Штампи для холодного листового штампування
Робота 5
Вичення будови і роботи штампів
Для холодного листового штампування
Мета роботи: - закріпити і доповнити знання, отримані на лекціях по будові і роботі штампів для холодного листового штампування.
СУТЬ ЛИСТОВОГО ШТАМПУВАННЯ
Холодним листовим штампуванням називається технологічний процес виготовлення деталей з листового матеріалу: листа, полоси, стрічки. В якості матеріалу, який застосовується для листового штампування, використовують маловуглецеву сталь, латунь, бронзу, алюміній та інші сплави. З неметалічних матеріалів застосовують картон, азбест, пресшпан, шкіру і інш.
Методом листового штампування можна виготовити плоскі прямі, плоскі зігнуті і об’ємні деталі (рис.1).
а) б) в)
Рис.1. Штамповані деталі:
а – плоска пряма; б – плоска зігнута; в – об’ємна.
В процесі виготовлення будь-якої деталі необхідно виконати певну кількість операцій у визначеній послідовності.
Основні види операцій холодного листового штампування можна розділити на дві групи:
І. Розділювальні, до яких відносяться: різання, розрізування, обрізування, вирубування, пробивання і інш. (рис.2).
заготовка заготовка
а) б) в) г)
Рис.2. Схеми розділювальних операцій:
а – вирубування, б – пробивання, в – надрізання, г – розрізання.
ІІ. Формозмінні, до яких відносяться: гнуття, витяжка, формовка, відбортовка,
обтискання, карбування і інш. (рис.3).
Рис.3. Схеми формозмінних операцій:
а – гнуття, б – витяжка без потоншення стінки, без притискача, в – витяжка з притискачем, г - витяжка з потоншенням стінки, д – обтискання, е – відбортовка.
Різання здійснюється в основному на ножницях, усі інші операції виконуються на штампах, робочими частинами яких є пуансон і матриця.
Способи розташування вирубуванних деталей на заготовці називається розкроюванням матеріалу. Показником, який характеризує економічність розкрою, є коефіцієнт використання матеріалу:
де Fдет – корисна площа деталі;
Fзаг – площа заготовки.
Розрізняють штампування з перемичкою аі без перемички
| Розкрій матеріалу | Схема розкрою |
| З перемичкою а | Без перемички |
| Прямий Нахилений Зустрічний Багаторядний з вирубуванням перемички |  |
Рис.4. Основні види розкрою матеріалу.
ШТАМПИ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ЛИСТОВОГО ШТАМПУВАННЯ
Для здійснення листового штампування застосовують спеціальні інструменти – штампи. Кожний штамп складається з робочих деталей (пуансон 1 і матриця 2) і ряду допоміжних деталей (рис.5).
Штамп нижньою плитою 3 встановлюється на столі пресу і болтами кріпиться до нього. На нижній плиті 3 з допомогою матрицетримача 4 кріпиться матриця 2. На матриці встановлені напрямні планки 5,які направляють заготовку 6, а зверху напрямних планок 5 встановлюється і закріплюється знімач 7. Положення заготовки фіксується упором 13. В нижній плиті штампу запресовані напрямні колонки 8. Верхня половина штампу змонтована на верхній плиті 11, при допомозі пуансонотримача 10 до неї прикріплений пуансон 1, а зверху гвинтами – хвостовик 12, з допомогою якого верхня половина штампу кріпиться до повзуна пресу. В верхній плиті запресовані напрямні втулки 9, котрі служать для направлення по колонках 8 верхньої половини штампу відносно нижньої.
Рис.5. Штамп для вирубування (вирубний штамп простої
дії з направляючими колонками).
Процес штампування здійснюється наступним чином: штаба (заготовка) 6 ставиться на матрицю під знімач, при русі повзуна пресу вниз пуансон вирубує деталь (кружок), котра падає крізь штамп і стіл пресу в тару, а заготовка, напресована на пуансон, при зворотньому ході повзуна пресу піднімається з пуансоном до стикання із знімачем, котрий знімає заготовку з пуансона. Після цього заготовка переміщується на крок штампування t до упору 13, і операція повторюється.
