Разработка технологии производства универсального штампа для пробивки отверстий диаметром 20 мм

Эти требования зависят друг от друга. Так, например, высокое качество обработки поверхностей пуансонов и матриц штампа обеспечивает необходимую стойкость, а точная взаимная подгонка пуансона и матрицы — получение высококачественных деталей и высокую стойкость штампа в работе. Пренебрежение одним из этих требований явится причиной низкого качества штампа. Например, низкая твердость штампа вследствие неправильного режима термической обработки сведет на нет все усилия по получению высокой точности обработки, так как штамп будет иметь низкую стойкость.

Штамповая оснастка в процессе эксплуатации находится под действием значительных нагрузок. Эти нагрузки различны по величине и направлению и зависят от характера работ, для которых предназначен штамп. Так, например, матрицы вырубных штампов при работе испытывают напряжение на изгиб, на разрыв и на срез; матрицы штампов ударного выдавливания испытывают напряжения на изгиб и разрыв, а пуансоны к этим штампам — напряжения на изгиб и сжатие. Выдержать все эти нагрузки сможет лишь такая деталь штампа, для изготовления которой правильно выбран материал.

Помимо силовых нагрузок, возникающих в рабочий момент, на штамповую оснастку влияют и другие условия, например загрязнение материала, подвергающегося штамповке. Попадание грязи в виде земли или песка является причиной истирания рабочей кромки пуансонов и матриц в вырубных штампах или приводит к задирам на рабочих поверхностях вытяжных и гибочных штампов.

Штамп, изготовленный с учетом особенностей технологии штамповки (например, устройство соответствующего уклона в окнах вырубных матриц), имеет более высокие эксплуатационные данные.

Повышение стойкости штампов зависит от качества их изготовления: от точности сопряжения, термической обработки деталей штампа, участвующих в формообразовании изделий, и качества отделки рабочих поверхностей пуансонов и матриц.

В результате механической обработки на поверхностях деталей штампа остаются следы воздействия режущего инструмента или абразива. Эти следы в виде гребешков и впадин отрицательно влияют на работу формующих и сопрягаемых деталей.

Направление штриха от полировочного материала на рабочих поверхностях деталей штампов должно быть параллельно течению или движению материала штампуемой детали.

Правильное и стабильное сопряжение трущихся поверхностей штампов также зависит от шероховатости поверхности сопрягаемых деталей. Плохо отполированные посадочные поверхности после непродолжительной работы вследствие истирания гребешков теряют свои размеры: увеличивается размер отверстия, а размер стержня уменьшается и скользящая посадка переходит в посадку движения или ходовую, точность теряется.

В инструментальном производстве для контроля шероховатости обработанных поверхностей применяют специальные приборы или сравнивают проверяемую поверхность с поверхностью эталона чистоты,

Точность изготовления деталей штампов связана с точностью, предъявляемой к детали, для которой предназначен штамп, Поэтому вопросы точности рассматриваются в каждом случае, исходя из назначения детали штампа и заданной точности штампуемой детали.

При этом все детали штамповой оснастки разделяются на две группы:

• детали технологического назначения, непосредственно участвующие в формообразовании штампуемых изделий (матрицы, пуансоны); к изготовлению деталей этой группы предъявляются наиболее высокие требования;
• детали конструктивного назначения, обеспечивающие связь и взаимную фиксацию частей штампа; детали этой группы изготовляются с пониженной точностью.

Точность обработки отдельных участков деталей штампа обычно рассматривается в соответствии с принадлежностью их к одной из следующих трех категорий:

• участки или отдельные элементы деталей, определяющие качество изготовления штампуемых деталей по конфигурации и размерам (рабочие окна матриц, рабочие части вырубных, вытяжных и других пуансонов); эти детали, наиболее трудоемкие и сложные по технике обработки, характеризуются наибольшей точностью изготовления и требуют соблюдения строгих допусков;
• сопрягаемые поверхности, обеспечивающие правильное положение в штампе отдельных его деталей, участвующих в формообразовании штампуемых изделий (плоскости соединения сборных матриц и их посадочные плоскости, установочные поверхности пуансонов, вкладышей, стержней, контурные окна направляющих и пуансонодержателей и т. д.); в большинстве случаев все эти поверхности (при некруглой форме) обрабатываются по месту индивидуальной подгонкой;
• поверхности и участки деталей, не влияющие на точность изготовляемой детали (верхние и нижние плиты, плоскости пуансонодержателей, основания штампов и т. п.); эти поверхности обрабатывают по допускам свободных размеров.

Наиболее точного изготовления требуют матрицы и пуансоны вырубных и пробивных штампов, а также направляющие колонки и втулки.

