Класифікаційні ознаки конструкцій штампів

Класифікаційна ознака	Конструктивне виконання
Код	Характеристика
1. Схема деформованого стану заготованки	1.1   1.2	Штампи, в яких не передбачається зміна одного з розмірів вихідної заготованки (умовно їх можна назвати листовими) Штампи, в яких усі розміри вихідної заготованки змінюються (умовно їх можна назвати об’ємними)
2. Число й розташування позицій	2.1 2.2 2.2.1   2.2.2   2.2.2.1 2.2.2.2	Однопозиційні Багатопозиційні: з паралельним розташуванням позицій з послідовним розташуванням позицій: лінійним круговим
3. Спосіб направлення пуансона відносно матриці або верхньої частини штампа відносно нижньої	3.1     3.2   3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4	Без спеціального напрямного пристрою (напрямними обладнання) Зі спеціальним напрямним пристроєм в штампі: колонками й втулками плунжером знімачем або кільцем матрицею або замком
4. Спосіб центрування пуансона та матриці в штампі або верхньої частини штампа відносно нижньої	4.1   4.2   4.3   4.4	Без спеціального пристрою (напрямними обладнання) Шляхом врізання пуансоно- і матрицетримача у плиту штампа Шляхом кріплення пуансоно- або матрицетримача штифтами Плунжером
5. Спосіб видалення виготовленої деталі з матриці або рівчакової вставанки	5.1 5.2 5.3   5.4   5.5	Вручну, здуванням або на провал Виштовхувачем преса Траверсою й тягами від верхньої плити штампа Пружинним або пневматич- ним пристроєм Виштовхувачем у блоці штампа
6. Спосіб знімання виго-товленої деталі з пуансона або виштовхування з верхньої рівчакової вставанки	6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2	Без спеціального пристрою Виштовхувачем преса Спеціальним знімачем: пружинним жорстким

Перша ознака визначає схему деформованого стану заготованки. Це дуже важлива класифікаційна ознака, бо ділення штампів на листові та об’ємні не є достатньо коректним. Наприклад, видавлювання тюбиків з вирубаних листових заготованок – це типовий приклад об’ємного штампування, бо в процесі деформування усі розміри заготованки змінюються. В той же час обрізування ґрату після об’ємного штампування у відкритих штампах – це типовий приклад, коли в штампі не передбачається зміна одного з розмірів вихідної заготованки або штампованки, це типова розділова операція.

Друга ознака визначає загальну компонувальну схему штампа, третя – досить стійку сукупність основних елементів конструкції, четверта – конструктивні особливості матричного блоку й пуансонотримача, дві останніх – особливості системи видалення деталі зі штампа.

Як видно з табл. 5.1, при класифікації враховується різниця між направленням пуансона і його центруванням: мета направлення – забезпечити паралельність руху осі пуансона відносно осі матриці, а мета центрування – сполучити дані осі (або розташувати на заданій відстані при виготовленні асиметричних деталей).

Треба мати на увазі, що запропонована класифікація стосується усіх штампів (для об’ємного штампування на молотах, пресах, ГКМ, а також і для листового штампування).

Друга класифікаційна ознака штампів листового штампування детально розглянута у довіднику [60]. Ця ж класифікаційна ознака стосовно об’ємних штампів детально розглянута у довіднику [?]. Варто зазначити, що практично усі штампи для об’ємного штампування мають код 1.1-2.2.2.1-3.1-4.1-5.1-6.1, тобто є штампами з послідовним лінійним розташуванням позицій: зазвичай зліва-направо розміщують заготівельні рівчаки, в центрі штампа розташовують чистовий рівчак.