Штампи для листового штампування можна класифікувати за трьома основними ознаками: за видом напрямних пристроїв, за призначенням і за принципом дії.
1. За видом напрямних пристроїв штампи підрозділяються на: а) відкриті (без напрямних), б) з напрямною плитою, в) з напрямними колонками.
Відкриті штампи (рис.6) застосовуються при штампуванні деталей простої конфігурації, досить невисокої точності, а також при невеликій виробничій програмі. Основною перевагою цих штампів є їх простота. До недоліків слід віднести низьку продуктивність, трудність встановлення штампу на пресі, небезпечність при експлуатації і ін.
На нижній плиті 1 закріплена гвинтами 8 матриця 2, на якій встановлені фіксуючі планки 4, закріплені гвинтами 3. Верхня частина штампа складається з пуансона 5, в котрий вкручено хвостовик 7, який фіксується штифтом 6.
Рис. 6. Вигинальний штамп без напрямних
(відкритий).
Штампи з напрямною плитою (рис7) застосовуються в крупносерійному і масовому виробництвах, оскільки вони забезпечують велику продуктивність.
Напрямні плити служать для направлення і центрування пуансона відносно матриці, що підвищує точність штампованих деталей, стійкість штампу і безпечність в роботі, оскільки пуансон знаходиться весь час в плиті. Напрямна плита також виконує роль знімача.
На нижній плиті 1 з допомогою штифтів 15 і гвинтів 2 кріпиться матриця 3 з нерухомим упором 5. На матриці встановлені дві напрямні планки 4, зверху них штифтами 16 і гвинтами 13 кріпиться напрямна плита 6, яка одночасно виконує роль жорсткого знімача. Верхня частина штампу складається з верхньої плити 10, в котру запресований циліндричний хвостовик 11, загартованної прокладки 8 і пуансонотримача 7, який утримує пуансон 14. Пуансонотримач з верхньою плитою скріпляється з допомогою штифтів 9 і гвинтів 12.
Штампи з напрямними колонками (рис.5) отримали широке застосування у всіх галузях промисловості. В цих штампах верхня частина направляється по нижній з допомогою спеціальних колонок. Колонки забезпечують більш надійне направлення в порінянні з напрямною плитою. Ці штампи застосовуються в масовому і крупносерійному виробництві. Штампи з напрямними колонками можуть бути як простої, так і послідовної, або змішаної дії. В штампі може бути дві колонки, три, або чотири. Колонки у штампі можуть бути розташовані по одній осі, по діагоналі і по кутах.
2. По застосуванню штампи поділяються на: а) вирубні, б) пробивні, в) вигинальні, г) витяжні, д) формувальні, ж) відбортувальні і інш.
Вирубні штампи з жорстким знімачем, розглянуті вище (рис.5 і 7), забезпечують будь яке зусилля зйому, але обмежують застосування заготовок.
Рис.7. Вирубний штамп з напрямною плитою
Штампи з пружинним знімачем можуть працювати на провал і з видачею заготовки або виробу на поверхню штампу. Схема таких штампів показана на рис.8.
Ппробивні штампи за конструкцією нічим не відрізняються від вирубних.
Вигинальні штампи. Розрізняють вільне гнуття і гнуття з притискачем. Переваги першого – простота штампа, а другого – точність штампування. Вигинальний штамп для вільного гнуття показаний на рис.6. Вигинальний штамп з притискачем показаний на рис.9.
Штамп змонтований на блоці з напрямними колонками (2, 15, 13, 14). Заготовка кладеться на матрицю 3 і фіксується (по отворах) двома штифтами 6, які запресовані у виштохувач 4. Дія виштовхувача 4 являється одночасно притискачем заготовки під час гнуття і здійснюється стержнем 5 від пружинного, гумового або пневматичного буфера (на кресленні не показані). На випадок застрявання заготовки на пуансоні 7 є штифтовий знімач 8, який отримує примусовий рух безпосередньо від пресу при русі повзуна вверх через ковзаючий стержень 10 в хвостовику 11.
Рис.8. Схеми вирубних штампів з пружинним знімачем:
а – штамп, який працює на провал, б – штамп з видачею
деталі на поверхню пуансона.
