УДК 621.7(075.8)
ББК 34.623ч73
И46
Рецензенты: д-р техн, наук, проф. Б. А. Романцев, зав. каф. «Обработка металлов давлением» Московского государственного института стали и сплавов (ТУ); д-р техн, наук, проф. С. С. Яковлев, кафедра «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета
Ильин, Л. Н.
И46 Технология листовой штамповки : учеб, для вузов / Л. Н. Ильин, И. Е. Семенов. — М. : Дрофа, 2009. — 475, [5] с. : ил.
ISBN 978-5-358-03273-6
Учебник состоит из 14 глав и охватывает все вопросы дисциплины «Технология листовой штамповки». Рассмотрены особенности и методы реализации технологических процессов листовой штамповки, сформулированы требования к листовым материалам и описаны методы их испытаний. Дана классификация штампов, приведены основы их конструирования и примеры расчетов типовых конструкций штампов.
Освещены вопросы современного автоматизированного проектирования технологических процессов штамповки и моделирования штампов, а также организации листовой штамповки в условиях мелкосерийного производства. Все главы снабжены вопросами для самоконтроля и богатым иллюстративным материалом.
Для подготовки студентов втузов (бакалавров и специалистов), обучающихся по направлению «Машиностроительные технологии и оборудование».
УДК 621.7(075.8)
ББК 34.623ч73
ISBN 978-5-358-03273-6
© ООО «Дрофа», 2009
ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей учебного курса «Технология листовой штамповки» является формирование у студентов знаний и умений, позволяющих разрабатывать рациональные, экономически эффективные технологические процессы и конструкции штампов, выполнять расчеты параметров технологических операций, эффективно использовать современные технические средства проектирования технологических процессов и управления производством.
Настоящий учебник написан на основе обобщения опубликованных в отечественной и иностранной литературе результатов научных и экспериментальных исследований, производственного опыта передовых предприятий, собственных научных исследований и опыта авторов. Основной материал книги написан Л. Н. Ильиным, главы 4 и 5 написаны И. Е. Семеновым, глава 14 — авторами совместно.
Технология листовой штамповки является одной из дисциплин федерального компонента образовательного стандарта специальности «Машины и технология обработки металлов давлением».
Обработка давлением наряду с резанием и литьем является основным способом обработки материалов и осуществляется путем их пластического деформирования. Штамповка является одним из видов обработки давлением. Штамповку листовых материалов, т. е. материалов, у которых один размер (толщина) во много раз меньше двух других размеров, называют листовой штамповкой. ,
Листовая штамповка является основным, а во многих случаях и единственным, способом обработки листовых материалов и по этой причине применяется практически во всех отраслях промышленности — от микроэлектроники до ракетостроения и атомного энергомашиностроения. Номенклатура деталей, получаемых листовой штамповкой, очень разнообразна. Она вклю
Введение

3
чает плоские и пространственные детали, детали миниатюрные (стрелки часов) и крупногабаритные (облицовочные детали автомобилей, элементы обшивки самолетов и кораблей).
Особенностями листовой штамповки являются, во-первых, высокая производительность, возможность получения деталей и полуфабрикатов сложной формы и больших размеров, экономное расходование материала, высокая взаимозаменяемость изготавливаемых деталей. v
Другой принципиальной особенностью листовой штамповки является необходимость изготовления сравнительно сложного и дорогостоящего инструмента — штампа.
Обычно технологический процесс изготовления детали не может быть реализован путем однократного деформирования заготовки и выполняется за несколько этапов (частей), на которых осуществляется последовательное приближение формы и размеров полуфабриката к форме и размерам детали. Законченную часть технологического процесса, выполняемую на одном рабочем месте с использованием определенного комплекта средств технологического оснащения, называют технологической операцией.
Технологический процесс листовой штамповки включает в хюбя не только технологические операции, в которых осуществляется деформирование заготовки, но и операции перемещения, контроля и др.
При разработке (проектировании) технологического процесса изготовления листовой детали определяют форму и размеры заготовки, способ получения заготовок из исходного материала, вид и последовательность выполнения технологических операций, рассчитывают степень деформации по операциям, устанавливают технические требования к технологической оснастке и условиям труда рабочего, выбирают оборудование для выполнения технологических операций.
Технологическая подготовка листоштамповочного производства включает также нормирование затрат исходного материала и труда, конструирование и изготовление технологической оснастки, в том числе штампов, разработку технологических инструкций, оформление технологической документации.
В современных экономических условиях стоимость и продолжительность технологической подготовки являются решающими факторами конкурентоспособности листоштамповочного
4
Введение
производства, а часто — и факторами конкурентоспособности производства нового изделия в целом. Поэтому все этапы технологической подготовки — проектирование технологических процессов, конструирование штампов, оформление технологической документации — должны выполняться с использованием современных технических средств, прежде всего вычислительной техники.
Применение вычислительной техники не только сокращает сроки технологической подготовки, но и обеспечивает высокое качество проектирования, так как основано на использовании научно обоснованных и проверенных практикой типовых технологических решений и конструкций.
ГЛАВА 1
КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ И МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ. ТЕРМИНОЛОГИЯ
Все детали, изготовляемые листовой штамповкой, можно разделить на плоские и пространственные (неплоские). Для того чтобы получить плоскую деталь с заданным наружным контуром, необходимо отделить ее по этому контуру от исходной плоской заготовки, имеющей обычно форму прямоугольника. Если в детали должны быть отверстия, то и по внутреннему контуру от нее нужно отделить часть материала.
Таким образом, для получения плоских деталей нужно что-то с чем-то разделить: заготовку и деталь; деталь и отход; деталь и технологический припуск и т. п. Операции листовой штамповки, предназначенные для этих целей, называются разделительными.
Разделительные операции являются наиболее распространенными операциями листовой штамповки и применяются как для получения готовых деталей, так и для получения заготовок для других операций. В большинстве разделительных операций отделение одной части заготовки от другой осуществляется относительным смещением этих частей в направлении, перпендикулярном к плоскости заготовки, т. е. путем сдвига. Это смещение сопровождается пластической деформацией и завершается разрушением материала по заданному контуру.
Пластическая деформация, предшествующая полному отделению одной части заготовки от другой, приводит к искажению формы поперечного сечения материала по сравнению с исходной, и это искажение тем больше, чем длительнее стадия пластической деформации, т. е. чем выше пластичность материала. Однако и очень низкая пластичность материала неблагоприятно отражается на качестве поверхности деталей, так как процесс разделения оказывается трудноуправляемым.
6	Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
К разделительным операциям относятся вырубка, пробивка, отрезка, разрезка, обрезка, надрезка, проколка, зачистка, высечка, просечка. Определения и схемы разделительных операций приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Определения и схемы разделительных операций
Наименование и определение операции
Отрезка — полное отделение части заготовки по незамкнутому контуру путем сдвига
Разрезка — разделение заготовки на части по незамкнутому контуру путем сдвига (с отходом и без отхода)
Вырубка — полное отделение заготовки или изделия от исходной заготовки по замкнутому контуру путем сдвига (отделенная часть — изделие)
Надрезка — неполное отделение части заготовки путем сдвига
Проколка — образование в заготовке отверстия без удаления металла в отход
Пробивка — образование отверстия или паза путем сдвига с удалением отделенной части металла в отход
Обрезка — удаление излишков металла (припусков, облоя) путем сдвига
Схема операции
1.1.
Классификация операций листовой штамповки. Терминология
7
Окончание табл. 1.1
Наименование и определение операции
Зачистка — удаление технологических припусков с помощью штампа с образованием стружки для повышения точности размеров и уменьшения шероховатости штампованной заготовки
Высечка — полное отделение заготовки или изделия по замкнутому контуру путем внедрения инструмента в материал исходной заготовки
Просечка в штампе — образование отверстия в заготовке путем внедрения в нее инструмента с удалением части материала в отход
Схема операции
При изготовлении пространственных деталей необходимо изменить форму плоской заготовки, полученной с помощью разделительных операций, и для этих целей применяется большая группа операций, называемых формоизменяющими.
В отличие от разделительных операций, завершающихся разрушением материала по заданному контуру, формоизменяющие операции осуществляются за счет использования пластических свойств материала. Разрушение материала при формоизменяющих операциях недопустимо и приводит к браку. Чем выше пластичность материала, тем интенсивнее можно осуществлять формоизменение, тем меньшее число переходов будет включать в себя технологический процесс штамповки.
Определения и схемы формоизменяющих операций приведены в табл. 1.2.
Помимо определенных в табл. 1.1 и табл. 1.2 операций, к листовой штамповке обычно относят операции, при выполнении которых инструмент совершает вращательное движение: ротационная вытяжка, гибка на валковых листогибочных машинах, профилирование — гибка на многопарнороликовых профилировочных станах и др.
Кроме основных операций в листоштамповочном производстве выполняют и ряд вспомогательных операций: смазку заготовок, зачистку заусенцев, обезжиривание, травление и др.
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
Таблица 1.2. Определения и схемы формоизменяющих операций
Наименование и определение формоизменяющей операции	Изменение формы заготовки, осуществляемое операцией
Гибка — образование или изменение углов между частями заготовки или придание ей криволинейной формы	о< II II U
Вытяжка — образование полого полуфабриката или изделия из плоской или полой заготовки	1—1—1 I 1 с = —	= — □
Вытяжка с утонением — вытяжка полуфабриката или изделия с обусловленным уменьшением толщины стенки полой заготовки без изменения ее внутреннего диаметра	J
Комбинированная вытяжка — вытяжка полуфабриката или изделия с обусловленным уменьшением толщины стенки полой заготовки и ее внутреннего диаметра	ф
Рельефная формовка — образование рельефа в заготовке за счет местного растяжения без обусловленного изменения толщины ^материала	с	-	_□
Закатка — образование закругленных бортов на краях полой заготовки	П — 4- - П
Завивка — образование закруглений на концах плоской заготовки или заготовки из проволоки		э
Отбортовка — образование борта по внутреннему или (и) наружному контуру заготовки	М—
1.1.
