5.8. Расчет потребного количества крепежных деталей в штампе

В штампе необходимо обеспечить точную взаимную фиксацию рабочих деталей в условиях динамических нагрузок. Основными кре­пежными деталями служат чаще всего болты с внутренним шести­гранником, болты с внутренним шестигранником и заплечиками (для

неподвижных фиксаторов, подкладок), штифты для взаимной фикса­ции деталей штампов. Применение болтов с внутренним шестигран­ником объясняется тем, что необходимый диаметр гнезда под головку для них примерно в 2 раза меньше, чем под головку с наружным шес­тигранником с учетом ключа под него.

Для крепления рабочих дета­лей штампа не рекомендуется применять винты со шлицами, так как при свертывании деталей они не обеспечивают достаточного натяга в соединении, кроме того, прорези быстро разрабатываются. Штифты цилиндрические ставят по посадке Н7/г6. Они служат не только для правильного центрирования деталей, но и для восприятия боковых на­грузок во время работы штампа.

Количество и диаметр крепежа назначается исходя из двух факто­ров: силового и конструктивного. Силовой расчет проводят с учетом возникающих усилий в рабочих и вспомогательных звеньях штампа, что предопределяет нагрузки на крепежные детали. Болты и винты в штам­пах воспринимают нагрузки вдоль оси (растяжение), штифты удержи­вают детали от смещения и воспринимают нагрузки перпендикулярно оси, то есть работают на смятие, изгиб, срез.

Например, в штампе совмещенного действия для вырубки контура и пробивки отверстий с расположением матрицы в верхней части штам­па, где хвостовик выполняет крепежные функции, потребное количество винтов для крепления хвостовика можно определить по формуле:

(35)

где Q₁− усилие проталкивания детали через матрицу, кгс;

Q₂− вес верхней подвижной части штампа, кгс;

[р] − допускаемая нагрузка на винты с учетом динамического на­гружения при работе штампа (для винта Ml2 [р] = 650 кгс, М10 [р] = 440 кгс);

[о_р] − допускаемое напряжение на растяжение для материала винта с учетом динамических нагрузок [кгc/мм²];

d− диаметр винта, мм.

Если расчетное количество винтов не размещается на фланце хво­стовика, то ставят хвостовик другого типа, который способен выдержать большее усилие, или применяют дополнительное крепление верхней части штампа к ползуну пресса.

Для крепления съемника в штампе такого типа (съемник в нижней части штампа, усилие создается пружинами) потребное количество вин­тов можно определить по следующей зависимости:

(36)

где Q₄- усилие съема полосы с пуансон-матрицы, кгс.

При выборе количества и размеров крепежных элементов штампа необходимо учитывать конструктивный фактор. С помощью конструк­тивного фактора определяют размещение (планировку) крепежных де­талей. Правильная планировка мест крепления дает возможность рацио­нально использовать крепежные детали. При выборе размеров крепеж­ных деталей необходимо учитывать масштабный фактор. Например, в крупногабаритных штампах, при толщине плит в сотни миллиметров, несоразмерно будет выглядеть крепление винтами диаметром, предположим, 8 мм. Длина винтов не должна превышать установленной на практике нормы:

lmax=(6÷8)d,

(37)

где l_max– максимальная длина стержня, мм;

d– диаметр винта, мм.

Нормальная глубина завинчивания:

l1=(1,5÷2,0)d.

(38)

В конкретном штампе надо стремиться применять минимальное число типоразмеров крепежных деталей.