За способом направлення пуансона відносно матриці (третя класифікаційна ознака) найчастіше використовують листові штампи з направленням верхньої плити відносно нижньої за допомогою спеціальних напрямних пристроїв: найчастіше колонок та втулок. Штампи без спеціальних напрямних пристроїв це комплекти робочих частин (матриця, пуансон, виштовхувач, знімач), які монтуються лише в спеціалізовані автомати (наприклад, типу А9024, PKnAF, «Эрфурт») або в багатопозиційні холодновисаджувальні автомати. В окремих випадках штампи без напрямних пристроїв встановлюють на універсальні преси (зокрема, П2936). Усі згадані вище машини мають поковзень з подовженими напрямними, завдяки чому пуансон рухається відносно матриці з достатньо високою точністю. Широке поширення мають штампи для холодного видавлювання з направленням пуансона по матриці (1.2-2.1-3.2.4-4.1-5.2-6.3). Штампи цього типу (рис. 5.1) прості за конструкцією й технологічні. Вони мають найбільш високу горизонтальну жорсткість. Горизонтальна жорсткість штампа С_г (Н/мм) визначається як відношення горизонтальної сили Т_г, що прикладена до голівки пуансона) до переміщення цієї голівки е_г.

Рис. 5.1. Штамп для холодного видавлювання

деталей типу стаканів з направленням пуансона по матриці

Для штампів з направленням пуансона 2 по матриці 1 розміри інструмента треба вибирати так, щоб до моменту початку деформації пуансон входив у матрицю на глибину l_н= (1,0...1,4) D_н. Менші значення довжини сполучення (l_н = 0,5D_н), як це рекомендується в роботах [54; 57]) припустимі лише в штампах для прямого видавлювання. При зворотному й комбінованому видавлюванні зменшення l_н до 0,5D_н призводить до втрати усіх переваг направлення пуансона по матриці. Щоб ліквідувати неперпендикулярність осі пуансона відносно плити штампа, використовують сферичні опори. Похибки центрування верхньої частини штампа відносно нижньої компенсуються проміжком z між пуансоном та гайкою пуансонотримача. Завдяки таким заходам пуансон працює в умовах, близьких до одноосьового стискання-розтягання. Це дозволяє одержати високу стійкість штампа й високу точність виготовлених деталей.

Однак таке технічне рішення призводить до значного збільшення висоти матриці та довжини пуансона, ходів, повзуна й виштовхувача, а в деяких випадках ускладнює завантаження заготованки. Досвід показує, що в штампах з направленням пуансона по матриці доцільно видавлювати деталі типу стаканів з відносно неглибокою порожниною (h_в/d_в≤1,5), якщо потрібно витримати різницю у товщині стінок в межах до 0,10 мм.

На універсальних і спеціалізованих пресах для листового штампування вертикального типу найчастіше використовують штампи з напрямними пристроями. Штампи з направленням пуансона по матриці для листового штампування взагалі непридатні. Для листового штампування використовують штампи з направленням пуансона відносно матриці за допомогою напрямних колонок і втулок. Така конструкція штампа є типовою. В листовому штампуванні вона використовується майже завжди (рис. ??).

.

Рис. 5.2. Штамп для листового штампування

з направленням пуансона відносно матриці

за допомогою напрямних колонок 1 і втулок 2

Штампи з направленням пуансона кільцем або знімачем використовують для видавлювання та листового штампування. Вони так само, як і штампи з направленням пуансона матрицею, мають високу горизонтальну жорсткість, але на відміну від останніх не вимагають високої матриці й великого ходу виштовхувача. Однак і у цьому випадку потрібні пуансони великої довжини, а це пов’язано з перевитратою коштовної інструментальної сталі, а також зменшенням вертикальної жорсткості штампа. У штампах для видавлювання ускладнюється застосування пуансона з калібрувальним паском, що може призводити до підвищення зусилля штампування. Саме тому штампи з направленням пуансона по кільцю або знімачу застосовуються переважно при видавлюванні деталей зі сплавів алюмінію.

Штампи з направленням пуансона по знімачу інколи використовують в листовому штампування, але переважно для виготовлення деталей з великою кількістю отворів (наприклад, таких деталей, як сито).