В тих випадках, коли потрібна більша точність діаметрів і роташування отворів, їх пробивають після гнуття.
Рис.9. Вигинальний штамп з нижнім виштовхувачем.
Витяжні штампи. При витяжці деталей, в яких утворення складок не викликає побоювання, застосовують витяжні штампи без притискача. Такий штамп показаний на рис.10. На чавунній плиті 1 закріплена витяжна матриця 2 гвинтами 3, на якій встановлене кільце – фіксатор 4, внутрішній розмір якого дорівнює розміру заготовки. Витяжний пуансон 5, який має крайки заокруглені з радіусом R, закріплений гвинтами до верхньої плити 6, в яку запресований хвостовик 7. Для знімання деталі з пуансона на штампі встановлені знімачі 8, які працюють від пружин 9.
Рис.10. Простий витяжний штамп.
При витяжці деталі значної висоти з тонкого листового матеріалу застосовуються витяжні штампи з притискачем (рис.11).
Рис.11. Витяжний штамп з притискачем.
Пуансон 1 гвинтами 2 монтується на нижній плиті 3, а матриця 4 при допомозі гвинтів 5 монтується на верхній плиті 6. Всередині матриці розміщений виштовхувач 7, який діє примусово від упору пресу і стержня 8.
При ході повзуна пресу вниз матриця 4 своїм торцем притискає заготовку до притискного кільця 9, яке спирається через стержні 10 на пружинний буфер.
Сам буфер складається з верхньої тарілки 11, пружини 12, нижньої тарілки13, стержня 14 і гайок 15. Плоска заготовка фіксується на штампі штифтами 16.
При ході повзуна вверх пружина 12 розтискається і через деталі 11 і 10 піднімає кільце 9 і знімає деталь з пуансона. З матриці деталь виймається виштовхувачем 7.
Щоб не було “присмоктування” в пуансоні зроблений отвір.
Витяжні штампи для наступної витяжки. Як і для першої операції, штампи для наступних операцій, в залежності від висоти виробу, можуть бути як без притискача, так і з притискачем. Штамп з притискачем для другої і наступних операцій показаний на рис.12.
Попередньо витягнута порожниста заготовка великого діаметру фіксується притискним кільцем 1, яке переміщується по витяжнім пуансоні 2. Кільце 1 обпирається при допомозі трьох гвинтів 3 на пружинний буфер 4, 5, 6, забезпечуючи притиск заготовки до матриці 7 і таким чином запобігає складкоутворенню.
Рис.12. Штамп для наступної витяжки з притискачем.
При зворотньому ході повзуна пресу деталь знімається з пуансона 2 знімачем 1 ( він же і притискач при прямому ході повзуна пресу), переміщується вверх під дією пружини 6, а на матриці деталь виймається виштовхувачем 8, який діє від пружини 9, або примусово від пресу.
Витяжні штампи для витяжки з потоншенням стінки
(протягування або редукування)
Заготовкою, як правило, в цих випадках править зазделегідь витягнута без потоншення стінки порожниста заготовка. Витяжка здійснюється на штампі, який показано на рис.13.
Рис.13. Витяжний штамп для витяжки з потоншенням стінки
(редукування)
Заготовка у вигляді ковпачка з товщиною стінки S встановлюється на штампі у фіксатор 1, який закріплений гвинтами 2 на матриці 3. При ході повзуна пресу разом з пуансоном 4 вниз заготовка протягується через матрицю 3, в якої зазор S1 менший від товщини стінки заготовки S, внаслідок чого товщина стінки виробу зменшується, а висота збільшується.
Після витяжки виріб знімається з пуансона знімачем 5, який діє від пружини 6.
Формувальні штампи
Ці штампи головним чином застосовуються для придання кінцевої форми попередньо витягнутим виробам.
Відбортувальні штампи
Відбортувальні штампи можуть бути без притискача і з притискачем. Перші застосовуються для досить великих виробів.
Відбортувальний штамп з притискачем показаний на рис.14.
Рис.14. Відбортувальний штамп на колонках з верхнім притискачем.
