Машиностроительное предприятие

По конструктивному выполнению штампы бывают без направляющих и  с направляющими устройствами. Штампы без направляющих устройств более  просты в изготовлении, имеют сравнительно небольшую массу и габаритные размеры, но неудобны при установке  их на прессе и небезопасны в эксплуатации.

Вырубные и пробивные  штампы без направляющих устройств  применяются в основном в индивидуальном (опытном) и мелкосерийном производстве. В серийном производстве штампы без  направляющих устройств используются в основном для простой гибки, вытяжки, чеканки и выдавливания. Сравнительно сложные по конструкции  штампы с направляющими устройствами более надежны в эксплуатации, широко применяются в серийном и  массовом производстве.

Штампы подразделяются как  по способу подачи и установки  заготовок, так и по способу удаления деталей и отходов. В первом случае штампы бывают с ручной и автоматической подачей, а во втором — различают  штампы с провалом деталей через  отверстие в матрице, а также  с обратной вставкой деталей в  ленту и удалением их вместе с  лентой (в так называемых компаундных  штампах). Кроме этого, имеются также  штампы с обратным выталкиванием  деталей на поверхность штампа и  удалением их струей сжатого воздуха.

Работоспособность штампов  во многом зависит от правильности выбора материала и размеров их рабочих  деталей. Матрицы и пуансоны штампов  в зависимости от их конструкции, свойств и толщины штампуемого  материала изготовляются из сталей марок У8А, У10А, Х12М, ХВГ, ШХ15СГ, Х6ВФ, 7ХГ2ВМ с HRC3 57—59 и твердых сплавов  ВКЮ, ВК15, ВК20, ВКЗО. Стойкость твердосплавных штампов значительно выше стальных. Наибольшая твердость должна быть у  стальных матриц на глубине не менее  половины ее высоты и на расстоянии не менее 5 мм по кругу рабочего контура, а у пуансона — по всей высоте.

Несущие элементы штампов (плиты, планки и др.) изготовляются из конструкционных  сталей 30 и 45, а направляющие элементы (втулки, колонки и др.) из малоуглеродистой стали 20Х с последующей цементацией.

Изготовление штампов

Для упрощения технологического процесса изготовления штампов производится стандартизация их деталей, например блоков в сборе, включающих нижние и верхние  плиты, направляющие колонки,втулки и т. д.

Точность штампуемых деталей (квалитет 8—14) зависит от точности рабочих деталей штампа (квалитет 6—11). Поэтому при проектировании и изготовлении штампов большое  внимание должно уделяться точности исполнительных размеров и конфигурации профиля рабочей части матрицы  и пуансона. В качестве исходных данных при расчете рабочих частей штампов принимаются номинальные  размеры и допуски на штампуемую деталь. Для вырубных и пробивных  штампов методика расчета соответствующих  исполнительных размеров матрицы и  пуансона зависит от назначения штампа.

В штампе для вырубки деталей  матрица принимается в качестве основной детали, а наименьший технологический  зазор обеспечивается за счет диаметра пуансона. За номинальный принимается  диаметр, меньший номинального диаметра штампуемой детали на допуск.

Для электротехнических сталей с содержанием 4% кремния зазор  между матрицей и пуансоном для  листа толщиной 0,2— 0,5 мм составляет 12—14% толщины листа, при вырубке  деталей из закаленных сталей с HRC3 32—42—20%, а из нержавеющих аустенитных  сталей — 20—25%. В свою очередь для  вырубки контура и пробивки отверстия  в нержавеющей стали большей  толщины (до 3 мм) зазор составляет 0,02—0,03 мм, а толщиной 3— 10 мм — 0,04—0,05 мм. При  штамповке электротехнической стали  зазор не должен превышать 3—6% толщины  обрабатываемого материала.

Шероховатость рабочих и  направляющих поверхностей деталей  вырубных и гибочных штампов должна иметь 0,32— 0,63 мкм, а вытяжных матриц  0,08—0,16 мкм. Окна в матрицах могут выполняться с нулевым пояском или с небольшим уклоном (2—3) на ширине пояска, а затем угол увеличивается до 2—3°, что обеспечивает нормальный проход деталей и отходов в матрице.

