Холодная штамповка

 

7.2. Расчет конструкции  штампа

 

7.2.1. Расчет исполнительных  размеров рабочих деталей штампов

Расчет  исполнительных размеров сопрягающихся деталей штампа проводится для пары: отверстие в матрице – пуансон по методике, изложенной в [7,9].

При вырубке наружного контура детали размером  D - D, где D – номинальный размер детали, D - отклонение данного размера, исполнительные размеры определяются по формулам:

для матрицы  -  DМ = (D - D)+dм ;

для пуансона  -  DП =  (D - D - z)-dп .

Здесь: DМ и DП – сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона;

 dМ и dП – отклонения размеров (табл. 6);

 z  -  номинальный (наименьший) зазор (табл. 6).

При пробивке отверстий размером  d + D, где d – номинальный размер отверстия, исполнительные размеры вычисляются по формулам:

для матрицы  -  dМ = (d + D + z)+dм ;

для пуансона  -  dП = (d + D)-dп .

Здесь  dМ и dП  -  сопрягаемые размеры соответственно матрицы и пуансона. Остальные обозначения – прежние (табл. 6).

На эскизах заданных деталей (пара: пуансон – матрица) необходимо нанести полученные размеры. Отклонения остальных размеров можно назначить из следующих соображений:

• сопрягающиеся поверхности – 6–8 квалитет;
• свободные поверхности – 10–12 квалитет;
• взаимное положение рабочих отверстий матрицы – 6 – 7 квалитет;
• расположение крепежных отверстий – 12–14 квалитет;
• межцентровые расстояния отверстий для штифтов – 7–8 квалитет.

При указании шероховатости поверхностей следует пользоваться такими правилами [9,10]:

• рабочие поверхности отверстий матриц и пуансонов разделительных штампов – 8 класс (Ra0,63 ... Ra0,32);
• то же при штамповке цветных металлов и сплавов и неметаллических материалов – 10 класс (Ra0,16 ... Ra0,08);
• посадочные поверхности пуансона и отверстий для штифтов – 7 класс (Ra1,25 ... Ra0,63);
• поверхности деталей, не сопрягающиеся с другими деталями, – 4 – 5 классы (Rz40 ... Rz10).

 

Таблица 6

Отклонения размеров

взаимозаменяемых вырубных и пробивных пуансонов и матриц

 

Толщина материала, мм	Наименьший зазор, мм	Отклонения размеров
		матрицы, мм	пуансона, мм
0,3	0,02	0,015	0,010
0,5	0,03	0,020	0,010
0,8	0,05	0,020	0,012
1,0	0,06	0,025	0,015
1,5	0,10	0,030	0,020
2,0	0,14	0,040	0,020
2,5	0,20	0,050	0,030
3,0	0,24	0,060	0,030
4,0	0,40	0,080	0,040
5,0	0,60	0,100	0,050

 

При проектировании пуансона с целью увеличения прочности длину его следует брать минимальной. Стандартные типы пуансонов можно найти в [7,9].

Расчет высоты матрицы НМ можно найти в [9] или приблизительно выбрать в зависимости от ширины матричного отверстия bР (см. приложения 2, 3) из таблицы 7.

Определение рабочей зоны и габаритов матрицы рассматривается в разд. 7.3.

 

Таблица 7

Минимальная высота плиты матрицы

 

Ширина отверстия, мм	Высота матрицы при толщине материала детали, мм
	до 1 мм	св.1 до 3 мм	св.3 до 6 мм
До 50	(0,3 ... 0,4) bР	(0,35 ... 0,5) bР	(0,45 ... 0,6) bР
Св. 50 до 100	(0,2 ... 0,3) bР	(0,22 ... 0,35) bР	(0,3 ... 0,45) bР

 

7.2.2. Определение центра  давления штампа

Ось хвостовика необходимо располагать в центре давления штампа для предотвращения перекосов, несимметричности зазора, износа направляющих элементов штампа и быстрого выхода из строя рабочих деталей.

Координаты центра давления определяют для многопуансонных штампов, штампов последовательного действия и при несимметричном вырезаемом контуре. Расчет основан на равенстве моментов равнодействующей нескольких сил сумме моментов этих сил относительно одной и той же оси.

На рис. 2 показан пример раскроя детали для вырубки на штампе последовательного действия, а рядом приведены формулы для определения координат центра давления ХЦ.Д и YЦ.Д штампа в общем виде и для приведенного примера.

