Классификация конструктивных элементов штампа

Все детали штампов могут быть разделены на две основные группы: Рабочие детали — детали технологического назначения, непо­средственно участвующие в выполнении производимой операции и на­ходящиеся во взаимодействии с изделием. К деталям технологического назначения относятся:

1. Формоизменяющие детали: пуансоны, матрицы, пуансон-матрицы,

ножи, складкодержатели;

2. Устанавливающие детали: упоры, ловители, трафареты, направ­ляющие линейки, прижимы боковые;

3. Удаляющие детали: съемники, выталкиватели, сбрасыватели.

Несущие детали — детали конструктивного характера, имеющие

монтажно-сборочное назначение в конструкции штампа. Детали конст­руктивного характера выполняют:

• Опорные функции (плиты, хвостовики, пуансонодержатели, матрицедержатели, подкладные пластины, ограничители хода).

• Направляющие функции и движение (колонки и втулки, плиты, планки, клинья, ползушки, кулачки, шарниры).

• Крепежные функции (болты, винты, гайки, штифты).

4. Проектирование штамповой оснастки

Штамповая оснастка проектируется на основе рабочего чертежа детали и технологического процесса ее изготовления. Чертеж детали, как главный документ, сопутствует всем стадиям подготовки производ­ства, в том числе и на завершающем этапе (при изготовлении оснастки в металле). При проектировании вырубных штампов исходным материа­лом в дополнение к чертежу и техпроцессу служит карта раскроя.

Состав данных с чертежа детали:

• конфигурация и размеры штампуемого (вырубаемого или де­формируемого) контура;

• технологичность контура;

• класс точности;

• наименование и состояние материала готовой детали.

Состав данных с технологического процесса:

• наименование и последовательность операций;

• потребное усилие, необходимое для выполнения операций;

• наименование оснастки;

• наименование и размеры исходной заготовки: марка материала, размер листа, ленты или полосы для вырубного штампа; размер и кон­фигурация заготовки для вытяжного, гибочного и др. штампа; состояние материала (нагартованный, отожженный и т.д.);

—сведения об оборудовании;

• схемы расположения штампов (или детали по переходам), если на один пресс устанавливается несколько штампов;

• средства механизации, автоматизации (если они необходимы);

• указания по технике безопасности.

Состав данных с карты раскроя:

• раскрой листа, если он является первичной заготовкой;

• раскрой полосы или ленты (направление проката, схемы распо­ложения деталей с указанием перемычек и шага).

Имея перечисленные исходные данные, можно переходить к выбо­ру конструкции и определению размеров рабочих деталей штампов.

Выбор конструкции рабочего контура матрицы и пуансона

Рассмотрим выбор конструкции рабочего контура инструмента на примере процесса вырубки (пробивки).

Конструкция рабочей части вырубных и пробивных матриц и пу­ансонов выбирается в зависимости от толщины и конфигурации штам­пуемых деталей. На рис. 6 даны типы рабочих отверстий вырубных матриц, а в табл.1 указана их применяемость и выбор конструктивных па­раметров в зависимости от толщины штампуемого материала.

Рис. 6. Типы рабочих отверстий вырубных и пробивных матриц: а - с прямой шейкой; б - с наклонной шейкой; в - без шейки; г - с шейкой и прямой провальной частью

Таблица 1

Тип	Применяемость
а	Любая конфигурация и толщина
б	Любая конфигурация и толщина, но применяется реже
в	Для вырубки мягких и тонких материалов
г	Для вырубки круглых деталей с обратным выталкиванием

Конструктивные параметры для разных толщин
S	αº	h,мм	Δ	β	k,мм
0,1÷0,5	2º÷3º	3÷5	10ʹ	10ʹ÷15ʹ	3÷10
0,5÷1,0	3º÷5º	5÷10	20ʹ	15ʹ÷20ʹ	3÷10
1,0÷2,0	3º÷5º	5÷10	20ʹ	20ʹ÷30ʹ	3÷10
2,0÷4,0	3º÷5º	5÷10	20ʹ	30ʹ÷45ʹ	3÷10
4,0÷6,0	5º ÷8º	10÷15	30ʹ	45ʹ÷1º	3÷10
6,0÷10,0	5º ÷8º	10÷15	30ʹ

Размеры рабочих контуров матриц и пуансонов должны соответст­вовать размерам чертежа штампуемой детали с учетом допуска на ее из­готовление. Исполнительные размеры строятся с учетом износа инстру­мента (пуансона и матрицы) во время эксплуатации (табл. 2).

Таблица 2

Задание детали	Формулы
	4-9 класс	2-3 класс
А−Δ1

А - номинальный размер;

величина отклонения от номинального размера;

δ_м допуск на изготовление матрицы, выбирается по таблице в зависимости от диаметра матрицы;

n_ин припуск на износ инструмента;

n_д поле допуска детали.