При больших партиях штампуемых деталей из трансформаторного железа и из других труднообрабатываемых материалов рабочие части штампов следует  изготовлять из твердого сплава марок  ВК15, ВКЗО. Стойкость таких штампов  между переточками составляет до 200 тысяч ударов, в то время как  стойкость стальных не превышает 2—3 тысяч ударов. Твердосплавные матрицы  и пуансоны изготовляются из пластифицированных твердых сплавов, после чего производится необходимая механическая обработка, а затем твердосплавные заготовки  подвергаются окончательному спеканию и чистовой обработке алмазными  абразивными инструментами. Ранее  был представлен твердосплавный штамп для последовательной безотходной  штамповки пластин трансформаторного  железа.

При изготовлении крупногабаритных штампов в настоящее время  широко используются пластмассы на основе эпоксидных и акриловых смол, а  также фенопласты, что значительно  снижает трудоемкость производства штампов. Напыление пластмасс на макеты и каркасы элементов штампа обычно осуществляется с помощью  специальных установок, после чего сверху наносятся более прочные  слои смеси из стекловолокна и  связующего вещества толщиной до 1,5—3 мм. Полученный слой накатывается с  помощью резиновых роликов. В  качестве каркаса в зависимости  от размеров штампа используются металл, дерево и масса песка.

За последние 15—25 лет  для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, вакууме, скоростных потоках среды или при повышенных температурах, начали широко применяться  коррозионно-стойкие и жаропрочные  труднообрабатываемые стали и сплавы. Они имеют повышенные физико-механические характеристики.

Большие габаритные размеры  и толщина заготовок, сложность  формы и высокие требования к  точности изготовляемых деталей  ставят такие задачи, как создание мощного прессового оборудования, имеющего рабочую площадь стола 25—30 м2 и  более, а также изготовление сложных  и крупногабаритных нагревательных устройств, позволяющих производить  деформирование заготовок из малопластичных материалов в нагретом состоянии, а  также трудоемкой и металлоемкой технологической оснастки.

Высокоэнергетические методы штамповки

В промышленности начинают широко применяться следующие высокоэнергетические методы штамповки:

- давлением ударной волны  при взрыве взрывчатых веществ  в воде (взрывная штамповка);

- действием высоковольтного  электрического разряда в жидкости (электрогидравлическая штамповка);

- импульсами магнитного  поля высокой напряженности (магнитно-импульсная  штамповка).

Взрывная штамповка основана на деформации листовой заготовки давлением  ударной волны, образующейся при  взрыве взрывчатых веществ в баке с водой. Штампы для взрывной штамповки  представляют собой матрицу, имеющую  рабочую полость соответствующей  формы с отверстиями для удаления воздуха.

Для крупногабаритных деталей  металлические матрицы тяжелы и  дороги. В этом случае их зачастую делают из дерева или железобетона с облицовкой стеклопластиком.

Электрогидравлическая штамповка  основана на электрогидравлическом  эффекте, открытом советским изобретателем  Л. А. Юткиным. Энергия, необходимая  для электрического разряда, накапливается  в высоковольтной батарее. За счет этой энергии между электродами создается  разряд длительностью 0,00004 с, вызывающий появление ударной волны в жидкости, которая деформирует заготовку, заставляя принять ее форму матрицы.

Сущность штамповки импульсным магнитным полем заключается  в следующем: при импульсном разряде  электрического тока высокого потенциала на катушку в ней образуется мощное магнитное поле, которое воздействует на заготовку. Возникающие на поверхности  заготовки вихревые токи образуют свое магнитное поле, которое, взаимодействуя с первичным полем, вызывает эффект «отталкивания» заготовки от витков катушки. Заготовка деформируется, принимая профиль матрицы.

 

 

 

3. Гидравлический пресс

 

Гидравлический пресс  представляет собой машину-орудие практически  статического действия. Принцип работы гидравлического пресса основан на законе Паскаля. В общем виде пресс состоит из двух камер, снабженных поршнями (плунжерами) и соединенных трубопроводом.

 

 

Рис. 2. Общий вид гидравлического пресса.

Если к поршню 1 приложить силу Р₁, то под ним создается давление p  = P₁ / f₁. По закону Паскаля давление р передается во все точки объема жидкости и, будучи направлено нормально к основанию большого поршня 2, создает силу Р₂ = pf₂, которая оказывает давление на заготовку 3.

На основании закона Паскаля:

P₂ = P₁ ( f₂ / f₁ ).

Сила Р₂ во столько раз больше силы P₁, во сколько раз площадь f₂ больше площади f₁.

 

 

 

 

       Рис. 3. Конструктивная схема гидравлического пресса.