Досить перспективною для об’ємного штампування слід вважати конструкцію штампа плунжерного типу (1.2-2.1-3.2.2-4.4-5.5-6.3.1). Ці штампи у вітчизняній і в закордонній літературі майже не описані, хоча вони мають багато достоїнств і можуть широко використовуватись як для листового, так і для об’ємного штампування. Одна з найбільш вдалих конструкцій штампів для видавлювання деталей типу стаканів показана на рис. 5.3. Жорстка рама з верхньої й нижньої плит, які нерухомо скріплені колонками, а також напрямний плунжер 2 з великою довжиною сполучення (l_н≥2D_н) дозволяють одержати високу горизонтальну жорсткість і точне направлення пуансона (практично без проміжку у садінні). Співвісність базових поверхонь П и М, а також поверхонь матриці, пуансона й плунжера легко забезпечується технологічними засобами (точним розточуванням і шліфуванням). Завдяки цьому можна видавлювати точні деталі з різницею товщини стінок, яка не перевищує 0,05...0,15 мм.

Плунжерні штампи можна успішно використовувати і для розділових операцій, бо вони забезпечують високу сталість проміжку між пуансоном і матрицею. Єдиний недолік плунжерних штампів – збільшена закрита висота.

Рис. 5.3. Однопозиційний штамп плунжерного типу для видавлювання стаканів: 1 – пуансон; 2 – пуансонотримач-плунжер; 3 – напрямна втулка; 4 – хвостовик

Широке поширені мають одно- і багатопозиційні штампи з направленням колонками та втулками, хоча вони складні, металомісткі й трудомісткі у виготовленні. Однак у такій конструкції закрита висота невелика, робочий хід і хід виштовхувача мінімальні навіть при виготовленні високих деталей з великою глибиною порожнини. Виробничий процес легко піддається механізації й автоматизації. При правильному конструюванні й ретельному виготовленні забезпечуються висока точність направлення й достатня горизонтальна жорсткість.

На жаль, у багатьох виконаних і описаних у літературі конструкціях штампів (наприклад, [54; 64]) використовують дві або три колонки відносно малого діаметра і великої довжини. При штампуванні на корбових пресах на поковзень діють сили й моменти, які передаються на верхню плиту штампа й згинають колонки. Це призводить до зміщення верхньої плити відносно нижньої й руйнуванню пуансонів. Отже, діаметр колонок має бути оптимальним, а довжина – мінімальною. У перевірених на практиці конструкціях листових штампів діаметр колонки d_k визначають в залежності від товщини плити і приймають d_k= аН_пл, а в конструкціях штампів для видавлювання – в залежності від діаметру робочої частини пуансона d_p як d_k = bd_p, де а = 1,0…1,5, а b=2,2...2,5 для однопозиційних штампів і b=2,5...3,0 для двох- і трипозиційних.

Для важко навантажених штампів необхідно використовувати чотири колонки. Застосовувати три колонки, з яких дві сполучати із втулками по садінню Н7/h7, а третю – по Н9/h9, як це рекомендується в роботі [54], зовсім недоцільно. Три колонки, що сполучають із втулками по садінню Н7/h7, припустимо використовувати тільки в штампах, які встановлюють на гідравлічні преси та й тільки в тому випадку, коли четверта колонка надто вже заважає обслуговуванню штампа.

Нарешті, розглянемо можливість застосування кулькових напрямних вузлів [56]. При видавлюванні вісесиметричних деталей на універсальних гідравлічних пресах і пресах з нижнім приводом вони дуже ефективні. Однак досвід їхнього застосування в штампах на корбових пресах показав, що кулькові напрямні мають низьку горизонтальну жорсткість і точність, оскільки кульки досить швидко викочують на колонках і втулках доріжки, внаслідок чого з'являються проміжки, через що знижуються точність виготовлених деталей і довговічність робочих частин (пуансонів і матриць).

В деяких штампах, де діють великі зосереджені навантаження (наприклад, в штампах для об’ємного штампування та видавлювання), досить часто використовують три або чотири плити. В класифікаційній таблиці це не віддзеркалено, бо в загальному випадку штампи мають лише дві плити, які утворюють так звані базові елементи. Прикладом штампа з чотирма плитами може слугувати багатопозиційний штамп з круговим розташуванням позицій, який призначено для холодного видавлювання деталей гальма дорожнього велосипеда (рис.10.8). Особливість цього штампа полягає в тому, що по осях першої та другої позиції діють великі зосереджені сили (сили деформування на першій та другій позиціях. Під дією цих сил опорні плити пружно деформуються, що призводить до згину колонок і заклинювання напрямних втулок [Ганаго та я]. Щоб цього уникнути, в штампі передбачено опорні плити 1 і 8, які сприймають сили деформації, а також додаткові проміжні плити 4 і 7, які розвантажені від дії цих сил, в яких змонтовані напрямні колонки 6 та напрямні втулки 5, а також комплект робочих деталей. Як показав досвід, в такій конструкції забезпечується точне направлення пуансонів. А точне центрування пуансонів і матриць забезпечується технологічно (шляхом спільного розточування базових поверхонь під матриці та пуансони).