Классификация операций листовой штамповки. Терминология
9
Окончание табл. 1.2
Наименование и определение формоизменяющей операции	Изменение формы заготовки, осуществляемое операцией
Обжим в штампе — уменьшение размеров поперечного сечения полой заготовки	(J
Раздача — увеличение размеров поперечного сечения полой заготовки	Ч. ~ .1. *7 	1	
Правка давлением — устранение искажений формы заготовки, уменьшение радиусов сопряжений отдельных участков заготовки	Li
Обтяжка — образование заготовки заданной формы приложением растягивающих усилий к ее краям	
1.2. ПОНЯТИЕ О ШТАМПАХ.
ОСНОВНЫЕ РАБОЧИЕ ДЕТАЛИ ШТАМПОВ
Инструмент, с помощью которого осуществляются процессы штамповки, называется штампом.
Штамп является сложным инструментом, он может состоять из большого числа деталей и узлов различного назначения.
Основные рабочие детали штампа, с помощью которых осуществляется разделение или формоизменение заготовки, называют пуансонами и матрицами.
Пуансоном называют основной рабочий элемент штампа, который взаимодействует с внутренней поверхностью заготовки и охватывается ею.
Матрицей называют основной рабочий элемент штампа, рабочая поверхность которого взаимодействует с наружной поверхностью заготовки и охватывает ее.
В штампах для отрезки основные рабочие элементы называют ножами.
ю
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
В простейшем случае штамп можно представить как совокупность двух взаимно спаренных рабочих элементов: матрицы и пуансона. На рис. 1.1 представлен эскиз простейшего
2
Д
штампа для вытяжки стаканчика. Заготовка, имеющая форму круга, укладывается в цилинд- рИСи Схема ри^ескую выточку матрицы 1 и при опускании простейшего пуансона 2 втягивается в матрицу, превращаясь штампа в полый цилиндрический колпачок.
Однако такие простые штампы применяются редко. Для нормальной работы штампа необходимо обеспечить направление взаимного перемещения его рабочих элементов, фиксацию положения заготовки, удаление изделия и отходов из рабочей зоны ит.п.,в результате чего конструкция штампа может получиться весьма сложной.
На самом верхнем структурном уровне штамп можно рассматривать состоящим из двух частей: подвижной (чаще верхней) и неподвижной (нижней). Подвижная часть штампа крепится к подвижному рабочему органу машины (ползуну), неподвижная — к неподвижному (столу пресса).
По универсальности применения различают специальные и универсальные штампы.
Специальным называют штамп, предназначенный для изготовления только одной (реже нескольких) деталей, универсальным — штамп, предназначенный для изготовления значительной номенклатуры различных деталей, обычно близких по форме, но отличающихся размерами.
В универсальных штампах обычно выполняется только одна операция, например, пробивка отверстий или пазов, гибка одного угла и т. п.
Пуансоны и матрицы в универсальных штампах выполняются быстросменными, а упоры, фиксирующие положение заготовки, — регулируемыми.
В специальных штампах могут выполняться как одна или несколько одноименных, так и несколько разноименных операций.
Специальный штамп, предназначенный для выполнения одной или нескольких одноименных операций за один ход его подвижной части, называется штампом простого действия.
Штамп, предназначенный для выполнения нескольких разноимённых операций на одной позиции за один ход подвижной части, называют штампом совмещенного действия.
1.2. Понятие о штампах. Основные рабочие детали штампов '	11
Технологические операции могут выполняться в штампе и последовательно на разных позициях. В этом случае деталь в целом оформляется последовательно по элементам за несколько ходов подвижной части штампа с перемещением заготовки на заданное расстояние (шаг штамповки) между позициями. Штампы подобного типа называются штампами последовательного действия.
В штампах совмещенного и последовательного действия бывает несколько пуансонов и матриц (для каждой операции своя пара — матрица и пуансон). В штампах совмещенного действия всегда есть рабочий элемент, который является матрицей для одной операции и пуансоном — для другой. Такой рабочий элемент штампа называют пуансоном-матрицей.
Выбор типа штампа зависит от размеров и формы изготавливаемой детали, требований к ее точности и серийности производства.
1.3.	МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКЕ
1.3.1.	Виды материалов, применяемых в листовой штамповке
Для листовой штамповки применяют разнообразные металлы и их сплавы, а также неметаллические материалы: листовые пластмассы (гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, винипласт), бумагу, кожу, резину и другие материалы.
Наиболее распространенным классом материалов являются стали — углеродистые качественные и обыкновенного качества.
Производство стали включает выплавку, разливку, горячую и холодную прокатку до требуемых толщины и свойств.
При кристаллизации газы (кислород и азот), растворенные в жидком металле, выделяются из него — металл кипйт. Кипящая сталь содержит газовые пузыри и раковины во всем объеме. При прокатке такая сталь получается слоистой и при штамповке сложных деталей может давать брак.
Для устранения этого явления в сталь вводят в малом количестве алюминий (0,2—0,7%) или ванадий (0,02—0,04%), которые связывают газы (раскисляют сталь). В зависимости от степени раскисления получают так называемые полуспокойные и спокойные стали.
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
12
В хорошо раскисленной (спокойной) стали усадочная рако-JbhhA образуется лишь в верхней части слитка, в остальном же j объеме содержится мало газовых пузырей и раковин. Полуспо-)койные стали по качеству и стоимости занимают промежуточное положение между кипящими и спокойными.
В зависимости от вида последней прокатки — холодной или горячей — получают холоднокатаные и горячекатаные стали. Холоднокатаные стали выпускают с толщиной от нескольких десятков мкм до 5 мм, горячекатаные — от 0,5 до 160 мм.
Обычно масса слитка, передаваемого на прокатку, составляет несколько тонн, поэтому длина стальной ленты, получаемой в результате прокатки, может достигать нескольких десятков и даже сотен метров. Например, в результате прокатки слитка массой 2 т до толщины 1 мм при ширине 2000 мм будет получена лента длиной более 120 м.
Такая лента может быть свернута в рулон и в рулоне поставлена потребителю. Она может быть разрезана поперек на сравнительно небольшие части и поставлена потребителю в виде листов. Размеры рулонов и листов регламентируются государственными стандартами, например, ГОСТ 19903—74 и ГОСТ 19904—80. При больших объемах поставок могут быть заказаны размеры листов, отличных от стандартных.
Широкий рулон может быть разрезан и вдоль на узкие рулоны — ленты. Размеры лент по толщине и ширине также регламентируются соответствующими государственными стандартами, например, ГОСТ 503—81 «Лента стальная холоднокатаная из низкоуглеродистой стали».
Рулонный материал — широкие рулоны и ленты — обычно используется при крупносерийном и массовом производстве продукции. Штамповка из такого материала сравнительно просто поддается автоматизации, а большие размеры партий штампуемых деталей не требуют частой переналадки оборудования.
При средне-, мелкосерийном и единичных масштабах выпуска продукции требуется изготавливать большую номенклатуру заготовок, имеющих разные размеры (ширину и длину). В таких условиях в качестве исходного материала удобнее оказывается лист, который может быть легко разрезан на необходимое количество заготовок требуемой ширины.
1.3.
Материалы, применяемые в листовой штамповке
13
1.3.2.	Технические требования, предъявляемые к листовым материалам
Материал, предназначенный для листовой штамповки, должен удовлетворять целому ряду требований, которые можно разделить на две основные группы: конструкторские и технологщ ческие.	!
К конструкторским требованиям можно отнести обеспечение необходимых механйческой прочности детали, состояния ее поверхности, сопротивления коррозии, электро- и магнитб-проводности и другие требования в зависимости от функционального назначения детали.
Технологические требования можно объединить одним — обеспечением необходимой штампуемости, под которой понимают способность материала обеспечивать требуемое качество изделий при минимальных затратах на его обработку.
Конструкторские и технологические требования удовлетворяются за счет выбора материала, обладающего соответствующим химическим составом, макро- и микроструктурой, механическими свойствами.
Определенные при проектировании изделия и технологии его изготовления конструкторские и технологические требования к листовому материалу с помощью условных обозначений записываются при оформлении конструкторской и технологической документации.
Тонколистовой прокат из углеродистых сталей качественных (стали 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50) и обыкновенного качества общего назначения (Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5) подразделяют:
—	по способу производства — горячекатаный, холоднокатаный;
—	по виду продукции — листы, рулоны;
—	по минимальному значению временного сопротивления (В) на группы прочности.
Группу прочности обозначают тремя цифрами, соответствующими нижнему пределу временного сопротивления. Прокат из стали обыкновенного качества обозначают буквами ОК, из стали качественной — К.
Из углеродистой стали обыкновенного качества изготавливают прокат групп ОКЗООВ, ОК360В, ОК400В.
В группу ОКЗООВ входят стали Ст1 и Ст2, имеющие временное сопротивление разрыву в пределах 300—480 МПа, в группу ОК360В — СтЗ с временным сопротивлением 360—530 МПа,
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
14
в группу ОК400В — Ст4 и Ст5 с временным сопротивлением 400—680 МПа.
Из углеродистой качественной стали изготавливают прокат групп К260В, К270В, К310В, КЗЗОВ, К350В, К390В, К490В. В табл. 1.3 приведены характеристики механических свойств сталей, входящих в названные группы.
Тонколистовой прокат подразделяют также:
—	по нормируемым характеристикам на категории (табл. 1.4): 1,2, 3,4, 5, 6;
—	по качеству отделки поверхности на группы: I — особо высокой отделки, II — высокой отделки, III — повышенной отделки, IV — обычной отделки;
—	по способности к вытяжке: Г — глубокая, Н — нормальная.
Таблица 1^3. Характеристики механических свойств углеродистых качественных сталей
Группа прочности	Марки сталей	Временное, сопротивление, МПа	Относительное удлинение, %, не менее				Изгиб до параллельности сторон (а — толщина образца, d — диаметр оправки)	
			Горячекатаный прокат		Холоднокатаный прокат		до 2 мм включ.	св. 2 мм
			до 2 мм включ.	св. 2 мм	до 2 мм включ.	св. 2 мм		
К260В	08кп	260— 380	25	28	26	29	d = 0 (без прокладки)	d = а
К270В	08пс, 08,10, Юкп, Юпс	270— 410	24	26	25	28		
К310В	15кп, 15пс	ЗЮ-440	23	25	24	27		
КЗЗОВ	15, 20кп	330— 460	23	24	24	25		
К350В	20пс, 20	350— 500	22	23	23	24		
К390В	25, 30	390— 590	19	22	20	21		
К490В	35,40, 45, 50	490— 720	12	13	13	14		
1.3.