 

Рабочий цилиндр 4, в котором  движется рабочий плунжер 5, закреплен  в верхней неподвижной поперечине 6. Последняя при помощи колонн 7 соединяется  с нижней неподвижной поперечиной 9, устанавливаемой на фундаменте. Нижняя 9 и верхняя 6 поперечины вместе с  колоннами образуют станину пресса. Рабочий плунжер 5 соединен с подвижной поперечиной 8, имеющей направление по колоннам, и сообщает ей движение только в одном направлении — вниз. Для подъема подвижной поперечины установлены возвратные цилиндры 10 с плунжерами 11.

Во избежание утечек жидкости, находящейся под давлением, цилиндры снабжены уплотнениями 12.

Главным параметром гидравлического  пресса является номинальное усилие пресса Р_н — произведение номинального давления жидкости в цилиндре пресса на активную площадь его рабочих плунжеров.

Прессы в зависимости  от технологического назначения отличаются друг от друга конструкцией основных узлов, их расположением и количеством, а также величиной основных параметров Р_н, Н, S, А X В (H — открытая высота штампового пространства; S — полный ход подвижной поперечины, АхВ — размеры стола).

По технологическому назначению гидравлические прессы подразделяют на прессы для металла и для неметаллических материалов.

В свою очередь, прессы для  металла подразделяют на пять групп: для ковки и штамповки; для  выдавливания металлов; для листовой штамповки; для правильных и сборочных работ и для обработки металлических отходов. Ввиду большого многообразия типов прессов приведем значения номинальных усилий Р_н, наиболее из них распространенных.

Из прессов первой группы можно назвать: ковочные — свободная ковка со штамповкой в подкладных штампах, Р_н = 5 - 120 Мн (500—12 000 Т); штамповочные — горячая объемная штамповка деталей из магниевых и алюминиевых сплавов, Р_н=10 -700 Мн (1000—70000 Т); прошивные — глубокая горячая прошивка стальных заготовок в закрытой матрице, P_н=l,5 - 30 Мн (150—3000 Т); протяжные — протягивание стальных поковок через кольца, Р_н = = 0,75 - 15 Мн (75—1500 Т).

Из второй группы прессов  можно отметить прессы трубо-прутковые  и прутково-профильные — прессование  цветных сплавов и стали, Р_н = 0,4 - 120 Мн (40 -12000 т).

Из третьей группы назовем прессы: листоштамповочные простого действия с Р_н = 0,5 - 10 Мн (50 - 1000 Т); вытяжные — глубокая вытяжка цилиндрических деталей, Р_н = 0,3 - 4 Мн (30 - 400 Т); для штамповки   резиной Р_н = 10 - 200 Мн (1000 - 20000 Т); для бортования, фланцевания, гибки и штамповки толстолистового материала Р_н = 3 - 45 Мн (300 - 4500 Т); гибочные — гибка толстолистового материала в горячем состоянии, Р_н = 3 - 200 Мн (300—20000 Т).

Из пятой группы отметим  прессы пакетировочные и брикетировочные  для спрессовывания отходов типа металлической стружки и обрезков листового металла  [Р_н =1-6 Мн (100 - 600 Т)]. Гидравлические прессы для неметаллических материалов включают прессы для порошков, пластмасс и для прессования листов и плит.

Технологическое назначение гидравлического пресса определяет конструкцию станины (колонная, двухстоечная, одностоечная, специальная), тип, выполнение и количество цилиндров (плунжерный, дифференциально-плунжерный, поршневой и т.д.). Наибольшее распространение получила четырехколонная неподвижная станина с перемещением подвижных частей в вертикальной плоскости. Иногда станину-раму пресса выполняют подвижной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Схема гидравлического пресса с подвижной станиной-рамой.

 

Цилиндры плунжерного  и дифференциально-плунжерного типа являются цилиндрами простого действия. Рабочий цилиндр дифференциально-плунжерного типа применяется в случае, когда  через рабочий плунжер, например, должна проходить игла (трубо-прутковые прессы). Цилиндры поршневого типа наиболее часто находят применение при использовании масла в качестве рабочей жидкости. В этом случае уплотнительным элементом собственно поршня будут поршневые кольца. Цилиндр поршневого типа является цилиндром двойного действия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             Типы цилиндров гидропрессов                                    Таблица 1

 

плунжерного типа	дифференциально–плунжерного типа	поршневого типа

 

У прессов с нижним расположением  рабочего цилиндра и неподвижной станиной могут отсутствовать цилиндры обратного хода, в этом случае возврат подвижных частей в исходное положение происходит под действием их веса. Рабочий цилиндр соединяется при этом с наполнительным баком.