В вырубных штампах применяются плитовые матрицы, которые крепятся к плите штампа при помощи винтов и штифтов (рис. 7) и матри- цы-вставки, которые крепятся запрессовкой, буртиком и т.д. в матрице- держателе. Наружный контур плитовых матриц рассчитывают по эмпири­ческим зависимостям с учетом обеспечения наименьших возможных расстояний расположения отверстий под винты и штифты (см. табл. 3) [4].

Матрицы-вставки крепятся в матрицедержателе запрессовкой, буртиком (см. ГОСТ 16637-16647-84), а также заливкой легкоплавкими сплавами.

Контур пуансона соответствует контуру детали, и длину вырубных пуансонов определяют в зависимости от характеристик пресса, размеров деталей штампа и условий штамповки. Например, для штампа с жестким съемником (рис. 8) длину пуансона можно предварительно определить по формуле:

L = H₁ + H₂ + H₃ + (10 -r 20) мм,

где L - длина пуансона, мм;

H₁ - толщина иуансонодержателя, мм;

Н₂- толщина съемника (или направляющей плиты) в мм;

Н₃ - толщина направляющих планок, мм.

Таблица 3

Конструк­- тивные элементы	Рекомендуемые формулы или размеры в мм
H толщина матрицы	Н = 10 + (5s + 0,7%/а + Ь ) к^1где s - толщина вырубаемой детали а и b - см. эскиз						d		d = 6,5 при L × В < 80 х 60 d = 8,5 при L × В < 120 × 100 (4 отв) d = 10,5 при L × В < 170 × 140 d = 12,5 при L × В < 300 × 200 (6 отв) d = 16,5 при L× В < 600 × 300 (8 отв)
		0,6	0,8	1,0	1,3
	ов кг/мм^2	12	25	40	80
с расстояние от края мат­рицы до раб. отверстия	с = (10 ÷ 20) + 0,8Н						d1
L	L = b + 2с						k		k = l,2d при d < 8,5 к = l,4d при d > 8,5
В	В = а + 2с						М		M=0,8d+

Следует применять возможно более короткие пуансоны, однако чрезмерное укорочение их усложняет настройку пресса.

При вырубке деталей основным рабочим инструментом служит матрица (от размеров зависит размер штампуемой детали), а размеры пу­ансона являются функцией размеров матрицы и технологических зазоров.

При пробивке, наоборот, основным рабочим инструментом служит пуансон, а размеры матрицы назначаются с учетом технологических за­зоров.

Рис. 8. Определение длины пуансона

Выбор рабочего контура пуансона зависит от конфигурации, тол­щины и габаритных размеров детали.

На рис. 9 даны типы рабочих контуров вырубных пуансонов, их применяемость и выбор конструктивных параметров - в табл. 4.

Рис. 9. Типы режущих контуров вырубных и пробивных пуансонов

Исполнительный размер пуансона является функцией размеров и технологических зазоров

A_n = (A_M-Z)^-6n,

где Z - номинальный (наименьший) зазор между пуансоном и матрицей;

δ-допуск на изготовление пуансона.

Таблица 4

Тип	Применяемость
а	Наиболее распространен
б	Для вырубки деталей из толстого материала
в	Для вырубки деталей из тонкого материала
г	В случае уменьшения усилия вырубки
д	Для вырубки крупных деталей
Конструктивные параметры
а = (2 ÷ 3)°
h= (1,5 2)S(S- толщина детали)
H=(1+3)Sφ= 3 + 8^0

Величина зазора Zвлияет на усилие вырубки, работу резки, каче­ство поверхности среза, точность получаемой детали, износ и стойкость инструмента. Величина зазора зависит от толщины материала и его свойств и выбирается по таблице [2]. Допуски на изготовление матриц и

пуансонов δ_ни δ_мвыбираются по таблице [2] в зависимости от размеров вырубаемой детали и толщины штампуемого материала.

Конструктору штампа необходимо решить вопрос крепления пуан­сона к верхней части штампа. Крепление пуансона можно осуществлять непосредственно к плите винтами и штифтами, если позволяет опорная поверхность пуансона или если в пуансоне для крепления предусмотрен фланец. Крепление пуансона может быть осуществлено вставкой в

пуансонодержатель с помощью запрессовки, буртиком, расклепкой (ГОСТ 16621 ... 16625-84). Варианты крепления пуансонов даны на рис. 10. Для крепления быстросменных пуансонов применяются в конструкции ша­риковые замки (ГОСТ 16626-71 ...16629-84).

Рис. 10. Варианты крепления вырубных пуансонов (примеры): а - запрессовкой с буртиком; б - расклепкой; в - винтами и штифтами или винтами и врезным (по посадке) фланцем; г - быстросъемный (шариком и

винтом)

Конфигурация и размеры пуансоно- и матрицедержателей приме­няются исходя из условия расположения в них пуансонов и матриц и размещения фиксирующих и крепежных деталей (рис. 11, 12).

