Разделительные операции в штампах

Основные операции – вырубка, пробивка, обрезка.

Вырубка – полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига (отделенная часть – изделие)

Пробивка – образование отверстия или паза путем сдвига с удалением отделенной части металла в отход.

Вырубкой и пробивкой получают плоские детали из листа. Получают также заготовки, используемые для изготовления пространственных деталей гибкой, вытяжкой, отбортовкой и другими формоизменяющими операциями. Вырубку и пробивку выполняют в штампах (рис. 1.18), рабочие органы которых (пуансон 1и матрица 2) установлены с определенным зазором z. Лист или полосу 7 устанавливают на матрицу 3, имеющую острые кромки. Пуансон 1, опускаясь вместе с верхней частью штампа, надавливает на лист. При этом происходит относительное смещение металла в матрицу, заканчивающееся разрушением, т.е. вырубкой или пробивкой. Отделенная часть металла проваливается в отверстие в матрице, а отход при ходе пуансона вверх, снимается с него съемником 2.

 

 

Рис.1. 18. Схема штампа для вырубки и пробивки:

1-пуансон; 2- съемник; 3- матрица; 4- вырубленное изделие; 5- нижняя плита;
6- кольцо; 7- полоса (исходная заготовка; после вырубки – отход)

 

На рис. 1.19 показаны укрупнено пуансон, полоса и матрица.

Рис.1.19. Схема полосы, пуансона и матрицы в увеличенном масштабе

 

При оптимальном зазоре Z_опт трещины от пуансона и матрицы сойдутся в одном месте. Сначала происходит пластическое внедрение (со сдвигом) пуансона и матрицы в заготовку; потом образование трещин и хрупкий скол.

Z_опт = f (S₀; _В ).

Двусторонний (или диаметральный) зазор: Z_опт = Z (0, 06 … 0, 1) S.
Чем мягче материал (меньше _В), тем менше зазор. Усилие вырубки – пробивки:

P = k∙ F_ср∙ _ср,

где F_ср – площадь среза; если вырубка – пробивка круглого контура

. В общем случае F_cp = L ∙ S, где L – длина линии реза. Коэффициент k = 1, 1 … 1, 3.

Усилие съема отхода с пуансона: P_c = 0, 06∙ P. Усилие проталкивания металла через матрицу: Р_пр = 0, 12∙ Р.

Точность при вырубке и пробивке зависит от следующих факторов:

1. состояние штампа;

2. свойства металла заготовки;

3. толщина металла;

4. абсолютные размеры детали;

5. структура технологического процесса;

5. тип штампа;

7. оборудование;

8. квалификация штамповщика.
Подчеркнуты наиболее важные факторы.

1.8. Рабочие (исполнительные) размеры пуансонов
и матриц при вырубке – пробивке

Допуски на размеры деталей, полученных вырубкой – пробивкой, назначаются по умолчанию по 14 квалитету. В справочниках Романовского и Рудмана имеются таблицы, где можно выбрать допуск в зависимости от размера детали и толщины металла. Чем больше размер и толщина, тем больше допуск. Пример допусков на деталь «шайба» показан на рис. 1.20.

Рис.1.20. Схема допусков на шайбу при вырубке-пробивке:

«-0, 34» - допуск по квалитету h14; «+0, 28» - допуск по квалитету H14 (допуски назначены в системе отверстия)

 

Пример выбора допусков по справочникам Романовского и Рудмана здесь рассматривать не будем.

Пуансон и матрица изготавливаются раздельно.

Рассмотрим вырубку. Размеры изделия, получаемого вырубкой, соответствует размерам рабочего отверстия матрицы. Изнашивание матрицы приводит к увеличению её рабочего отверстия. Поэтому исполнительные размеры отверстия матрицы для вырубки должны быть наименьшими предельными. Пусть вырубается круглая деталь. Диаметр матрицы:

= ( – ,

где = номинальный диаметр изделия; – припуск на износ матрицы; - допуск на размер матрицы. ≈ 0, 8∙ ∆, где ∆ - допуск на деталь. Для примера на рис. 1.20 – задан размер , поэтому ∆ = 0, 34; = 40. В том случае, если на чертеже детали было задано, например, , то ∆ = 0, 2; = 40.

Припуск на износ может браться не в зависимости от ∆, а сразу по таблице (в Рудмане в зависимости от квалитета и размера штампуемого элемента).

Диаметр пуансона для вырубки меньше диаметра матрицы на значение зазора между ними:

= ( – ,

где z – двусторонний (или диаметральный) зазор; - допуск на изготовление пуансона; .

В рассматриваемом примере ;

.

Если допуски на штампуемую деталь назначены по 14 квалитету, то допуски на изготовление пуансона и матрицы () назначают по 8 квалитету. В рассматриваемом примере:

; .

Окончательно: ; .

Рассмотрим пробивку. Диаметр отверстия, получаемого пробивкой, соответствует диаметру пуансона. Изнашивание пуансона приводит к уменьшению его диаметра. Поэтому исполнительный диаметр пуансона должен быть наибольшим предельным:

Для нашего примера (смотри рис. 1.20):

; ;

по 8-му квалитету -

;

Пуансон и матрица изготавливаются совместно.

Вырубка (для вырубки изготавливается матрица, а изготовление пуансона осуществляется пригонкой по матрице). В этом случае диаметр матрицы рассчитывается также:

= ( – ,

а на рабочем чертеже пуансона записывают техническое требование – « обеспечивается доработкой по матрице с зазором z и допуском на зазор ».

Пробивка (для пробивки изготавливается пуансон, а изготовление матрицы осуществляется пригонкой по пуансону). В этом случае диаметр пуансона рассчитывается также:

а на рабочем чертеже пуансона записывают техническое требование – « обеспечивается доработкой по пуансону с зазором z и допуском на зазор ».

Отметим, что допуски на изготовление пуансонов и матриц () при совместном и раздельном изготовлении пуансонов и матриц разные. Это четче прописано в справочнике Рудмана. При совместном изготовлении побольше (это лучше). В задании № 1брать совместное изготовление и использовать справочник Рудмана. После «ручного» расчета будет расчет по компьютерной программе. В программе заложен Рудман.

 

1.9. Способы уменьшения усилия при вырубке – пробивке

Для уменьшения деформирующего усилия вырубки – пробивки применяют вырубку – пробивку при помощи пуансонов и матриц с наклонными (скошенными) кромками. Этот способ позволяет процесс вырубки – пробивки осуществлять постепенно (как при отрезке на ножницах с наклонным ножом), а не одновременно по всему отделяемому контуру. В результате этого усилие вырубки – пробивки может быть уменьшено на 30 – 40 %.

Рис. 1.21. Схема пуансонов и матриц для вырубки и пробивки с наклонными рабочими кромками

 

Для создания условий, при которых горизонтальные проекций усилий вырубки и пробивки, приложенные к наклонно расположенным (скошенным) рабочим кромкам инструмента, могли бы уравновешиваться, скосы делают симметричными относительно оси инструмента. Это позволяет углы наклона рабочих кромок инструмента делать больше, чем при отрезке с односторонним наклоном режущей кромки ножа (угол наклона ножа 3…5º). В зависимости от характера операции (вырубки или пробивки) скосы выполняются на матрице или пуансоне (рис. 1.21). Применение скосов вызывает изгиб той части металла, которая соприкасается с инструментом, имеющим наклонные рабочие кромки. Поэтому при вырубке скосы делаются на матрице, а при пробивке – на пуансоне.

1.10. Матрицы и пуансоны для вырубки – пробивки