Заготовка внутрішнім отвором фіксується на вловлювачі “а” виштовхувача 1, припіднятого стержнем 2 від буферу (на рис. не показаний). При ході повзуна пресу вниз заготовка притискається зверху кільцевим притискачем 3 до поверхні матриці 4 з допомогою ряду пружин 5, розташованих кругом відбортувального пуансону 6. Знизу заготовка притискається по кільцевій частині виштовхувача 1, і він же служить для витягання деталі з матриці. З пуансона деталь знімається при допомозі кільцевого знімача 3 (він же і притискач).
Усі вищерозглянуті штампи виконують за один хід повзуна пресу одну певну операцію. Такі штампи називаються штампами простої дії.
Штампами послідовньої дії називаються такі штампи, які виконують дві і більше операцій за один хід повзуна пресу (послідовно) при переміщенні заготовки на крок штампування. Такий штамп показаний на рис.15.
Рис.15. Штамп послідовної дії.
Заготовка у вигляді штаби подається на матрицю пробивання 1 і вирубування 2, закріплені на нижній плиті 5 з допомогою матрицетримача 3 гвинта 4. Спочатку пробивається внутрішний отвір пуансоном 8, а потім заготовка подається на крок штампування t і ловиться вловлювачем “а” вирубного пуансона 9. Починаючи з цього моменту, за кожний хід повзуна пресу виробляється готова шайба. Заготовка фіксується з допомогою упору 6.
Штампи суміщеної дії (комбінованими або компаундними) називаються такі штампи, які виконують дві і більше операцій за один хід повзуна пресу без переміщення заготовки на крок штампування.
Штамп суміщеної дії показаний на рис.16. Характерною деталлю компаундного штампу являється пуансон-матриця (деталь 1).
Заготовка у вигляді смуги подається на матрицю вирубування 2 по напрямних стержнях 3 до упору 4, в той же час, коли притискне кільце 5 підняте на рівень матриці з допомогою буферного пристрою (на креслені не показано) і стержнів 6.
При русі верхньої частини штампу вниз (робочий хід) пуансон-матриця 1 спочатку здійснює вирубку заготовки, після цього притискає її до кільця 5 і проводить
Рис.16. Штамп компаундний для вирубки і втяжки.
витягання на витяжному пуансоні 7. При зворотньому ході пресу виріб викидається з пуансон-матриці виштовхувачем 8, діючим від упору пресу через штовхач 9. З вирубного пуансону 1 заготовка знімається знімачем 10, який працює від пружин 11, а у випадку застрявання виробу на витяжному пуансоні він знімається знімачем 5.
Завдання роботи
1. Вивчити штамп для листового штампування.
2. Сласти звіт.
Матеріали і інструмент
Для проведення роботи необхідно мати: штамп, який необхідно вивчити, молоток, викрутку, масштабну лінійку або штангенциркуль.
Методика проведення роботи
1. Отримати штамп, який необхідно вивчити.
2. Отримати інструмент.
3. Вивчити отриманий штамп (при необхідності з відповідним демонтажем).
4. Накреслити робочі ескізи штампу:
а) фронтальну проекцію в розрізі (по робочих частинах штампу);
б) горизонтальну проекцію із знятою верхньою плитою.
5. Визначити форму і розміри виробу, який отримуємо на данім штампі. Привести ескіз виробу.
6. Визначити форму і розміри заготовки для даної операції. Привести ескіз заготовки.
7. Привести схему розкрою матеріалу для даної операції.
8. Розрахувати зусилля пресу, яке необхідне для виконання заданої операції, і підібрати прес. Попередньо необхідно задатись матеріалом заготовки.
Прибрати робоче місце і скласти звіт.
Складання звіту
Звіт про роботу повинен містити:
1. Завдання.
2. Мета роботи.
3. Ескізи штампу: фронтальна проекція в розрізі і горизонтальна проекція із знятою верхньою плитою.
4. Короткий опис штампу.
5. Ескіз заготовки.
6. Ескіз виробу.
7. Схема розкрою матеріалу.
8. Розрахунок зусилля пресу.
Література
1. Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1979.
2. Малов А. Н. Технология холодной штамповки. Оборонгиз, 1968.
