МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТОЧНОСТИ ВЫРУБКИ ДЕТАЛИ ШАЙБА И ВЫСОКОЙ СТОЙКОСТИ ШТАМПА

Цель: Улучшение точности вырубки детали шайба и повышение стойкости штампа.

Для достижения этой цели потребуется решить следующие задач:

1. Изучить устройство штампа. Выделить элементы, влияющие на точность и стойкость.
2. Использовать в конструкции штампа твердосплавные рабочие элементы.
3. Использовать шариковые направляющие качения для штампа.
4. Выбрать конструкцию матрицы с припуском под последующую заточку.

Введение.

В современном производстве используются технологические процессы, основанные на холодной пластической деформации металла, которые предоставляют отличную возможность не только получить точные размеры конструкции, но и добиться высокого качества ее поверхности. Поэтому усовершенствование инструментов для холодной штамповки играет важную роль. С появлением более сложных деталей и использованием для их изготовления материалов, имеющих высокие механические свойства, растет потребность в повышении точности и стойкости штампа.

Изучение устройства штампа и его частей, влияющих на точность вырубки детали и стойкость штампа.

Штамп для вырубки шайбы относится к листовой штамповке. Так называется процесс изготовления деталей из листа, полосы или рулонного материала, толщиной не более 10мм. Полученные детали не требуют дальнейшей обработки после штамповки. Данный вид штамповки является высокопроизводительным (до 40 тысяч деталей в смену).

Рассматриваемый штамп по технологическому признаку относится к штампам для разделительных операций (отрезки, вырубки, пробивки, надрезки, обрезки, зачистки), по степени совмещенности операций является одно операционным (выполняет одну операцию – вырубка шайбы), по конструктивному исполнению относится к блочным штампам (с направляющими колонками), по способу подачи заготовок – штамп с ручной подачей. [1, с. 15]

Основные требования при изготовлении штампа: точность вырубаемых деталей, достаточная прочность и стойкость рабочих частей деталей, удобство обслуживания, безопасность в работе, надежное крепление на прессе.

Рисунок 1. Принципиальная схема штампа

Рассмотрим основные части штампа на примере принципиальной схемы  (рис 1.) Деталями, которые непосредственно участвуют в вырубке, являются пуансон-7 и матрица-6. Режущие детали собираются в пакет с помощью установочных деталей-8, пуансонодержателя-9, отдельно верхняя часть (матрица) и нижняя (пуансон), и крепятся соответственно на верхнюю-1 и нижню-5 плиты винтами. Чтобы избежать смещения рабочих (режущих) деталей относительно плит, в сборе сверлится минимум два сквозных отверстия для запрессовки в них штифтов. Для того чтобы верхняя часть штампа не смещалась по отношению к нижней части (пуансон четко заходил в матрицу с сохранением зазора, предусмотренного сборочным чертежом) в конструкции штампа используются направляющие колонки-4 и втулки-3. Для закрепления верхней части штампа на подвижную часть пресса в конструкции существует хвостовик-2.

В штампе для вырубки шайбы на нижней плите крепится пуансон-матрица, а на верхней матрица и пуансон. Пуансон матрица – это рабочий элемент штампа, имеющий признаки пуансона и матрицы штампа. [2, с. 6]. Его сечение полностью повторяет вырубаемую деталь. Наружный диаметр пуансона-матрицы выполняется по отверстию матрицы с зазором на диаметр, который выбирается, исходя из толщины вырубаемого материала, а внутренний диаметр выполняется по пуансону с соответствующим зазором.

Из рисунка 1 и описания штампа можно выделить детали, от которых зависит точность и стойкость штампа. За точность штампа отвечают: пуансон-матрица, матрица, пуансон, а именно зазор между ними. Следовательно, для обеспечения постоянства зазора следует сделать эти детали более износоустойчивыми и оставить припуск для последующей шлифовки рабочих поверхностей, что повысит срок службы штампа. Так же для обеспечения зазора между рабочими деталями штампа, нужно внести изменения в конструкцию направляющих колонок и втулок.

Твердосплавные рабочие элементы.

Для увеличения срока службы холодного штампа в его конструкции применяют рабочие вставки, выполненные из твердого сплава. Материал выбираем из таблицы 1. Материал пуансона-матрицы и пуансона совпадают.

Таблица 1.

Рекомендуемые твердые сплавы для штампов холодной листовой штамповки

Особенно широко применяются штампы, армированные твердосплавными вставками, в крупносерийном и массовом производстве, где стойкость обычных стальных матриц и пуансонов оказывается недостаточной и приводит к необходимости изготовления большого числа штампов-дублеров. С применением твердых сплавов для вырубных штампов стойкость их увеличивается в 8 и более раз, а при штамповке высокопрочных листовых материалов типа нержавеющих, электротехнических и им подобных сталей применение твердых сплавов для рабочих частей штампов позволяет повысить их стойкость до 50 раз. [3, с. 50] Вышесказанное удовлетворяет поставленной цели.