Толщина нуансонодержателя может быть взята равной

Н_пд⁼(0,6 ÷ 0,8) Н_м,

где Н_м- толщина матрицы.

Толщина матрицедержателя обычно равна толщине матрицы

Н_мд=Н_м.

В целях упрощения конструкции следует проектировать вырубку «на провал», при которой отпадает необходимость в применении вытал­кивателя.

Рис.11. Пример конструктивного исполнения пуансонодержателя

В вырубных штампах простого действия предпочтительнее приме­нять жесткий съемник (рис. 136), так как он упрощает пакет штампа в целом и безотказен в работе. Жесткий съемник применяется при штам­повке материалов толщиной свыше 0,7 мм.

Рис.12. Пример конструктивного исполнения матрицедержателя

Подвижный (резиновый или пружинный) съемник позволяет производить вырубку из заготовок любого профиля и размеров (рис. 13а).

Рис. 13. Конструкции съемников: а - подвижный; б – жесткий

Толщина жесткого съемника, если он служит и направляющей для пуансонов, принимается равной:

Н_с= (0,8- 1,0) Н_м,

где Н_м- высота матрицы.

Ширину и длину жесткого съемника следует брать равными соот­ветствующим размерам матрицы (или матрицедержателя).

Если в жестком съемнике сделан вырез для направления штампуе­мой полосы, то высота выреза подсчитывается в зависимости от толщи­ны полосы и вида упора в штампе:

h= к ·s,

где к − коэффициент, принимаемый равным 1,4-2 для подвижных упоров

и 2-3 - для штифтовых;

s- толщина материала полосы.

Ширина выреза «b»принимается:

b= В +Z,

где В номинальная ширина полосы, мм;

Zгарантийный зазор между направляющими стенками выреза и наибольшей возможной шириной. ВеличинуZможно взять из табл. 5.

Таблица 5

	Способ направления
Ширина полосы	без бокового при­жима	для встречного раскроя без боко­- вого прижима	с боковым прижимом
до 100	0,5- 1,0	2,0	5,0
свыше 100	1,0- 1,5	3,0	8,0

Аналогично определяется высота планок и расстояние между ними. Следующим вопросом, который решает конструктор, является вы­бор блока. Комплекты верхних и нижних плит штампов, связанных

направляющими устройствами (колонками, планками, цилиндрами) назы­вают блоком. Блоки подразделяются на индивидуальные (ГОСТ 13124- 83 - 13129-83), предназначенные для отдельных штампов, и универсаль­ные (ГОСТ 17662-83 - 17671-83), предназначенные для установки раз­личных сменных пакетных штампов.

Тип блока выбирается в зависимости от устройства стола или пол­зуна пресса и особенностей конструктивного исполнения штампа. Блоки подбираются по размерам рабочей плоскости L × В (рис. 14), соответст­венно усилиям штамповки, габариту штампуемой детали, размерам стола и провального отверстия в столе пресса или подштамповой плите

Рис. 14. Выбор блока и увязка с размерами пресса

При подборе блока следует учесть расстояние при нижнем поло­жении верхней плиты и увязать этот размер с характеристиками (ми­нимальная закрытая высота пресса, ход, регулировка хода) пресса. Основные размеры стандартизованных блоков приведены в приложе­нии (табл. 1), размеры направляющих узлов скольжения в приложении (табл. 3). Ориентировочно, в случае отсутствия подходящих плит в ГОСТе, толщина нижней плиты определяется по условию:

Н_пн=(1,0— 1,5) Н_м,

где Н_м- толщина матрицы.

Толщину верхней плиты принимают равной толщине нижней пли­ты или равной

H_пн = (0,8−1,2) Н_м.

Провальное отверстие в плите для удаления отхода (детали) дела­ется больше провального отверстия матрицы на 3-10 мм в зависимости от толщины штампуемой детали. Для осуществления центровки и закре­пления (или только центровки) верхней части штампа к ползуну пресса

служит хвостовик.

Тип и размеры хвостовика выбираются в зависимости от толщины верхней плиты, габаритов и конструкции штампа, типа операции, а так­же от размеров гнезда в ползуне пресса.

Хвостовик с фланцем (ГОСТ 16718-84) рекомендуется применять в крупных штампах с направляющими колонками; хвостовик с бурти­ком (ГОСТ 16715-84) - для всех типов блочных штампов; хвостовик с резьбой (ГОСТ 16716-84) - для штампов гибочных, формовочных, вы­тяжных. При установке такого хвостовика на вырубной штамп необхо­димо ставить стопор от проворота. Плавающие хвостовики (ГОСТ 16719-84) рекомендуется применять в универсальных штампах, где ме­няется периметр и форма штампуемой детали, и соответственно сме­щается центр давления.

Вильчатые хвостовики (ГОСТ 16721-84) применяются в штампах без верхних плит и служат для крепления непосредственно пуансона к ползуну пресса.

Основные размеры стандартизованных хвостовиков даны в прило­жении (табл. 2).