Направление осей выбрано по сторонам подаваемой полосы. Точку О можно «привязать» к левому нижнему углу матрицы (на виде сверху), как показано на рисунке, или к любой другой точке, например к нижнему правому углу треугольника. Значения хi и yi – центры тяжести элементарных фигур, а величины li – длины контуров соответствующих фигур или величины расчетных усилий операций вырубки, пробивки.

Внимание! Вычисленный центр давления штампа необходимо расположить на оси хвостовика!

 

Рис.2. Пример расчета центра давления штампа последовательного

действия

 

7.2.3. Выбор материалов  для изготовления деталей штампа

Выполненных расчетов достаточно для эскизного проектирования штампа. Для этого нужно начертить эскиз штампа, предназначенного для изготовления заданной детали или выполнения разрабатываемой операции. В нем необходимо выделить стандартные и оригинальные детали, подсчитать их количество и ориентировочно определить размеры.

Рекомендуемые материалы для изготовления отдельных деталей вырубных и пробивных штампов можно выбрать по таблице 8.

В пояснительной записке в виде таблицы или в текстовой форме нужно назначить для каждой детали (или группы однотипных деталей) рекомендуемую марку материала, возможные заменители, а также термообработку для обеспечения необходимой твердости.

 

Таблица 8

Материалы, применяемые для изготовления деталей

 вырубных и пробивных штампов

 

Детали штампов	Марки материала		Термообработка
	основная	заменители
Пуансоны и матрицы простой формы	У10, У10А, Х12Ф1	5ХВ2С, ШХ15, Х12М	Калить: пуансоны - НRC 54 – 58; матрицы – HRC 56 – 60
То же сложной формы и пуансон – матрицы совмещенных штампов	Х12ВМ, Х6ВФ, Р6М5, ВК20	7ХГ2ВФМ, Р12
Плиты блоков	Чугун СЧ 21–40	Стальное литье 30Л, 40Л	—
Хвостовики	Стали 35, 40	Ст4 и Ст5	—
Колонки направляющие	Сталь 20   Стали 45, 50	Ст2	Цементировать на глубину 0,5-1,0 мм; калить HRC 58–62 калить HRC 45 – 50
Втулки направляющие
Пуансонодержатели	Стали 35, 45	Ст3	—
Плитки подкладные	Сталь 45	Ст5	Калить HRC 40–45
Съемники направляющие	Сталь 45	Сталь 40	—
Съемники	Ст3	Сталь 25
Упоры	Сталь 45	—	Калить HRC 40 - 45
Прижимы, выталкиватели, направляющие планки	Стали 40, 45	Ст5	Калить HRC 50–54
Ловители, фиксаторы	Сталь У8А	Сталь У7А
Штифты	Сталь У8	Ст6	Калить HRC 45–50
Винты	Сталь 45	—	Калить головку HRC 40 – 45
Пружины	Стали 65Г, 60С2	Сталь 60С2А	Калить HRC 40–48
Щитки ограждения и лотки	Ст4	Ст3	—
Ножи шаговые	Сталь У10А	Сталь У10	Калить HRC 54- 58
Прокладки резиновые для съемников, прижимов и буферов	Резина средней твердости 2959	Резина средней твердости 56 и 922	—
Резиновые съемники совмещенных штампов	Резина твердая 2462	Резина твердая 3465-Н 4

 

 

7.3. Выбор стандартного  блока штампа

 

Для штампов вырубки – пробивки при повышенных требованиях к точности и стойкости штампов, качеству поверхности среза, при штамповке деталей из неметаллических материалов, а также из металлов и сплавов при толщине заготовок до 1,5 мм рекомендуется применять блоки с диагональным расположением гладких направляющих колонок и втулок [7,9,10,11].

Выбор стандартного блока штампа осуществляется по номерам. Для определения номера необходимо вычислить размеры рабочей зоны аР и bР матрицы (приложение 3, рис. П2) и по ним согласно таблице приложения 2 определить размеры Ar и Br матрицы штампа. Зная эти размеры, по таблицам приложений 4…6 можно найти номер и размеры блока и размеры гладких направляющих штампа [9].

После определения номера блока необходимо приступить к выбору и конструированию рабочих деталей и узлов штампа: матрицы, пуансонов, съемника, пуансонодержателей, временных и грибковых упоров, направляющих планок, прижимов, хвостовика и т. д. Методика их выбора изложена в [7,8,9,12].

 

7.4. Техническое нормирование  штамповочных операций

 

Целью настоящего раздела является определение штучного времени ТШТ, необходимого для выполнения разрабатываемой штамповочной операции; штучно- калькуляционного времени ТК, используемого для определения себестоимости детали, а также количества штампов и прессов, необходимых для выполнения программы выпуска деталей.