Рис. 10.8. Багатопозиційний штамп з напрямними

колонками для видавлювання стаканів [25]: 1 – опорна плита; 2 – траверса; 3 – тяга; 4 – нижня плита; 5 – напрямна втулка; 6 – напрямна колонка; 7 – верхня плита; 8 – опорна плита; 9 – опора; 10 – опора пуансона; 11 – пуансонотримач; 12 – втулка пуансонотримача; 13 – пуансон; 14 – револьверний диск; 15 – бандажована матриця; 16 – матрицетримач; 17 –кільце; 18 –виштовхувач; 19 – опора виштовхувача

Якість деталей, сталість технологічного процесу й стійкість штампів залежать від способу центрування пуансона відносно матриці. При видавлюванні деталей зі змінною по периметру товщиною стінки (наприклад, коробок з різними стінками) вісь пуансона необхідно розташувати на заданій розрахунковій відстані т_р від осі матриці: m_p = 0,5(s_мaкc – s_мин), де s_мaкc, s_мин – найбільша й найменша товщина стінки деталі. У випадку штампування вісесиметричних деталей вісь пуансона потрібно сполучити з віссю матриці (m_p=0). Завдання центрування полягає в тім, щоб зафіксувати вісь пуансона на необхідній відстані т_р від осі матриці.

Як що ж неспіввісність інструмента навмисна (при виготовленні деталей із змінною по периметру товщиною стінки), необхідно застосовувати штампи, де центрування здійснюється шляхом регулювання матриці, бо способів регулювання пуансонів поки не створено.

Стійкість робочих частин, металомісткість штампа, його надійність залежать також від способу видалення деталі з матриці і її знімання з пуансона. У розділових штампах найпростіший спосіб – це штампування на провал. У більшості штампів для листового і об’ємного штампування – виштовхувачем преса через штовхач, опору й виштовхувач штампа (див. рис. 10.1-10.8). У штампах для видавлювання і об’ємного деформування опори дуже навантажені, бо на них передається уся сила деформації. Отже, надійність роботи штампа визначається вибором розмірів опори, матеріалу, а також твердості опори й плити штампа. Значно сприятливіші умови роботи опор і висока надійність штампа досягаються при виштовхуванні траверсою (див. рис. 5.4). Однак цей варіант пов'язаний із суттєвим ускладненням конструкції штампа й додатковим регулюванням довжини тяг. Виштовхування пружинними пристроями не одержало широкого поширення через їхню громіздкість і недостатню надійність.

У більшості конструкцій штампів для видавлювання (принаймні, у випадку штампування товстостінних деталей) можна обійтися без знімача: досить використати високу циліндричну матрицю або виконати в матриці піднутреня (глибиною близько 0,1...0,2 мм і висотою 2...3 мм). При цьому збільшується зусилля виштовхування, але з'являється можливість стабільно фіксувати видавлену деталь у матриці, що дозволяє спростити конструкцію штампа. У деяких випадках не вдається обійтися без знімача (при видавлюванні тонкостінних деталей або штампуванні на багатопозиційних штампах). Тоді необхідно використати пружинні або жорсткі знімачі. В штампах для листового штампування знімачі використовують завжди. Найчастіше це жорсткі або пружинні конструкції.

Таким чином, залежно від способу штампування, форми й розмірів деталі конструктор може за класифікаційною схемою (табл. 5.1) намітити кілька можливих структур штампа, а потім вибрати з них оптимальну після розрахунку основних елементів та їхнього конструкторського пророблення.