Применяя в конструкции штампа твердый сплав, для обеспечения правильной его работы, следует обеспечить: повышенную жесткость конструкции, надежное крепление вставок, минимальный вход пуансона-матрицы в матрицу, увеличенный зазор между пуансоном-матрицей, матрицей и пуансоном.

Для закрепления вставки из твердого сплава более удобен способ запрессовки, что облегчит дальнейший ремонт инструмента в случае износа.

Применяя твердый сплав в штампе, одновременно увеличивается стойкость рабочей части, соответственно зазор долгое время будет неизменным, что позволит увеличить точность вырубки.

Применение подшипника качения для направляющих колонок штампа.

Вместо направляющих скольжения в штампе будем использовать шариковые направляющие качения. Пример его использования приведен на рисунке 2, где 1-направляющая колонка, 2- направляющая втулка, 3 – шарики, 4 –сепаратор.

Рисунок 2. Шариковые направляющие качения

Подшипник качения представляет собой протяженное кольцо с телами качения (шариками), является частью направляющей наряду с колонкой (цилиндрическим валом) и втулкой (деталью с цилиндрическим отверстием).  Принцип действия сепараторов заключается в том, что они способны кататься между колонкой и втулкой, одновременно обеспечивая плавность и жесткость в двух различных направлениях. Сепараторы обеспечивают высокоточное скольжение на штампах с быстрой сменой цикла. Направляющие, составленные на основе сепараторов, способны воспринимать значительные нагрузки и перемещаться с высокими скоростями. Благодаря жесткости, составные части штампа при работе не сдвигаются друг относительно друга по горизонтали, что способствует получению точной требуемой формы обрабатываемой заготовки.

Основные преимущества использования сепараторов: возможность оказания на направляющие предельных нагрузок, увеличение срока службы штампа, повышение точности и скорости штамповки. [4, с. 87]

Применяя в конструкции подшипник качения, выполняется условие использование твердого сплава, о котором сказано выше и одновременно повышается точность и стойкость, что является задачей.

Выбор конструкции матрицы (вставки в матрицу).

Не маловажно правильно выбрать конструкцию матрицы, в данном случае вставки из твердого сплава. Из существующих конструкций наибольшее применение в производстве штампов находят конструкции, представленные на рисунке 3: а) с цилиндрическим пояском, переходящим в конус, б) с конусом от верхней плоскости матрицы.

Рисунок 3. Конструкции матриц

Для решения поставленной задачи наиболее подходящим является первый вариант, так как он имеет более прочную режущую кромку, есть большой запас под переточку, при этом переточка происходит без потери первоначального размера отверстия, что важно для сохранения точности. При использовании вставки такой конструкции следует принять во внимание, что высота рабочего диаметра имеет стандартные размеры, колеблющиеся от 3 до 12 мм, в зависимости от толщины штампуемого материала. Применение такой конструкции позволяет использовать одну вставку для вырубки большего количества деталей, с заточкой через определенный период работы. Соответственно повышается общая стойкость штампа.

Заключение.

Теоретические выводы:

Изучив конструкцию штампа, можно сделать вывод, что на точность и стойкость штампа влияют пуансон, матрица, направляющие колонки и втулки. Применив в конструкции штампа рабочие детали из твердого сплава, одновременно повышаются стойкость и точность. Количество отштампованных деталей повышается в сотни раз, что подкреплено теоретическими данными.  Для удовлетворения условия использования твердого сплава и одновременно повышения точности и стойкости применили в конструкции шариковые направляющие качения. Из существующих конструкций матриц выбрали матрицу с цилиндрическим пояском, рабочая часть которой более прочная, а так же имеет припуск под дальнейшую заточку без потери размера. Исходя из того, что было приведено в работе, считаем, что поставленные задачи и цели выполнены.

Список литературы:

1. Билибин К. И. Холодная штамповка: учеб. Пособие по курсу «Технология электронных средств»/ К. И. Билибин, В. П. Григорьев. - М.: Изд-во МГТУ, 2010. – 68, [4] с.: ил.
2. Владимиров В. М. Изготовление штампов, пресс-форм и приспособлений. М.: Высшая школа, 1974. — 431 с.: ил.
3. ГОСТ 15830-84. Обработка металлов давлением. Штампы. Термины и определения
4. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. М., «Металлургия». 1968.
5. Мендельсон В.С., Рудман Л.И. Технология изготовления штампов и пресс - форм. – М.: Машиностроение, 1982. – 204 с.
6. Никитенко, В. М. Штампы листовой штамповки. Технология изготовления штамповой оснастки: текст лекций. В 2 ч. Ч. 1 / В. М. Никитенко, Ю. А. Курганова. – Ульяновск: УлГТУ, 2010. – 68 с.
7. Попов Е.А. Технология и автоматизация листовой штамповки: учеб. для вузов / Е.А. Попов, В.Г. Ковалев, И.Н. Шубин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003
8. Схиртладзе А. Г. Автоматизированное проектирование штампов: учеб. пособие / А. Г. Схиртладзе [и др.]; под ред. проф. В. В. Морозова; ВГУ. – Владимир: Изд-во ВГУ, 2007. – 284 с.