Полная норма штучного времени определяется по формуле

ТШТ = ТОП + ТД ,

где  ТОП – оперативное время, непосредственно затрачиваемое рабочим на выполнение операции; ТД – дополнительное время, требуемое на обслуживание штампа и отдых.

ТОП складывается из основного времени tО, определяемого процессом получения детали (двойной ход ползуна), и вспомогательного tВ, затрачиваемого на выполнение различных ручных приемов, необходимых для выполнения основной работы. К вспомогательному времени относится время на установку полосы (заготовки) в штамп, продвижение, снятие детали, удаление отходов, включение и выключение пресса и т.д. ТОП определяется следующим образом:

ТОП = (tО + tВ) / z,

где z – количество деталей, получаемых за один двойной ход ползуна пресса;

tО = 1/n  для автоматической работы штампа или  tО = kМ/n – для пресса с ручным управлением. Здесь kМ – коэффициент увеличения основного времени на время работы механизма включения пресса:

kМ = 1,05 ... 1,3 – для фрикционных прессов;

kМ = 1,25 ... 1,5 – для кривошипных с усилием до 100 кН;

kМ = 1,5 ... 1,67 – для кривошипных с усилием до 1000 кН;

kМ = 1,67 ... 1,8 – для прессов с усилием свыше 1000 кН.

Меньшие значения kМ следует брать для прессов, у которых n £ 80 мин-1, большие – для n > 80 мин-1 (n – частота хода ползуна).

tВ на предприятиях определяют путем непосредственного хронометража работы передовых рабочих. При ручной подаче его можно приблизительно определить, исходя из следующих соображений:

tВ = tВ1 / nД + tВ2 + tВ3,

где  tВ1 – время на приемы: «взять полосу (заготовку) и установить ее в штамп, продвинуть до упора», «удалить из штампа» (0,2 ... 1,0 мин);

tВ2 – время на продвижение полосы на один шаг (0,5 ... 3,0 сек);

tВ3 – время на удаление готовой детали (отхода) из штампа (0 ... 2 сек). При вырубке на провал tВ3 = 0;

nД – количество деталей, получаемых из полосы (заготовки).

Согласно общемашиностроительным нормативам времени на холодную штамповку ТД берется в процентном отношении от ТОП. При этом считают, что

ТД = tОБ + tП,

где  tОБ – время на обслуживание штампа;

tП – время на отдых. При этом tОБ = 0,03ТОП, а tП = 0,09ТОП, если усилие пресса меньше 1000 кН, и  tОБ = 0,05ТОП, а tП = 0,1ТОП, если усилие пресса больше 1000 кН.

Требуемое количество штампов для выполнения заданной годовой программы можно определить по следующей методике [8]:

1. Определить время работы  штампа между двумя переточками:

ТУ = ТШТ nУ + tУ + tСН.

Здесь nУ – стойкость штампа (количество ударов между переточками). Значение nУ можно взять из таблицы 9;

tУ и tСН  - время, затрачиваемое на установку и снятие штампа (табл.10).

2. Определить время на  выполнение годовой программы N:

TN = (N / nУ)TУ(1+kП),

где  kП - потери времени на ремонт и переналадку оборудования. kП = 3 % при работе с прессом с усилием меньше 1000 кН  и  kП = 6 %  - при наличии пресса с большим усилием.

3. Определить количество  рабочих мест, требуемых для выполнения  годовой программы:

nР = TN / [TФ (1 – kП)].

Здесь ТФ – годовой фонд рабочего времени. ТФ = 2037 ч при работе в одну смену, ТФ = 4074 ч при двухсменной работе; kП – нормативные потери времени при одно- и двухсменной работе (kП = 3 %).

4. Учитывая, что штампы  в процессе работы могут выходить  из строя, необходимо предусмотреть некоторый запас штампов-дублеров (табл. 11). Следовательно, общее число штампов nШ будет равно  nР + nДБ, где nДБ – количество штампов-дублеров.

 

Таблица 9

Средняя стойкость штампов между двумя переточками

(в тыс. ударов)

 

Тип штампа	Толщина полосы (ленты), мм
	До 1 мм		Св.1 до 2		Св.2 до 3		Св.3 до 4		Св.4 мм
	Материал рабочих частей штампа
	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.	углерод.	легиров.
Вырубной	45-50	55-65	35-40	45-55	30-35	35-40	20-25	25-30	15-20	20-25
Пробивной	40-45	—	35-40	—	30-35	—	22-25	—	18-20	—
Отрезной	35-40	45-50	35-40	45-55	30-35	35-40	20-25	25-30	15-20	20-25