Додаток
Таблиця 1
Величини перемичок а і а1 (в мм) для м’якої сталі
                                            Товщи-на мате- ріалу S в мм | aDа1 B | аа1 BL | ||||||||||||||
| Для круглих і овальних деталей при Dмм | Для прямокутних деталей при L мм | |||||||||||||||
| До 0,2 | До 50 | 50-100 | 100-200 | 200-300 | До 50 | 50-100 | 100-200 | 200-300 | ||||||||
| а1 | а | а1 | а | А1 | а | А1 | а | а1 | а | а1 | а | а1 | а | А1 | а | |
| 1,5 | 2,0 | 1,7 | 2,2 | 2,0 | 2,5 | 2,2 | 2,8 | 2,0 | 2,5 | 2,5 | 3,0 | 3,0 | 3,5 | 3,5 | 4,0 | |
| 0,2-0,5 | 1,2 | 1,5 | 1,4 | 1,7 | 1,6 | 1,9 | 1,8 | 2,2 | 1,5 | 1,8 | 1,7 | 2,0 | 2,2 | 2,5 | 2,7 | 3,0 |
| 0,5-1,0 | 0,8 | 1,2 | 1,0 | 1,4 | 1,2 | 1,6 | 1,4 | 1.8 | 1,0 | 1,5 | 1,2 | 1,7 | 1,7 | 2,2 | 2,2 | 2,7 |
| 1,0-1,5 | 1,1 | 1,5 | 1,3 | 1,7 | 1,5 | 1,9 | 1,7 | 2,1 | 1,4 | 1,9 | 1,6 | 2,1 | 2,1 | 2,6 | 2,6 | 3,1 |
| 1,5-2,0 | 1,5 | 1,9 | 1,7 | 2,1 | 1,9 | 2,3 | 2,1 | 2,5 | 1,7 | 2,2 | 1,9 | 2,4 | 2,5 | 3,0 | 2,9 | 3,4 |
| 2,0-2,5 | 1,8 | 2,3 | 2,0 | 2,5 | 2,2 | 2,7 | 2,4 | 2,9 | 2,2 | 2,6 | 2,4 | 2,8 | 2,9 | 3,3 | 3,4 | 3,8 |
| 2,5-3,0 | 2,1 | 2,6 | 2,3 | 2,8 | 2,5 | 3,0 | 2,7 | 3,2 | 2,5 | 3,0 | 2,7 | 3,2 | 3,2 | 3,7 | 3,7 | 4,2 |
| 3,0-3,5 | 2,5 | 3,0 | 2,7 | 3,2 | 2,9 | 3,4 | 3,1 | 3,6 | 2,9 | 3,4 | 3,1 | 3,6 | 3,6 | 4,1 | 4,1 | 4,6 |
Для інших матеріалів табличні значення перемичок необхідно помножити на коефіцієнт К, який дорівнює:
| Для сталі твердої . . . . . . . . . . . . . . . Для бронзи катаної і латуні . . . . . . Для дуралюмінію . . . . . . . . . . . . . . . Для міді і алюмінію . . . . . . . . . . . . . Для неметалічних матеріалів . . . . . | 0,8-0,9 1,0-1,2 1,0-1,2 1,2-1,3 1,5-2,0 |
Таблиця 2
Механічні властивості листових матеріалів
| Назва Матеріалу | Марка | Опір зрізу sзр, МПа | Границя міц-ності sв, МПа | Відносне ви- довження d, % |
| Сталь | 0,8кп 0,8 10кп 15кп 20кп | |||
| Латунь м’яка Холоднотягнута | Л68 Л62 ЛС59-1 | |||
| Бронза м’яка Тверда | Бр.ОФ65- -0,15 Бр.ОЦ 4-3 | |||
| Мідь м’яка Тверда | М1,М2 М3 | -30 | ||
| Алюміній м’який Твердий | А2 А3 | 75-110 120-150 | 30-20 9-6 | |
| Дуралюміній Відпалений загартований | Д16А-М Д16А-Т | 150-200 210-300 | 180-250 340-380 |
Розрахунок заготовки
При вирубуванні B = D + 2a .