В случае крепления секционных матриц или пуансонов винты, крепящие секции, можно проверить на прочность по следующим урав­нениям [4] при условии разновременности действия усилия штамповки Ри распирающей секцию силыN.Уравнение прочности винтов в отно­шении силыР(рис. 23):

Р · m= Р₁· 1₁+ Р₂· 1₂+ ... +Pn·ln=М_В.(39)

Рис. 23. К расчету потребного количества винтов для крепления

секции матрицы

Уравнение прочности винтов в отношении силы Nпри отсутствии опоры:

N · k = Р1 · l3 + Р2 · 14 + ... + Pn · In = МC

(40)

и при наличии опоры:

N · (k –h) = Р1 · l3 + Р2 · 14 + ... + Pn · In = МВ

(41)

Используя зависимость

М = W[σ] = 0,1·d^3 [σ],

(42)

можно определить диаметр винта при заданном допускаемом напряже­нии или наоборот.

Распирающая секцию матрицы сила Nприближенно подсчитыва­ется по формуле [2]:

N = N1 – NТ + Nq,

(43)

где N₁распирающая секцию сила, вызываемая усилием штамповки и действующая одновременно с последней. СилаN₁направлена перпенди­кулярно линии разъема секции и независимо от сложности контура при­нимается равной величине

N₁ = 0,4Р;

здесь Р − усилие штамповки, приходящееся на данну ю секцию;

N_T− сила трения между секцией и нижней плитой:

NT=f· Р,

(44)

здесь f− коэффициент трения, равный 0,15;

N_q− сила, действующая на стенки секции в результате давления детали или отхода (в процессе вырубки или после нею, если изделие или отход остается в матрице):

Nq=qnp· L· S,

(45)

здесь q_np− удельное давление при проталкивании;

L− длина периметра режущего контура секции;

S− толщина штампуемого материала.

Средние значения q_np для некоторых распространенных металлов [9]:

• алюминиевые сплавы − q_np = 630 кгс/см²;

• магниевые сплавы − q_np = 500 кгс/см²;

• сталь низкоуглеродистая − q_np = 1040 кгс/см';

• сталь высокоуглеродистая − q_np = 1090 кгс/см".

Число штифтов для одного собираемого узла обычно ограничено двумя. Для фиксации узких, но длинных деталей в некоторых случаях берут три или четыре штифта. Глубина внедрения штифта в деталь дос­таточна в пределах

1 = (1,52 ÷ 2) d_ш. Поэтому в толстых деталях (обычно в плитах) рекомендуется несопрягаемую со штифтом часть отверстия обрабатывать на больший диаметр. Для облегчения условий выпрессовки штифтов рекомендуется применять сквозные отверстия при штифтовке деталей.

Штифты служат в основном для фиксации положения инструмента (пуансона и матрицы) в штампе. Однако при секционном инструменте штифты воспринимают горизонтальные нагрузки и предохраняют сек­ции инструмента от смещения. В таком случае следует проверить, дос­таточное ли количество штифтов конструктивно установлено в секции.

На рис. 24 показаны условия работы штифта, крепящего секцию матрицы. Сидящий в секции матрицы штифт при некотором предельном значении силы изогнется, как показано на рис. 24 [7]. Допускаем, что распределение напряжений будет происходить по закону прямой.

Найдем выражение для силы N, производящей изгиб штифта:

(46)

где − допускаемое напряжение на сжатие для материала плиты;

d_ш − диаметр штифта.

Рис. 24. К расчету штифтов

Изгибающий момент от действия силы N:

(47)

Момент внешних сил должен уравновеситься моментом внутрен­них

сил штифта:

(48)

где [σ_ш] − допускаемое напряжение на изгиб для материала штифта;

W− момент сопротивления штифта.

Подставляя в последнее равенство вместо Wего значение, получим:

(49)

Откуда выражение для длины запрессованной части штифта будет иметь вид:

В случае, если плита штампа выполнена из чугуна, допускаемое напряжение на сжатие для плиты [σ_п ] = 900 кгс/см^:, для штифта [σ_ш] = 3600 кгс/см², а I ~ 1,5 · d_m.

Значит, длину запрессованной части штифта нет необходимости делать больше, чем 1,5 его диаметра.

Максимальное усилие, которое способен выдержать штифт:

(51)