Материалы, применяемые в листовой штамповке
15
Таблица 1.4. Нормируемые характеристики тонколистового проката по категориям
Категория	Нормируемые характеристики	Способ производства	Группы прочности			
			К260В, К270В, К310В, КЗЗОВ, К350В	К390В	К490В, ОК400В	окзоов, ОК360В
1	Испытание на изгиб	Горячекатаный, холоднокатаный	—	—	—	4-
2	Испытание на вытяжку сферической лунки	Холоднокатаный	-1-	—	—	—
3	Испытания на изгиб и на вытяжку сферической лунки	Холоднокатаный	+	—	—	—
4	Испытание механических свойств	Горячекатаный, холоднокатаный	4-	4-	4-	4-
5	Испытания механических свойств на изгиб	Горячекатаный, холоднокатаный	4-	4-	—	4-
6	Испытания механических л свойств на изгиб и на вытяжку сферической лунки	Горячекатаный, холоднокатаный	. 4-			
Для групп качества отделки поверхности устанавливаются допускаемые дефекты поверхности. Например, для холоднокатаного проката высокой отделки (II группы) не допускаются дефекты, глубина которых превышает г/2 суммы предельных отклонений по толщине и выводящие прокат за минимальные размеры по толщине, а цвета побежалости — на расстоянии, превышающем 50 мм от кромок. На лицевой стороне (лучшей по качеству поверхности) не допускаются риски и царапины длиной более 50 мм.
16
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
Размеры, требования к точности проката по размерам, плоскостности, серповидности и характеру кромки устанавливаются стандартами на так называемый сортамент. Например, ! ГОСТ 19904—90 на сортамент листовой холоднокатаной стали устанавливает размеры поставляемого проката по толщине, ширине и длине (для листов), предельные отклонения размеров, характеристик плоскостности и серповидности. Названный стандарт устанавливает следующие обозначения требований к прокату:
	по точности прокатки: АТ, АШ, АД — повышенной точности по толщине, ширине, длине соответственно; БТ, БШ, БД — нормальной точности по толщине, ширине, длине; ВТ, ВШ, ВД —- высокой точности по толщине, ширине, длине;
	по плоскостности: ПО — особо высокий плоскостности; ПВ — высокой плоскостности; ПУ — улучшенной плоскостности; ПН — нормальной плоскостности;
	по характеру кромки: НО — с необрезной кромкой; О — с обрезной кромкой.
Этим же стандартом предусматривается для проката категории 6 с особо высоким качеством отделки поверхности (I) возможность поставки проката с разным состоянием поверхности: ГЛ — глянцевая, М — матовая и Ш — шероховатая. Стандарт предусматривает также методы испытаний проката перед поставкой: К — с контролем механических свойств, вытяжки и микроструктуры; ШТ — по штампуемости без контроля механических свойств (для групп прочности К260В и К270В).
Требования к листовому материалу (листам и рулонам) записываются в виде дроби, в числителе которой указываются показатели, регламентируемые стандартом на сортамент, а в знаменателе — показатели, регламентируемые стандартом на технические требования.
Ниже приведены примеры условного обозначения требований к листовым углеродистым сталям.
Прокат горячекатаный листовой повышенной точности (А), нормальной плоскостности (ПН), с обрезной кромкой (О), размерами 2 х 1000 х 2000 (толщина, ширина, длина), группы прочности К260В, категории 4, повышенной отделки поверхности (Ш):
А — ПН — О — 2 х 1000 х 2000 ГОСТ 19903—74
Лист г/к ---------------------------------------.
К260В — 4 — Ш — ГОСТ 16523—89
1.3.
Материалы, применяемые в листовой штамповке
17
Прокат холоднокатаный листовой высокой точности по толщине (ВТ), повышенной точности цо ширине (АШ), нормальной точности цо длине (БД)Г улучшенной плоскостности (ПУ), с обрезной кромкой (О), размерами 1 х 1000 х 2000, группы прочности К270В, категории 6, особо высокой отделки поверхности (I), с матовой поверхностью (М), глубокой вытяжки (Г):
ВТ — АШ — БД — ПУ — О — 1х 1000 х 2000 ГОСТ 19904—90
X /к '	---- ------------------... -
К270В — 6 — I — М — Г ГОСТ 16523—89
То же, но с указанием марки стали:
ВТ — АШ — БД — ПУ — О — 1 х 1000 х 2000 ГОСТ 19904—90 Лист х/к------------------------------------------------.
К270В — 6 — I — М — Г — 08пс ГОСТ 16523—89
Прокат холоднокатаный рулонный повышенной точности по толщине (АТ), нормальной плоскостности (ПН), с необрезной кромкой (НО), размерами 1 х 1000, группы прочности ОК360В, категории 4, повышенной отделки поверхности (III), из стали марки Зпс:
АТ — ПН — НО — 1 х 1000 ГОСТ 19904—90
Рулон х/к------------:.
ОК360В — 4 — Ш — Зпс — ГОСТ 16523—89
Подобные характеристики материала регламентируются и при его поставке в виде ленты. Так, государственный стандарт на ленту холоднокатаную из низкоуглеродистой стали (ГОСТ 503—81) предусматривает поставку лент из низкоуглеродистых сталей (до 0,1 С) толщиной от 0,05 до 3,6 мм и шириной до 500 мм.
Лента подразделяется;
	по состоянию материала; особо мягкая (ОМ), мягкая (М), полу нагартованная (ПН), нагартованная (Н), высоконагарто-ванная (ВН);
	по точности изготовления: нормальной точности по толщине и ширине (НТ), повышенной точности по толщине (Т) и ширине (Ш), высокой точности по толщине (ВТ);
	по виду и качеству поверхности на 4 группы;
	по виду кромок: необрезная (НО), обрезная (О);
	по микроструктуре: с контролем (К), без контроля.
18
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
Пример условного обозначения ленты из полуспокойной стали 10, особо мягкой (ОМ), повышенной точности по толщине и ширине (Т), 1-й группы поверхности, обрезной (О), с контролем микроструктуры (К), толщиной 0,5 мм й шириной 100 мм:
Лента Юпс — ОМ — Т — III — 1 — 0 — К — 0,5 х 100 ГОСТ 503—81.
1.4. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ
И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Установить соответствие свойств металла предъявляемым к нему конструкторским и технологическим требованиям можно с помощью целого ряда методов, которые можно подразделить на три основные группы: физико-химические исследования, механические и технологические испытания (пробы).
1.4.1. Физико-химические исследования
Физико-химические исследования включают в себя химический анализ и металлографические исследования.
С помощью химического анализа устанавливается соответствие химического состава металла требованиям государственных и отраслевых стандартов.
Наиболее существенное влияние на штампуемость стали оказывает углерод. С повышением содержания углерода увеличивается прочность стали при одновременном снижении пластичности. По этой причине, например, для формоизменяющих операций, прежде всего глубокой вытяжки, для выполнения которой требуется высокая пластичность металла, наиболее пригодны малоуглеродистые стали с содержанием углерода не более 0,08% (стали 08кп, 08пс, 08Ю).
Штампуемость металла зависит от содержания в нем и других элементов: фосфора, серы, марганца, кремния и других.
Фосфор и сера являются вредными примесями. При повышенном содержании фосфора и серы сталь приобретает повышенную упрочняемость в процессе деформирования и низкую пластичность, поэтому содержание этих элементов в сталях для холодной штамповки ограничивается (0,01—0,025%).
Марганец и кремний также оказывают упрочняющее влияние на сталь, и в сталях, предназначенных для формоизменяющих операций, их содержание должно быть небольшим. Необ
1.4. Методы испытаний и определение механических и технологических свойств 19
листовых материалов
ходимо иметь в виду, однако, что при значительном содержании марганец и кремний придают сталям специальные физические и эксплуатационные свойства. Например, стали с содержанием 0,5—0,85% углерода и 0,5—1% марганца используются для изготовления пружин. Стали с содержанием 0,5—: 1,5% кремния имеют повышенную электро- и магнитопроводность и широко используются в электромашиностроении.
Очень существенное влияние на штампуемость стали, иногда даже большее, чем количественное содержание, оказывает структурное состояние углерода, размер зерен феррита, наличие и размер включений цементита.
Опыт работы автомобильных заводов показал, что оптимальная для обработки давлением величина зерен феррита должна находиться в пределах 0,024—0,032 мм при толщине листа до 2 мм и 0,032—0,052 мм при толщине листа свыше 2 мм.
С уменьшением величины зерен по сравнению с оптимальными размерами возрастает сопротивление стали деформированию, повышается износ рабочих элементов штампов, увеличивается пружинение металла, существенно влияющее на точность размеров штампованных изделий.
При чрезмерно крупном зерне поверхность детали после штамповки становится шероховатой (появляется так называемая апельсиновая корка). Крупное зерно может быть одной из причин разрушения заготовки при вытяжке.
Крайне отрицательное влияние на штампуемость сталей оказывает наличие включений структурно-свободного цементита. Объясняется это тем, что частицы чрезвычайно твердого и хрупкого цементита, разламываясь на более мелкие, образуют трещины, распространяющиеся даже в феррите.
Существенное влияние на штампуемость металла оказывает полосчатость микроструктуры, характеризующаяся вытянутостью зерен в направлении наибольшей деформации при прокатке. Полосчатость микроструктуры приводит к анизотропии металла.
1.4.2. Механические испытания металлов
Основным видом механических испытаний являются испытания на растяжение, условия проведения которых регламентированы государственными стандартами (ГОСТ 1497—84 и ГОСТ 11701—84).
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
20
Рис. 1.2. Эскиз плоского образца для испытаний на растяжение:
а) исходное состояние; б) после разрушения; в) эпюра распределения относительной деформации
Для испытаний на растяжение листовых материалов применяются плоские образцы (рис. 1.2) с начальной расчетной длиной 15 = 5,65^ или — 11,3 jJFq по ГОСТ 1497 84, где Fq начальная площадь поперечного сечения образца или образцы с начальной рабочей длиной Z4 = 4fr0 или 18 = 8&0 по ГОСТ 11701—84, где bQ — начальная ширина образца.
