансонов методом комплексного сопряжения режущих элементов.
Конструкции рабочих деталей штампов. Конструкции твердосплавных штампов во многом зависят от методов изготовления основных формообразующих деталей, в частности матриц. Наиболее распространены два метода обработки матриц: алмазное шлифование и электроэрозионная вырезка непрофилированным электродом. В соответствии с этим конструкции матриц подразделяют на секционные и цельные.
Алмазное шлифование позволяет получить высокую точность и низкую шероховатость поверхности матриц, но требует высокой квалификации рабочих, так как матрицы изготавливают из секций, которые необходимо подгонять и стыковать между собой.
Современное электроэрозионное оборудование дает возможность изготовлять цельные твердосплавные матрицы с рабочими окнами сложной формы и высокой точности. Цельные матрицы по сравнению с секционными имеют значительные преимущества: большую жесткость и надежность (в процессе эксплуатации не образуются зазоры в местах стыка секций); значительно проще в изготовлении;