Шероховатость поверхностей деталей штампов рекомендуется следующая:

• нерабочие поверхности деталей, т. е. не соприкасающиеся ни со штампуемой деталью, ни с поверхностями других деталей (стержни винтов и отверстия под них, просверленные отверстия в матрицах и нижних плитах) обрабатывать по 4-му классу чистоты;
• опорные поверхности, к которым не предъявляются высокие требования (опорные поверхности винтов, поверхности хвостовиков, соприкасающиеся с ползуном пресса), обрабатывать по 5-му классу чистоты;
• неподвижные соединения пуансонов с пуансонодержателем некруглой формы, а также круглой формы, выполняемые по 3-му классу точности (отверстия под пуансоны в пуансонодержателях, поверхности выталкивающих штифтов, неподвижные соединения пуансонов с ловителями, прилегающие поверхности плит блока), при зазорах между матрицей и пуансоном более 0,05 мм обрабатывать по 6-му классу чистоты;
• неподвижные соединения деталей круглой формы, изготовляемых по 2-му классу точности (соединения пуансона или пуансона-матрицы круглой формы с пуансонодержателем, соединения установочных штифтов, упоров, направляющих втулок и колонок, прилегающие и опорные поверхности пакета, выталкивателей, съемника, плит блока), при зазорах между матрицей и пуансоном менее 0,05 мм обрабатывать по 7-му классу чистоты;
• рабочие поверхности матриц и пуансонов, оформляющие контур вырезаемых или изгибаемых деталей, а также поверхности вытяжных пуансонов, поверхности
• скольжения, выполняемые по 1-2-му классам точности (подвижные соединения направляющих колонок и втулок и т. п.), обрабатывать по 8-му классу чистоты;
• рабочие поверхности матриц, прижимов и выталкивателей вытяжных штампов, рабочие поверхности вырезных штампов при штамповке мягких цветных металлов и сплавов, а также неметаллических материалов; рабочие поверхности пуансонов и матриц зачистных штампов; поверхности качения в блоках с шариковыми направляющими; поверхности подвижных соединений направляющих колонок и втулок в блоках прецизионных штампов — выполнять по 9 - 10-му классам чистоты.

Формообразующие элементы (матрицы и пуансоны) штампов для холодной штамповки должны обладать достаточной износостойкостью и высокой прочностью, чтобы воспринимать без разрушения высокие давления, вязкостью для восприятия при высадке и вырубке динамических нагрузок, малой остаточной деформации для сохранения формы штампа при выдавливании с большими удельными нагрузками и достаточной теплоемкостью.

Технологические требования к материалам для изготовления формующих элементов заключаются в малой деформации при термической обработке и хорошей обрабатываемости.

С увеличением длины жесткость пуансона уменьшается, поэтому следует стремиться к максимальному укорочению пуансонов.

В случае необходимости повышения прочности пуансона допускается увеличение размеров посадочной части.

Точность штампа определяется точностью изготовления размеров пуансонов и матриц и величиной зазора между ними. Помимо величины зазора весьма важна и равномерность его распределения, которая зависит от эквидистантности профиля пуансона и матрицы и точности их совмещения при сборке. Точность совмещения пуансона и матрицы в рабочем положении определяется соосностью направляющих и зазором между колонками и втулками, т.е. направляющими деталями штампа.

Рисунок 2.1 - Универсальный штамп для пробивки отверстий

 

Все составные части универсального штампа устанавливаются на нижнюю плиту. Для настройки и фиксации планок в заданном положении предусмотрены стопорные винты и стопора. Для устранения перемещения заготовки в вертикальной плоскости установлена прижимная пластина. Пуансон установлен в пуансонодержателе. Специальная Т-образная форма пуансона обеспечивает необходимую точность и легкость установки в полости пуансоно держателя. Таким образом при минимальной обработке и небольшой трудоемкости установке обеспечивается достаточная соосность пуансона и отверстия матрицы. В конструкции отсутствует как отдельный элемент съемник, но в связи с небольшой толщиной пробиваемой листовой заготовки (1-3 мм), его роль выполняет выступ на планке продольной координационной линейке, который препятствует смещению заготовки в вертикальной плоскости при обратном ходе пуансона, для пробивки следующей заготовки необходимо немного подать ее в направлении обратном задаче. Матрица установлена в корпусе специальной конструкции, обеспечивающей легкость установки при отсутствии стопорного винта. После установки матрицы при закручивании стопорного винта происходит жесткое закрепление матрицы в корпусе.