Перед испытаниями на расчетной длине образца слабым царапанием или карандашом наносятся риски через каждые 5—10 мм, в процессе испытания фиксируется сила, соответствующая началу пластического деформирования (Рт), максимальная сила (Ртах), сила разрыва (Рк) и записывается диаграмма сила — удлинение.
По результатам испытаний определяют характеристики прочности и пластичности металла:
—	физическии предел текучести о =	;
^0
— временное сопротивление (предел прочности) ов =
max
F0
SZAt X z D =	7T” (CM.
p ^ + 0
рис. 1.2, a, 6);
~ Al
—	относительное удлинение после разрыва ок =	;
1.4. Методы испытаний и определение механических и технологических свойств 21
листовых материалов
— относительное сужение после разрыва
площади поперечного, сечения
= AF = Fq - FK
Vk Fo f0
где AZ — абсолютное удлинение рабочей длины; Zl0 и AZ1 — соответственно начальная длина и абсолютное удлинение участка, на котором определяется равномерное удлинение; FK = bKS -т-площадь сечения образца в зоне шейки; Ък — минимальная ширина шейки.
В зоне шейки толщина S образца после разрыва неоднородна и обычно определяется как среднее арифметическое результатов измерения толщины по краям и в середине шейки. Для измерений используется микрометр со специальными коническими вставками.
В соответствии с величиной расчетной длины образца в обозначении относительного удлинения и относительного сужения поперечного сечения после разрыва вместо буквы <k» пишут число, указывающее так называемую кратность образца (35, 810, 84, 38, у5, V10’ Vs)-
Относительное равномерное удлинение определяют по изменению расстояния между рисками, удаленными от места разрыва образца.
Следует отметить, что наличие площадки текучести на диаграмме растяжения (см. рис. 1.3) указывает на склонность
Рис. 1.3. Диаграмма испытания образца на растяжение:
а) машинная диаграмма; б) кривые условных и истинных напряжений;
в) схема определения показателя упрочнения
22
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
металла к старению и образованию полос скольжения на поверхности при штамповке^ Для устранения этого явления листовые стали часто подвергают специальной обработке-дрес-Сировке — холодной прокатке со степенью деформации г=1,5—2%.
При отсутствии на диаграмме растяжения явно выраженной площадки текучести определяют так называемый условный предел текучести (о0 2) — напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2% от длины участка образца, на которой производится измерение. Измерение удлинения осуществляется по специальной методике с помощью тензометра.
Из приведенных выше характеристик пластичность металла наиболее полно характеризует относительное сужение поперечного сечения после разрыва, однако из-за сильного искажения формы поперечного сечения образца в месте разрыва точность измерений оказывается невысокой, и эту характеристику определяют редко.
Наиболее просто определяется величина относительного удлинения 8К, и эта характеристика обычно указывается в государственных и отраслевых стандартах, регламентирующих технические требования к металлам. Однако относительное удлинение после разрыва, определенное по стандартной методике, лишь косвенно характеризует пластичность металла. Это объясняется тем, что после образования шейки деформация локализуется, удлинение получает в основном участок образца, включающий шейку, но по стандартной методике абсолютное удлинение этого сравнительно малого участка относится ко всей начальной расчетной длине Zo образца, вследствие чего полученная характеристика оказывается существенно меньшей действительной относительной деформации.
На рис. 1.2, в показан примерный характер.изменения относительного удлинения по длине образца, при этом в зоне шейки определяется так называемая местная относительная деформация по удлинению участка, на котором образовалась шейка [ 5КМ =	1 • Пунктиром на этом рисунке показана расчет-
ная эпюра относительного удлинения в зоне шейки. Чем меньше будет выбранная база для измерений (Zl0), тем ближе будет расчетная местная деформация к действительной.
1.4.	Методы испытаний и определение механических и технологических свойств	23
листовых материалов
Таблица 1.5. Значения характеристик пластичности для некоторых марок металлов
Характеристика пластичности	Марка металла				
	Сталь 08кп	Сталь 20	Д16М	Д16Т	12Х18Н9Т
8₽	0,2	0,15	0,13	0,08	0,49
5ю	0,28	0,23	0,19	0,10	0,58
5юм	1,2	0,80	0,65	0,44	1,23
V10M (расчетное)	0,55	0,45	0,39	0,30	0,55
Описанная методика определения 8КМ была использована в работах В. И. Глазкова [10], отдельные результаты экспериментов приведены в табл. 1.5. Как следует из этой таблицы, значения местного относительного удлинения после разрыва оказываются значительно больше, чем значения 8ft, определенные по стандартной методике.
Глазков установил, что местное относительное удлинение 8М в пределах шейки на некотором расстоянии х от ее центра можно определить из следующего уравнения:
5М = 5р + (8КМ - 8р) + 8,8л: ’
где К =	Анализ экспериментальных данных позволил
установить, что длдт большинства материалов длина шейки Ьш может быть определена с точностью до 15% из выражения
Lm = 2O + 5So.
Глазков установил также, что величину местного относительного удлинения в середине шейки можно определить, используя стандартные характеристики 8ft и 8р.
Например, для десятикратного образца
8ю м = 8р + 64,52(810 -5р)^2.
Если условно поделить образец на отрезки малой длины, в пределах которых площадь поперечного сечения изменяется мало, то с использованием условия постоянства объема можно
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамРовки
24
определить и величину относительного поперечного сужения в произвольном сечении шейки:
Sp + (5КМ _ 8р>1 + 8,8а:
V =-------------л_к •	(1-2)
1 + Sp + (8КМ - 8р) +8,8к:
В частности, в середине шейки (х = О, К — 0)
^=1^5-.	(1-2, а)
х 1 Мкм
Помимо рассмотренных выше характеристик свойств материалов по результатам испытаний на растяжение может быть определен также коэффициент анизотропии металла как отношение логарифмической деформации по ширине к логарифмической деформации по толщине образца:
mf
Л=—(1-3)
In
Измерение толщины в процессе деформации не очень удобно, так как связано с возможностью значительных ошибок из-за изменения шероховатости поверхности образца, а также вследствие неоднородности деформации по толщине. Поэтому зависимость (1.3) с учетом условия постоянства объема образца удобнее представить в следующем виде:
R= ---(1.3, а)
, (1оьо\ ln I lb J
Обычно определяют средний коэффициент анизотропии, рассчитываемый как среднее арифметическое из значений коэффициентов анизотропии, полученных по результатам испытаний на растяжение образцов, вырезанных из листа в различных направлениях относительно направления его прокатки (вдоль, поперек и под углом 45°):
-Rcp = O,25(J?o + Л90 + Л45).
1.4.	Методы испытаний и определение механических и технологических свойств	25
листовых материалов
Величина коэффициента анизотропии для большинства металлов, используемых в листовой штамповке, изменяете^ й пределах от 0,2 до 2,7. При формоизменяющих операциях лучшие результаты показывают стали с коэффициентом анизотропии Лср= 1,2 - 1,7 [46].
По результатам испытаний на растяжение могут быть по-
/ \ р
строены кривые изменения (диаграммы) условных о = =- и у ** о
р
истинных os == р напряжений (рис. 1.3, б) в зависимости от той или иной относительной деформации (8, у, е), где е = In (1 + 5) — логарифмическая деформация.
При теоретическом анализе операций листовой штамповки и расчетах применяется аппроксимация кривой истинных напряжений степенной функцией, при этом в качестве аргумента наиболее часто используется логарифмическая деформация е, обладающая в отличие от других видов деформации (3, у) так называемым свойством аддитивности, т. е. возможностью определения накопленной деформации путем суммирования деформаций по отдельным этапам.
Наиболее часто кривая истинных напряжений описывается следующим уравнением:
os = Ae?,	'	(1.4)
где А — константа; е. — интенсивность логарифмических деформаций; п — показатель степени, называемый показателем деформационного упрочнения (далее просто показатель упрочнения).
Показатель деформационного упрочнения п является одной из основных характеристик пластичности металла, по его величине можно судить о пригодности материала для штамповки, прежде всего с использованием формоизменяющих операций.
Для определения величины показателя упрочнения диаграмму истинных напряжений, полученную в результате испытания на растяжение, следует перестроить в логарифмических координатах. В этом случае зависимость является линейной (имеет вид прямой):
In os = In А + п In	(1.5)
26
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
Показатель упрочнения п численно равен угловому коэффициенту этой прямой (рис. 1.3, в). Константу In А определяют путем продолжения прямой до пересечения с ординатой в точке х = 0.
Построить прямую (1.5) можно, определяя значения и ez в двух точках, при этом разные методики предлагают выбирать разные точки. Например, это могут быть точки, отвечающие максимуму силы (точка В на рис. 1.3, в) и относительному удлинению, равному 10% (точка 1). По другим методикам предлагается фиксировать величину силы при относительном удлинении, равном 10 и 20% (точки 1 и 2 на рис. 1.3, в).
Необходимо отметить, что современные машинно-программные комплексы (например, Instron, Англия) позволяют выполнить все необходимые измерения и вычисления при испытании образцов на растяжение в автоматическом режиме и получить значения всех вышерассмотренных характеристик материала, включая коэффициент анизотропии и показатель упрочнения.
Значения характеристик механических свойств для многих листовых материалов приводятся в специальной литературе [35].
1.4.3. Технологические пробы
С целью определения поведения металла в условиях, близких к тем, в которых он обрабатывается, проводят специальные технологические испытания (пробы), к которым относятся испытания на срез, изгиб, вытяжку и др.
Испытания на срез проводятся с целью определения сопротивления материала срезу. В штампе, установленном на испытательной машине или прессе, осуществляется вырубка обычно круглых заготовок заданных размеров, фиксируется величина силы вырубки и определяется сопротивление срезу путем деления величины этой силы на величину площади поверхности, по которой произошло разделение заготовки:
Тср р * х ср
Испытания на изгиб (ГОСТ 14019—68) служат для оценки предельной пластичности металла при изгибе. Испытания могут проводиться до заданного угла изгиба, до появления первой
1.4. Методы испытаний и определение механических и технологических свойств 27
листовых материалов
а)	б)	в)
Рис. 1.4. Схема испытания на вытяжку сферической лунки: а) схема испытания; б), в) виды разрушения заготовки
трещины в растянутой зоне образца с фиксацией угла изгиба, до параллельности или соприкосновения сторон образца.