Довжина заготовки при гнутті визначається за кресленням готового виробу шляхом сумування всіх прямолінійних ділянок l і довжин дуг з радіусом нейтрального шару r:
,
де n – число криволінійних ділянок,
a - кут гнуття даної ділянки,
r - r + c S ,
r – внутрішний радіус гнуття в мм,
S – товщина матеріалу в мм,
c - коефіцієнт, який залежить від співвідношення r/S радіусу гнуття і товщини матеріалу (див. табл. 3).
Таблиця 3
Величина коефіцієнту “c”
| r/S | 0,1 | 0,25 | 0,3 | 0,5 | 0,8 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 5,0 |
| c | 0,3 | 0,35 | 0,36 | 0,38 | 0,4 | 0,42 | 0,44 | 0,455 | 0,47 | 0,48 |
У випадку гнуття під кутом без заокруглення (з відносно гострим кутом r < 0,3) довжина заготовки
L = å l + n × 0,5S ,
де l – довжина прямолінійних ділянок в мм,
п – число ділянок,
S – товщина матеріалу в мм.
При витяжці без потоншення стінки длля визначення розміру заготовки користуються методом рівності поверхонь заготовки і виробу
Fзаг =Fвир.
Fзаг – площа заготовки в мм2,
Fвир.- площа виробу, порахована по внутрішньому діаметрі і зовнішній висоті, включаючи площу.
Для круглих виробів 
Враховуючи необхідність обрізки країв виробу після витяжки, діаметр заготовки вибирають на 3-6% більшим від розрахованого.
При розрахунках розмірів заготовки для витяжки з потоншенням стінки виходять з рівності об’ємів заготовки і виробу
Vвир= Vзаг ,
а оскільки 
тоді діаметр заготовки 
Vвир підраховується по кресленню виробу.
Таблиця 4
Значення коефіциєнту витяжки (m=S/D) циліндричних
виробів без фланця (витяжка з притискачем)
| Віносна товщина S/D :100% | Коефіциєнт витяжки по операціях (m) | ||||
| m1 | m2 | m3 | m4 | m5 | |
| 2,0-1,5 1,5-1,0 1,0-0,6 0,6-0,3 0,3-0,15 0,15-0,08 | 0,48-0,50 0,50-0,53 0,53-0,55 0,55-0,58 0,58-0,60 0,60-0,63 | 0,73-0,75 0,75-0,76 0,76-0,78 0,78-0,79 0,79-0,80 0,80-0,82 | 0,76-0,78 0,78-0,79 0,79-0,80 0,80-0,81 0,81-0,82 0,82-0,84 | 0,78-0,80 0,80-0,82 0,81-0,82 0,82-0,83 0,83-0,85 0,85-0,86 | 0,80-0,82 0,82-0,84 0,84-0,85 0,85-0,86 0,86-0,87 0,87-0,88 |
Визначення зусиль при холодному листовому штампуванні
Зусилля різки на паралельних ножицях
P = F×sзр ×К = В×S×sзр ×K (КН)
Зусилля різки на гильотинних ножицях
(КН)
де В – довжина різу в мм,
S – товщина матеріалу в мм,
sзр – границя міцності на зріз в МПа,
- кут скосу верхнього ножа в градусах.
К = 1,1 – 1,3 – коефіцієнт, який враховує відхилення від товщини матеріалу, затуплення ножів і інш.
Зусилля вирубки і пробивки
P = L×S×sзр×K (КН)
без врахування зусилля на проштовхування і знімання деталі, і заготовки , де L – периметр виробу в мм.
Зусилля гнуття
де В – ширина згинаючої заготовки в мм,
- тимчасовий опір матеріалу, МПа,
S – товщина матеріалу в мм,
r – внутрішній радіус гнуття в мм.
Зусилля при витяжці (без врахування зусилля притиску, виштовхування і інш.)
P = 1,1×L×S×sв (МН)
де L – периметр отвору у витяжній матриці в мм.
Зусилля для рельєфного формування розраховується за формулою
P = L×S×sв (МН)
де L – довжина периметру формувального виступу, або заглиблення в мм.
Зусилля відбортовки
P = 1,5×p×(D-d)×S×sв (МН)
де D – діаметр відбортованого виробу в мм,
d – діаметр отвору для відбортовки в мм.