Перед пробивкой отверстия происходит настройка штампа при помощи стопорных винтов для обеспечения точности отверстия на листовой заготовке. Затем заготовка задается со свободной стороны штампа, таким образом чтобы ее края были плотно прижаты к планкам координационных линеек, один из краев заходил под выступ планки продольной линейки. После установки листовой заготовки в штамп происходит пробивка отверстия, затем заготовка подается в сторону задачи и полностью убирается из пространства штампа.

При анализе соответствия технических условий и норм точности служебному назначению детали на основании сборочного чертежа и технологического процесса сборки было выявлено, что пуансон своими размерами, расстояниями, относительными поворотами и формой своих поверхностей непосредственно участвует в установке, обеспечение точности и непосредственно в операции пробивки.

2.2 Обоснование выбора материала детали

 

На основании анализа условий работы детали в узле для изготовления заданной детали целесообразно применить сталь У8А, твердостью HRC 54...58.

Инструментальная сталь У8А имеет плотность 7850 кг/м3„ Область применения инструментальной стали У8А - стали для инструмента, работающего в условиях, не вызывающих разогрева режущей кромки: фрез, зенковок, топоров, стамесок, долот, пил продольных и дисковых, накатных роликов, кернеров, отверток, комбинированных плоскогубцев, боковых кусачек.

Химический состав инструментальной стали У8А:

Кремний: 0,17-0,33

Марганец: 0,17-0,33

Медь: 0,20

Никель: 0,20

Сера: 0,018

Углерод: 0,76-0.83

Фосфор: 0.030

Хром: 0,20

Температура ковки (в °С): начала 1180, конца 800. Сечения до 100 мм охлаждаются на воздухе, сечения 101-300 - в яме.

В качестве замещающих сталей могут быть использованы У10А, 45 Х12Ф1, 7ХГ2ВМ.

Углеродистые инструментальные стали обладают высокой прочностью, твердостью после термической обработки, теплостойкостью при резании металлов до 200-250 ОС и износостойкостью.

Достоинство углеродистых инструментальных сталей состоит в основном в их малой стоимости и достаточно высокой твёрдости по сравнению с другими инструментальными материалами. К недостаткам следует отнести малую износостойкость и низкую красностойкость. Таким образом, данная марка стали является наиболее подходящей для данной детали при данном виде производства по своим механическим свойствам и экономическим показателям.

 
          2.3 Анализ технологичности детали

 

Технологичность - совокупность свойств конструкции изделия, которые обеспечивают его изготовление, ремонт и техническое обслуживание по наиболее эффективной технологии по сравнению с однотипными конструкциями того же назначения при одинаковых условиях их изготовления и эксплуатации и при одних и тех же показателях качества. Применение эффективной технологии предполагает оптимальные затраты труда, материалов, средств, времени при технологической подготовке производства, в процессе изготовления, эксплуатации и ремонта, включая подготовку изделия к функционированию, контроль его работоспособности, профилактическое обслуживание. Условия изготовления (ремонта), которые определяются типом производства (единичное, серийное и т. д.), его организацией, специализацией, программой и повторяемостью выпуска, связаны с отработкой, направленной на снижение трудоёмкости изготовления (ремонта) изделия и его себестоимости.

К основным требованиям технологичности можно отнести:

• обоснованный выбор материала детали и увязка требований качества поверхностного слоя с маркой материала детали;
• обеспечение достаточной жесткости конструкции:
• наличие или создание искусственных технологических баз. используемых при обработке;
• сокращение числа установок заготовки при обработке;
• наличие элементов, удобных для закрепления заготовки в приспособлении:
• простота формы поверхностей, подлежащих обработке;
• возможность максимального использования стандартизированных и нормализованных режущих и измерительных инструментов;
• унификация формы и размеров обрабатываемых элементов, что обеспечит обработку их минимальным числом инструментов и использование типовых подпрограмм на станках с ЧПУ;
• надежное удаление стружки;
• обеспечение благоприятных условий работы режущего инструмента;
• сокращение числа обрабатываемых поверхностей и т.д.

Технологичность бывает:

• производственная;
• эксплуатационная;
• ремонтная.

Производственная технологичность заключается в сокращении средств и времени на конструкторскую подготовку производства, технологическую подготовку производства, процессы изготовления и контроля.

Технологичность детали оценивается сравнением трудоемкости и себестоимости изготовления различных вариантов ее конструкции,

Трудоемкость - абсолютная трудоемкость, затраченная на изготовление, монтаж вне предприятия-изготовителя, техническое обслуживание и ремонт.

Себестоимость складывается из стоимости материалов, заработной платы рабочих с отчислениями и накладных расходов.

Деталь, подвергаемая обработке резанием, будет технологична в том случае, когда ее конструкция позволяет применять рациональную заготовку, форма и размеры которой максимально приближены к форме и размерам готовой детали, а также использовать высокоэффективные процессы обработки.