Используя оправки разной ширины, можно определить величину минимального радиуса изгиба материала при заданном значении угла. Вид испытания и требования к его результатам устанавливаются в технических условиях на металлопродукцию.
Испытание на формовку сферической лунки (ГОСТ 10510—80) моделирует штамповку деталей в условиях двухосного растяжения. При испытании заготовка зажимается между матрицей и прижимом (рис. 1.4) и формуется пуансоном, имеющим сферическую форму. Испытание проводится на машине-приборе модели МТЛ-10Г, автоматически регистрирующей величину силы формовки и глубину лунки. Окончанием испытания является момент образования трещины на поверхности заготовки.
По глубине отформованной лунки можно определить категорию вытяжки данного металла (табл. 1.6).
По результатам испытаний на формовку сферической лунки можно судить и по микроструктуре металла: образование трещины по дуге окружности (см. рис. 1.4, б) указывает на изотропность металла, радиальная трещина (см. рис. 1.4, в) свидетельствует о полосчатости микроструктуры. Чистая гладкая поверхность лунки после испытаний характеризует мелкозернистую структуру, шероховатая поверхность (апельсиновая корка) указывает на крупнозернистую структуру металла.
28
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
Таблица 1.6. Категории вытяжки в зависимости от глубины отформованной сферической лунки*
Глубина сферической лунки в мм, не менее
Толщина материала, мм	Весьма особо сложная вытяжка (ВОСВ)* **	Особо сложная вытяжка (ОСВ)	Сложная вытяжка (СВ)	Весьма глубокая вытяжка (ВГ)
0,5	9,7	9,4	9,2	9,0
0,6	10,0	9,8	9,6	9,4
0,7	10,4	10,2	10,0	9,7
0,8	10,7	10,6	10,4	10,0
0,9	11,0	10,9	10,6	10,3
1,0	11,2	11,0	10,8	10,5
1,1	11,4	11,3	11,0	10,8
1,2	11,6	11,5	11,2	11,0
1,3	11,8	11,7	11,4	11,2
1,4	11,9	11,8	11,5	11,2
1,5	12,0	11,9	11,6	11,5
1,6	12,1	12,0	11,7	11,6
1,7	12,2	12,1	11,9	11,8
1,8	12,3	12,2	12,0	11,9
1,9	12,4	12,3	12,1	12,0
2,0	12,5	12,4	12,2	12,1
* ГОСТ 9045—93. Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для холодной штамповки.
** Прокат со способностью к вытяжке ВОСВ поставляется по требованию потребителя.
Для определения пригодности металла для штамповки цилиндрических изделий, например металлической посуды, проводят испытания на вытяжку цилиндрического колпачка. При
1.4.	Методы испытаний и определение механических и технологических свойств	29
листовых материалов
Рис. 1.5. Схема испытания на вытяжку цилиндрического колпачка:
а) начало испытания; б) конец испытания
испытании (рис. 1.5) осуществляют вытяжку колпачка заданных размеров (30—50 мм) из заготовок различных (увеличивающихся) размеров до момента отрыва дна колпачка. Испытание может быть проведено также на машине-приборе модели МТЛ-10Г. В результате испытания определяют так называемый минимальный коэффициент вытяжки как отношение диаметра колпачка (по средней линии) к наибольшему диаметру заготовки, из которой колпачок был вытянут без разрушения:
D
-^зтах
Существуют и другие разновидности технологических испытаний, которые описаны в специальной и справочной литера-туре [2].
При вытяжке деталей сложной формы, например облицовочных деталей автомобилей, ни механические испытания, ни стандартные технологические пробы не позволяют правильно определить возможности формоизменения материала. В этих случаях приходится проводить технологические пробы непосредственно в производственном штампе.
Перед штамповкой на плоскую заготовку наносят координатную сетку обычно в виде окружностей диаметром d0 == 5—20 мм в зависимости от формы и величины площади поверхности исследуемого участка детали. После штамповки заготовки окружнос-
30
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
ти координатной сетки превращаются в овалы (рис. 1.6). Измерив оси овалов и d2 деформированных ячеек сетки, вычисляют логарифмические деформации
1^1	1	^2
£1 = In 3“ ,	£9 = In —
и по ним — интенсивность деформаций
Рис. 1.6. Схема ячейки координатной сетки
+ £i£2 е2 •
Сравнивая полученную из эксперимента величину интенсивности деформации с предельной величиной, определяемой по кривой предельных деформаций при данном значении отноше-е2
ния —, можно рассчитать так называемый коэффициент ис-ei
пользования пластичности металла
Чем ближе Т| к единице, тем более вероятно появление разрывов при штамповке.
1.4.4. Влияние схемы напряженного состояния на величину предельных деформаций металла
Характеристики механических свойств материалов определяются по результатам их испытаний в условиях линейного напряженного состояния, однако практическая обработка таких материалов осуществляется при иных схемах напряженного состояния.
Из курса теории обработки металлов давлением [42] известно, что пластичность металлов существенно зависит от вида схемы напряженного состояния. Пластичность металлов увеличивается с увеличением в схеме главных напряжений роли напряжений сжатия,
Схемы напряженного состояния, в которых преобладают сжимающие напряжения, условно называют мягкими, схемы, в которых преобладают растягивающие напряжения, — жесткими.
1.4.
Методы испытаний и определений механических и технологических свойств листовых материалов
31
Наиболее удобный для практического применения показатель жесткости схемы напряженного состояния предложен Г. А. Смирновым-Аляевым [39]:
П =
а1 + а2 + а3
(1.G)
где Gp о2, о3— главные напряжения; — интенсивность напряжений, при этом если принять, что > о2 > о3, то
Ог = -4	- °2)2 + (°2 - Оз)2 + (°3 - °1)2 •
а/“
(1.7)
На рис. 1.7 представлена зависимость предельной деформации от показателя жесткости напряженного состояния по данным П. Бриджмена.
На оснований обработки экспериментальных данцых В. И. Глазков [11] предложил следующую аналитическую зависимость, учитывающую влияние жесткости схемы напряженного состояния на величину предельной деформации:
8пр = (2,5 - 211 + 0,5772)8км.
(1-Я)
Во многих технологических операциях листовой штамповки реализуются схемы, близкие к плоскому напряженному или плоскому деформированному состояниям. Используя упрощенное выражение для определения интенсивности напряжений
Рис. 1.7. Кривая зависимости предельной деформации от показателя жесткости схемы напряженного состояния
| (Сп>ах - °nun)’ W Р — КОЭффи-циент Лодэ, учитывающий влияние среднего по величине главного нормального напряжения (оср.г.), можно получить частные уравнения для определения показателя жесткости напряженного состояния.
При плоском напряженном состоянии возможны два варианта:
1) оба напряжения в плоскости листа положительны (двухосное растяжение);
2) напряжения в плоскости листа имеют разные знаки.
32
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
В первом случае П
<h Г
во втором случае
77 = р
О2 1 + — ____ai
О2
Величина коэффициента р определяется следующим выражением:
р=
2
(1.9)
2^ср. г (^max ^min) где величина = —-------------------- является, как и показа-
ст	о — о •
wmax мпип
тель жесткости 77, характеристикой напряженного состояния. Обозначив отношение напряжений, действующих в плоскости листа через у, получим следующие выражения для показателя жесткости напряженного состояния:
— при плоском двуосном растяжении
П = р(1 + у)	(1.10)
и
vCT=2y-l;	(1.11)
при плоском растяжении—сжатии
(1-12) и
1 + у
Va=7TT-	(1-13)
т-г	т_	_	^max ~ ^min
При плоском деформированном состоянии оср г = --2---
hvo = 0.
Учитывая пропорциональность компонент девиаторов деформаций и напряжений, можно определить и величину отношения главных деформаций в плоскости листа:
£2 = 2у- 1
Ej 2-у‘
(1.14)
1.4.	Методы испытаний и определение механических и технологических свойств	33
листовых материалов
При анализе процессов штамповки обычно используют логарифмические (истинные) деформации, обладающими свойством аддитивности, т. е. возможностью определения полной деформации как суммы деформаций по отдельным этапам. Относительная деформация таким свойством не обладает.
Местная логарифмическая деформация, предшествующая разрушению при линейном растяжении, определяется следующим выражением:
^км —	(1 + $км)’	(1.15)
а предельная логарифмическая деформация при иных схемах напряженного состояния:
ЕПр = 1п(1 + 8Пр).	(1.16)
Используя уравнения (1.8)—(1.16), можно построить кривую предельных деформаций для данного материала в зависимости от отношения главных логарифмических деформаций в плоскости листа. На рис. 1.8 представлена такая кривая (кривая 1) для стали 08кп (6КМ = 1,2). Подобные диаграммы широко используются за рубежом (диаграммы предельной штампуемос-ти Келера—Гудвина [2]), однако они строятся по результатам большого числа экспериментов, что требует значительных затрат времени и средств.
На рис. 1.8 приведена также кривая 2 изменения максимальной равномерной логарифмической деформации, постро
Глава 1. Классификация операций и материалы
для листовой штамповки
34
енная по результатам исследований А. Д. Томленова [42]. Область, заключенная между кривыми 1 и 2 на рис. 1.8, является областью локальной сосредоточенной деформации. Эта область сужается при переходе от одноосного растяжения к равномерному двуосному.
Таким образом, при увеличений жесткости напряженного состояния предельная местная деформация, предшествующая разрушению, уменьшается, но наибольшая равномерная деформация увеличивается. Точки В и К кривой истинных напряжений (см. рис. 1.3, б) смещаются одна навстречу другой.
Следует иметь в виду, что сосредоточенная деформация сопровождается значительным утонением материала, поэтому использовать зону, заключенную между кривыми 1 и 2 на рис. 1.8, можно лишь в том случае, когда по условиям эксплуатации отштампованной детали такое локальное утонение допустимо. В противном случае деформирование необходимо осуществлять так, чтобы значение соотношения между деформациями было ниже значений, определяемых кривой 2.
ГЛАВА 2
РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
2.1. МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА РАЗДЕЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
В разделительных операциях листовой штамповки отделение одной части заготовки от другой осуществляется относительным смещением этих частей в направлении, перпендикулярном к плоскости заготовки. Процесс разделения листовой заготовки можно условно разделить на три стадии (рис. 2.1).
На первой стадии (рис. 2.1, а) происходит упругий изгиб заготовки с небольшим вдавливанием ее в матрицу.
Вторая стадия — стадия пластической деформации (рис. 2.1, б). Так как заготовка изогнута на первой стадии, то в местах контакта с пуансоном и матрицей она сминается, и возникают так называемые площадки смятия. Равнодействующие сил, действующих на этих площадках со стороны пуансона и матрицы, создают изгибающий момент, который увеличивает изгиб заготовки. Вследствие изгиба заготовка надавливает на боковые поверхности пуансона и матрицы, вызывая возникновение распирающих сил R (рис. 2.2).
При перемещении пуансона на его боковой поверхности и поверхности матрицы возникают силы трения Т = цВ, которые вызывают износ режущих кромок инструмента.
Рис. 2.1. Схема этапов разделения при вырубке и пробивке
2.1.	Механизм процесса разделения материалов
37
Рис. 2.2. Схема нагружения при разделительных операциях
С момента внедрения режущих кромок пуансона и матрицы в заготовку деформация локализуется в зоне, находящейся между этими кромками. Ширина очага пластической деформации &пл составляет 40—60% от толщины материала.
Как показывают экспериментальные исследования [24], деформированное состояние в очаге пластической деформации с достаточной точностью можно считать плоским, однако распределение деформаций весьма неоднородно: наибольшая интенсивность деформаций возникает в зонах 1п и 1м, прилегающих к режущим кромкам пуансона и матрицы.
Неоднородным оказывается и напряженное Состояние в очаге пластической деформации. Так, в частях зон 1п и 1м, расположенных соответственно под пуансоном и над матрицей, возникает напряженное состояние с двумя сжимающими и одним растягивающим напряжением, в средней части зоны II (см. рис. 2.2) — напряженное состояние, близкое к чистому сдвигу.
Каждый материал способен воспринимать без разрушения пластическую деформацию определенной величины, зависящей от его физико-механических свойств и схемы напряженного состояния. При достижении этой предельной величины деформации происходит разрушение материала. Так как максимальная интенсивность деформаций имеет место вблизи режущих кромок инструмента, то и разрушение будет начинаться в элементах заготовки, расположенных у режущих кромок.
38
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Третья стадия — стадия разрушения. У режущих кромок матрицы и пуансона возникают скалывающие трещины (рис. 2.1, в), которые быстро распространяются одна навстречу другой, что приводит к полному разделению частей заготовки (рис. 2.1, г). Если процесс разделения прервать в этот момент, то упругая составляющая деформации заготовки снимется, в результате чего отделенная часть последней застрянет в матрице. Для проталкивания отделенной части заготовки сквозь матрицу требуется дополнительный ход пуансона (рис. 2. 1,3). Одновременно часть заготовки, расположенная на зеркале матрицы, остается на пуансоне, и ее надо снимать с последнего. Для этой цели в штампах для вырубки и пробивки всегда предусматривается деталь, называемая съемником.
2.2.	ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЗАЗОРА МЕЖДУ ПУАНСОНОМ И МАТРИЦЕЙ НА КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ
В соответствии с описанным выше механизмом деформирования на поверхности разделения заготовки наблюдаются две различных по своему качеству зоны: гладкая блестящая полоска (называемая блестящим пояском), возникающая на стадии пластической деформации вследствие взаимодействия разделяемых частей заготовки с боковыми поверхностями пуансона и матрицы, и шероховатая матовая полоска, образующаяся на стадии разрушения (рис. 2.3). Шероховатость поверхности блестящего пояска соответствует 7—8, а поверхности разрушения — 2—5 классам.
Кроме того, на стадии пластической деформации возникают площадка смятия и утяжина.
Состояние поверхности разделения существенно зависит от величины зазора между пуансоном и матрицей.
а)
матовая шероховатая
поверхность
Рис. 2.3. Состояние поверхности разделения при вырубке и пробивке: а) при оптимальном зазоре; б) при зазоре, меньшем оптимального
2.2.	Влияние величины зазора между пуансоном и матрицей на качество << , 39 поверхности разделения
%,
Рис. 2.4. Упрощенная схема разделения
Как показывает опыт, скалывающие трещины, возникшие у режущих кромок матрицы и пуансона, распространяются в глубь материала под углом а ~ 4—6° к оси инструмента, и, следовательно, для того, чтобы трещины встретились, между пуансоном и матрицей необходим некоторый зазор, величина которого может быть найдена из простой геометрической зависимости (рис. 2.4):
Z = 2(S - х) tg а,
где S — толщина заготовки; х — глубина внедрения пуансона, соответствующая моменту возникновения скалывающих
трещин.
Зазор, при котором направления распространения ска
лывающих трещин совпадают, называется оптимальным за
зором.
Как показывает опыт, для большинства материалов величина оптимального зазора (двухстороннего) при вырубке и пробивке составляет от 3 до 15% от толщины материала, при этом различают минимальный оптимальный зазор, который обычно назначают при изготовлении штампа, и максимальный оптимальный зазор, после достижения которого инструмент необходимо перетачивать.
Следует отметить, что глубина внедрения пуансона в металл до появления трещины различна для различных металлов, увеличиваясь с увеличением пластичности металла. Учитывая это обстоятельство, можно заключить, что величина оптимального зазора для различных материалов будет различной.
В табл. 2.1. приведены значения двухсторонних зазоров при изготовлении вырубных и пробивных штампов.
Разница в величине оптимального зазора для различных материалов (за исключением алюминия и высокоуглеродистой стали) сравнительно невелика, к тому же она практически перекрывается допусками на изготовление пуансонов и матриц. Поэтому на практике обычно применяют зазоры без разграничения по роду материала.
40
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Таблица 2.1. Значения двухсторонних зазоров при изготовлении вырубных и пробивных штампов [35]
Толщина материала, мм	Начальный зазор, мм		Толщина материала, мм	Начальный зазор, мм	
	наименьший	наибольший		наименьший	наибольший
0,3	0,02	0,04	6	0,8	1,0
0,5	0,03	0,06	7	1,0	1,3
0,8	0,05	0,08	8	1,3	1,6
1,0	0,06	0,10	9	1,5	1,8
1,2	0,08	0,12	10	1,8	2,2
1,5	0,10	0,16	11	2,1	2,5
1,8	0,12	0,20	12	2,4	2,7
\ 2,0	0,14	0,22	13	2,7	3,0
2,2	0,17	0,25	14	3,0	3,4
2,5	0,20	0,28	15	3,3	3,7
2,8	0,22	0,32	16	3,6	4,0
3,0	0,24	0,36	17	3,9	4,4
3,5	0,32	0,46	18	4,2	4,7
4,0	0,40	0,56	19	4,5	5,0
4,5	0,50	0,68	20	4,9	5,4
5,0	0,60	0,80			
При зазоре, меньшем наименьшего оптимального зазора, скалывающие трещины, развивающиеся от режущих кромок инструмента, не встречаются, и поверхность разделения получается рваной с пояском от дополнительного среза перемычки между трещинами (см. рис. 2.3, б).
При зазоре, большем наибольшего оптимального, значительно увеличивается изгиб заготовки, нередко приводящий к отрыву отделяемой части и существенному ухудшению качества поверхности разделения.
2.2.
41
Влияние величины зазора между пуансоном и матрицей на качество
поверхности разделения
Неравномерное распределение зазора по периметру поверхности разделения приводит к тому, что на одних участках по-^ верхность разделения получается такой, как при малом зазоре, на других — как при чрезмерно большом.
Характеризуя качество поверхности разделения, следует также отметить, что вблизи нее вследствие большой пластической деформаций происходит значительное упрочнение металла. Твердость металла в зоне блестящего пояска повышается на 40—60% по сравнению с исходной твердостью. Глубина упрочненной зоны составляет от 30 до 50% от толщины материала.
Наличие упрочненной зоны у поверхности среза может быть нежелательным, если при последующей обработке эта зона повергается растяжению (например, при гибке или отбортовке) или если деталь предназначена для работы в агрессивной среде. И наоборот, если при эксплуатации детали металл этой зоны подвергается, например, истиранию, то упрочнение оказывается полезным и способствует увеличению срока службы детали.
Как отмечалось выше, часть поверхности разделения составляет блестящий поясок, образующийся на стадии пластической деформации. Высота блестящего пояска соответствует глубине внедрения пуансона в материал к моменту возникновения скалывающих трещин (см. рис. 2.4), и может быть связана с относительным изменением площади поверхности среза, эквивалентным относительному сужению образца при растяжении:
где Fq и F — соответственно начальная и текущая площадь заготовки, сопротивляющаяся разделению; L — длина периметра контура, по которому происходит разделение.
В момент образования скалывающих трещин \|/ = \|/пр» х = ^бл’ и из уравнения (2.1) получаем:
^бл-Vnp^.	(2-2)
Так как речь идет о локальной деформации вблизи режущих кромок инструмента, то относительное изменение площади
42
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
можно выразить через локальное относительное удлинение по формуле (1.3, а):
где 8пр — предельное относительное удлинение, соответствующее данной схеме напряженного состояния (см. формулу (1.5))., .Исследования показывают, что скалывающие трещины в первую очередь возникают у режущих кромок матрицы, т. к. здесь жесткость схемы напряженного состояния несколько больше, чем у режущих кромок пуансона. Так, если у режущих кромок пуансона напряженно-деформированное состояние материала соответствует сдвигу, смежному со сжатием, то у режущих кромок матрицы — сдвигу, смежному с растяжением [35J.
Учитывая, что показатель жесткости напряженного состояния при сдвиге П = 0, а при растяжении П = 1, примем, что у режущих кромок матрицы при разделении показатель жесткости напряженного состояния будет иметь промежуточное значение П = 0,5. Тогда, используя формулы (1.8), (2.2) и данные табл. 1.2, получим, что высота блестящего пояска при разделении, например, стали 08кп должна составить Лбл = 0,655, при разделении стали 20 — Лбл = 0,555, что хорошо согласуется с опытными данными [35].
2.3.	СИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ. ПОНЯТИЕ О СТОЙКОСТИ ИНСТРУМЕНТА
Вследствие неоднородности и сложности напряженного состояния материала при разделительных операциях, влияния на него многих факторов, например, величины зазора между пуансоном и матрицей, состояния их режущих кромок, скорости деформации, силу разделения обычно определяют по эмпирической зависимости
P=Vo>	(2-3)
где тср — сопротивление материала срезу, устанавливаемое путем технологических проб на срез; FQ = SL — начальная площадь поверхности среза.
2.3. Силовые параметры разделительных операций.
Понятие о стойкости инструмента
43
Так как в процессе работы режущие кромки пуансона и матрицы притупляются, а механические свойства и толщина материала могут отклоняться в пределах поля допуска в большую сторону, то обычно в формулу (2.3) вводят коэффициент запаса, равный 1,2—1,3, и силу разделения определяют по формуле
Рис. 2.5. Типовые кривые измене-	Р = l,25TcpSL. (2.4)
ния усилия при разделительных
операциях	Для ряда материалов экспе-
риментально установлены соотношения между сопротивлением срезу и пределом прочности [35]. Так, для сталей и мягкого алюминия тср = (0,75 - 0,9)ов, для латуни Л62 и мягкого дуралюмина, нержавеющих сталей 12X13 и 12Х18Н9 тср = (0,68 - 0,72)ов.
Кривые изменения силы разделения в зависимости от перемещения пуансона (рис. 2.5) достигают максимума в момент возникновения скалывающих трещин, при этом положение максимума зависит от пластичности материала.
Сила разделения распределена по площадке контакта заготовки с пуансоном неравномерно (см. рис. 2.2). Силы, действующие на заготовку со стороны пуансона и матрицы, создают изгибающий момент, в результате чего заготовка надавливает на боковые поверхности пуансона и матрицы. Величина распирающих сил R может быть определена из условия равенства моментов, создаваемых силами Р и Я. Принимая распределение сил на поверхностях контакта соответствующим закону треугольника и ширину площадок контакта Ъ = Лбл = 0,5,8, а величину зазора Z = 0,1,8, можно подсчитать, что распирающая сила R = 0,45Р. Наибольшее удельное давление заготовки на матрицу и пуансон вблизи режущих кромок достигает величины gmax = 1,5ов, где ов— предел прочности штампуемого материала.
Силы трения Т = цЯ, возникающие на площадках контакта боковых поверхностей пуансона и матрицы, при многократных
44
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Рис. 2.6. Схема износа режущих кромок матрицы и пуансона
'повторениях процесса разделения ^приводят к притуплению режущих !кромок инструмента, а последнее — к появлению заусенца на торце поверхности разделения. Когда высота заусенца становится значительной, пуансон и матрицу перетачивают, для чего подвергают их рабочие поверхности шлифованию на глубину Ди (рис. 2.6). Такие переточки повторяют периодически.
Вследствие износа боковых поверхностей пуансона и матрицы зазор между ними постепенно уве
личивается и в какой-то момент достигает величины наибольшего оптимального зазора. Дальнейшая эксплуатация пуансона и матрицы в этом случае будет приводить к значительному снижению качества штампованных деталей, поэтому пуансон и матрицу заменяют новыми.
Количество деталей, которое может быть отштамповано между переточками пуансона и матрицы, определяет так называемую стойкость штампа до переточки, а количество деталей, отштампованных до полного износа пуансона и матрицы, — стойкость до замены основных рабочих элементов штампа.
В некоторых случаях, например при расчете мощности привода пресса, при разделительных операциях требуется определить работу деформирования. Для этого было бы достаточно определить площадь фигуры, ограниченной кривой изменения силы разделения в зависимости от перемещения пуансона (см. рис. 2.5), но так как эта кривая не является аналитической, то обычно используют известную теорему о среднем, и работу деформирования рассчитывают по следующей формуле:
А - PcpS = APS,	(2.5)
где Рср — средняя сила разделения; X =	.
Величина X зависит от механических свойств материала и его толщины. Например, для мягкой стали при толщине S = = 1—4 мм X = 0,65—0,5 [35].
2.3. Силовые параметры разделительных операций.
Понятие о стойкости инструмента
45
2.4.	ОТРЕЗКА ЗАГОТОВОК НА НОЖНИЦАХ И В ШТАМПАХ
2.4.1.	Разрезка на ножницах	I
с возвратно-поступательным движением ножей	I
Ножницы с возвратно-поступательным движением ножей илй так называемые листовые ножницы применяют для разрезки листов на полосы и карты, а также для поперечной резки рулонных материалов.
Наиболее широкое применение получили так называемые гильотинные ножницы, у которых режущая кромка подвижного ножа наклонена к плоскости разрезаемого листа под некоторым углом <р (рис. 2.7). Угол наклона подвижного ножа в зависимости от максимальной толщины разрезаемых листов составляет от 2 до 6 градусов (большие значения ф относятся к большим толщинам материала). Увеличение угла наклона подвижного ножа за указанные пределы может привести к выталкиванию листа из ножей, а также потребует увеличения рабочего хода подвижного ножа.
Вследствие наклона ножа разделение листа происходит не одновременно по всей его длине, а лишь на некоторой его части, в результате чего сила разделения оказывается в несколько раз меньше силы отрезки на ножницах, у которых режущие кромки ножей параллельны и разделение материала осуществляется одновременно на всей длине.
Рис. 2.7. Схема отрезки на ножницах с наклонным ножом:
1 — подвижный нож; 2 — неподвижный нож; 3 — ползун; 4 — стол;
5 — прижим; 6 — задний упор
46
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
В текущий момент разделе-\ния очаг пластической деформации условно можно представить в виде треугольника abc (см. рис. 2.7, d), площадь кото-’	-г. S2
рогоравнаГер=
Сила разделения с учетом коэффициента запаса определится следующим выражением:
Р, кН 150
100
50
0	4	8 12 16 Ход, мм
Рис. 2.8. Кривые изменения усилия отрезки на ножницах: а) с наклонным ножом; б) с параллельными ножами
Р = 1,25тсЛр = 0,63^тср.	(2.6)
Кривая изменения силы отрезки на гильотинных ножницах показана на рис. 2.8, кривая а. На этом же рисунке для сравнения показана кривая б изменения силы при резке на ножницах с параллельными ножами.
Пара сил Р, действующих на лист со стороны ножей, стремится его опрокинуть. Для предотвращения опрокидывания листа ножницы снабжаются прижимом.
Ножницы снабжаются также регулируемыми задним и передним упорами (передний упор на рис. 2.7 не показан). Из рис. 2.7 очевидно, что если ширина остатка листа Вост < Вп 4- Впр, то отрезать от него полосу шириной Вп будет невозможно, так как конец остатка выйдет из-под прижима.
Для уменьшения смятия отрезаемой полосы на ножах выполняют передний угол у = 3—12°, а для уменьшения трения ножей о разрезаемый материал — задний угол а = 2—4°.
В результате этого угол резания ножей составляет 8 = 75—85°.
Зазор между ножами устанавливается в пределах Z = = (0,03—0,06)3.
Данные по точности ширины полос, отрезаемых на ножницах с наклонным ножом, приведены в табл. 2.2 [35].
Недостатком отрезки на ножницах с наклонным ножом является изгиб отрезаемой полосы, поэтому для отрезки узких толстых полос, а также для резки малопластичных материалов, например листовых пластмасс, применяют ножницы с параллельными ножами, у которых подвижный нож не имеет уклона, и разделение происходит одновременно по всей длине листа.
2.4.
Отрезка заготовок на ножницах и в штампах
47
Таблица 2.2. Точность полос, отрезаемых на ножницах с наклонным ножом
				
Ширина полосы, мм	Возможные отклонения ширины полосы в мм (-) в зависимости от толщины материала, мм	; 1			
	ДО 1	св. 1 до 2	св. 2 до 3	св. 3 до 5 1
до 100 -	0,6	0,8	1,2	2,0
св. 100	0,8	1,2	2,0	3,0
Сила резки на ножницах с параллельными ножами определяется по формуле (2.4).
Другим видом ножниц с наклонным ножом являются так называемые вибрационные ножницы (рис. 2.9). У этих ножниц нижний нож неподвижен, а верхний совершает возвратно-поступательное движение с частотой 1200—2500 ходов в минуту. Длина ножей составляет 25—40 мм, угол створа 24,—30°, передний угол 6—7°, величина хода подвижного ножа 2—4 мм. Зазор между ножами больше оптимального и составляет 20—25% от толщины материала, перекрытие ножей отсутствует.* Перечисленные особенности вибрационных ножниц позволяют поворачивать лист относительно рабочих кромок ножей и, благодаря этому, вырезать заготовки по криволинейному контуру. Применяют вибрационные ножницы, главным образом, в единичном и мелкосерийном производстве.
Рис. 2.9. Схема отрезки на вибрационных ножницах
48
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
2.4.2.	Разрезка на ножницах с вращательным движением ножей
Разрезку на ножницах с вращательным движением ножей (дисковых ножницах) осуществляют двумя дисковыми ножами, имеющими равные диаметры и вращающимися в противоположных направлениях с одинаковой окружной скоростью.
Ножи дисковых ножниц устанавливаются с некоторым перекрытием (рис. 2.10) так, что при определенном диаметре ножи не только разделяют материал, но и затягивают его. Для захвата материала ножами в начальной стадии отрезки необходимо, чтобы тангенс угла наклона касательной к ножу в точке его контакта с материалом был меньше коэффициента трения, т. е. tg ф < ц, где ц — коэффициент трения.
Практикой установлено, что захват материала обеспечивается, если диаметр ножей составляет не менее 35—50 толщин материала при резке толстых листов (S > 4,0 мм) и не менее 25— 30 толщин при резке тонколистового проката, при этом угол захвата не должен превышать 14 градусов [1].
При отрезке на дисковых ножницах очаг пластической деформации представляет собой криволинейный треугольник abc (см. рис. 2.10), однако поскольку толщина листа мала по сравнению с радиусом ножа, с достаточной точностью можно считать, что стороны аЪ и Ъс этого треугольника — прямые линии.
ния определится по формуле
Q2 «
Р = 1,25тсрРср = 0,31^тср:
(2.7)
где ф — средний угол захвата разрезаемого материала.
-----1-1-
Рис. 2.10. Схема отрезки на дисковых ножницах
2.4. Отрезка заготовок на ножницах и в штампах
При указанных выше соотношениях между диаметром ножей и толщиной разрезаемого материала значение среднего/ угла захвата будет мало отличаться от угла начала резки фр поэтому, принимая sinqjj ~ фп можно угол захвата связать с диаметром и величиной перекрытия ножей следующим соотношением:
D - а - S .1 а + 5 ф=---л--- 1 _ ~п-
(2.8)
где а = (0,2—0,4)5 — величина перекрытия ножей.
Крутящий момент, необходимый для преодоления сопротивления разрезаемого материала, определится по следующей формуле:
Мкр = Р1 = 0,15522)тср cos ф,	(2.9)
, D .	'
где I = =• sin ф — плечо силы Р относительно оси ножа.
Мощность электропривода обоих ножей:
Мкпсо
N=2—^~,	(2.10)
Рис. 2.11. Схема многодисковых ножниц
где со =	— угловая скорость вращения ножей; п — число
оборотов ножей в минуту; Т| — коэффициент полезного действия электропривода.
Дисковые ножницы выполняют с одной или несколькими парами ножей. Многопарные дисковые ножницы (рис. 2.11) применяют для разрезки широких рулонов на узкие. Число пар ножей берется на единицу большим числа отрезаемых полос (лент). Расстояние между ножами устанавливается в соответствии с размерами отрезаемых полос с помощью распорных колец I. Для уменьшения искривления отрезаемых полос и повышения точности на распорные кольца устанавливают кольцевые эластичные прижимы 2 (резина или полиуретан).
Описанное устройство ножей показано на левой паре валков (см. рис. 2.11), остальные валки устроены так же.
50
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Рис. 2.12. Схема отрезки на дисковых ножницах с наклонно расположенными
Рис. 2.13. Схемы обрезки припуска на полуфабрикатах, полученных вытяжкой
ножами
На базе дисковых ножниц отечественная промышленность выпускает автоматические линии для продольной резки широких рулонов.
Дисковые ножницы с наклонно расположенными ножами (рис. 2.12) применяют для вырезки из листов заготовок с криволинейным контуром в мелкосерийном и единичном производстве. Перекрытие ножей в таких ножницах отсутствует, зазор между ножницами устанавливается в пределах (0,2—0,25)5, что позволяет легко поворачивать лист при резке.
С помощью дисковых ножей, устанавливаемых на специальных обрезных станках, может быть выполнена обрезка края полых заготовок, полученных вытяжкой (рис. 2.13).
2.4.3.	Отрезка в штампах
Отрезку в штампах применяют для получения небольших деталей из предварительно нарезанных полос или лент. Различают одностороннюю и двухстороннюю отрезку.
Односторонняя отрезка является простейшим способом разделения листового материала без отходов. Возможны три схемы односторонней отрезки: без прижима полосы и отрезае-
2.4. Отрезка заготовок на ножницах и в штампах
51
a)
линия отрезки
Рис. 2.14. Схемы отрезки в штампах:
а) эскиз заготовки; б) отрезка без прижима; в) отрезка с прижимом полосы; г) отрезка с прижимом полосы и детали
мой детали (рис. 2.14, d), с прижимом только полосы (рис. 2.14, в) и с прижимом полосы и детали (рис. 2.14, г).
При отрезке без прижима отрезаемой части полосы к подвижному ножу вследствие ее изгиба точность деталей в направлении подачи получается невысокой: 12-й квалитет при толщине заготовки (S) до 3 мм, 14-й квалитет при S = 3—5 мм. При толщинах S > 5 мм одностороннюю отрезку без прижима отрезаемой детали не применяют из-за очень низкой точности.
Более точные детали можно получить отрезкой по схеме рис. 2.14, в, однако в этом случае усложняется удаление отрезанной детали из штампа.
Отрезные штампы обычно снабжают регулируемыми упорами и раздвижными направляющими планками, вследствие чего в них можно отрезать детали различной длины от полос разной ширины.
При односторонней отрезке необходимо обеспечить достаточную жесткость держателей ножей (см. рис. 2.14, а, б) или предусматривать противоотжим (см. рис. 2 Л4, г), воспринимающий одностороннюю распирающую силу, действующую на подвижный нож.
При двухсторонней отрезке (рис. 2.15) точность деталей в направлении подачи полосы такая же, как при вырубке по замкнутому контуру.
52
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
а)	б)
линии отрезки
2	1	2	1
Рис. 2.15. Схема двухсторонней отрезки в штампе: а, б) эскизы заготовок при двусторонней отрезке деталей; в) схема отрезки; г) эскизы заготовок при отрезке отхода; 1, 2 — отрезаемые детали
На рис. 2.15 представлены некоторые схемы штамповки с использованием отрезки. На схемах рис. 2.15, г отрезка применяется для удаления перемычки между двумя соседними деталями. Ширину этой перемычки К следует принимать не менее 3 мм.
Так как кромки полосы, параллельные направлению подачи, не обрабатываются, то очевидно, что отрезку можно применять, если допускаемые отклонения на ширину полосы укладываются в поле допуска на соответствующий размер детали.
2.5.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЫРУБКИ И ПРОБИВКИ
Отличительной особенностью вырубки и пробивки среди прочих разделительных операций является то, что разделение материала осуществляется по замкнутому контуру — наружному при вырубке и внутреннему при пробивке. Технологические схемы вырубки и пробивки одинаковы, различие же заключается только в том, что та часть материала, которая остается на матрице, при вырубке является отходом, а при пробивке — деталью. Как при вырубке, так и при пробивке отделенная часть материала проталкивается через отверстие матрицы (рис. 2.16).
При вырубке между контуром отделяемой детали и краем заготовки, а также между контурами соседних деталей необходимо оставить перемычку, которая должна обеспечить достаточную жесткость и прочность отхода так, чтобы при штамповке он не разрывался, не втягивался в матрицу, что может привести
2.5.
Технологические особенности вырубки и пробивки
53
Рис. 2.16. Схемы вырубки й пробивки:
а) схема вырубки; б) схема пробивки; в), г), б,) эскизы Заготовок при вырубке деталей круглой, прямоугольной и сложной формы соответственно
к ранению рук рабочего, снижению стойкости штампа. Кроме того, перемычки компенсируют погрешности подачи заготовки и фиксации ее в штампе.
Перемычки являются прямым отходом, поэтому их величина должна быть минимально необходимой. Минимальный размер перемычек зависит от механических свойств материала, его толщины, формы и размеров штампуемых деталей. Минимальные размеры перемычек, установленные в результате обобщения многолетней практики, приведены в табл. 2.3 [41].
Таблица 2.3. Минимальная ширина перемычек при однорядной вырубке
Толщина материала, мм	Обозначение перемычек	Круглые детали с размером D, мм (рис. 2.16, в)				Прямоугольные детали с размером А, мм (рис. 2.16, г)			
		ДО 50	св. 50 до 100	св. 100 до 200	св. 200	до 50	св. 50 до 100	св. 100 до 200	св. 200
ДО 0,2	а	2,0	2,2	2,5	2,8	2,5	3,0	3,5	4,0
	ъ	1,5	1,7	2,0	2,2	2,0	2,5	3,0	3,8
54
Глава 2., Разделительные операции листовой штамповки
Продолжение табл. 2.3
Толщина материала, мм	Обозначение перемычек	Круглые детали с размером Р, мм (рис. 2.16, в)				Прямоугольные детали с размером А, мм (рис. 2.16, г)			
		ДО 50	св. 50 до 100	св. 100 до 200	св. 200	ДО 50	св. 50 ? до 100	св. 100 до 200	св. 200
св. 0,2	а	1,5	1,7	1,9	2,2	1,8	2,0	2,5	3,0
ДО 0,5	Ъ	1,2	1,4	1,6	1,8	1,5	1,7	2,2	2,7
св. 0,5	а	1,2	1,4	1,6	1,8	1,5	1,7	2,2	2,7
До 1,0	Ъ	0,8	1,0	1,2	1,4	1,0	1,2	1,7	2,2
св. 1,0	а	1,5	1,7	1,9	2,1	1,9	2,1	2,6	3,1
ДО 1,5	Ъ	1,1	1,3	1,5	1,7	1,4	1,6	2,1	2,6
св. 1,5	а	1,9	2,1	2,3	2,5	2,2	2,4	3,0	3,4
до 2,0	Ъ	1,5	1,7	1,9	2,1	1,7	1,9	2,5	2,9
св. 2,0	а	2,3	2,5	2,7	2,9	2,6	2,8	3,5	3,8
до 2,5	Ъ	1,8	2,0	2,2	2,4	2,2	2,4	2,9	3,4
св. 2,5	а	2,6	2,8	3,0	3,2	3,0	3,2	3,7	4,2
до 3,0	Ъ	2,1	2,3	2,5	2,7	2,5	2,7 '	3,2	3,7
св. 3,0	а	3,0	3,2	3,4	3,6	3,4	3,6	4,1	4,6
до 3,5	Ъ	2,5	2,7	2,9	3,1	2,9	3,1	3,6	4,1
св. 3,5	а	3,3	3,5	3,7	3,9	3,7	3,9	4,4	4,9
до 4,0	Ъ	2,8	3,0	3,2	3,4	3,2	3,4	3,9	4,4
св. 4,0	а	3,6	3,8	4,0	4,2	4,0	4,2	4,7	5,2
До 4,5	Ъ	3,1	3,3	3,5	3,7	3,6	3,8	4,3	4,8
св. 4,5	а	4,0	4,2	4,4	4,6	4,5	4,7	5,2	5,7
до 5,0	Ъ	3,4	3,6	3,8	4,0	4,0	4,2	4,5	5,0
св. 5,0	а	4,2	4,5	4,8	5,0	4,5	5,5	5,5	6,0
До 6,0	Ъ	3,5	3,9	4,2	4,5	4,0	4,5	4,7	5,2
св. 6,0	а	4,5	5,0	5,5	6,0	4,8	6,0	6,0	6,5
до 7,0	Ъ	3,6	4,0	4,2	4,5	4,3	5,0	5,0	5,5
св. 7,0	а	5,0	5,5	5,8	6,0	5,3	6,5	7,0	7,8
до 8,0	Ъ	4,2	4,5	4,8	5,0	4,8	5,5	6,0	6,8
2.5.
Технологические особенности вырубки и пробивки
55
Окончание тпабл. 2.3
Толщина материала, мм	Обозначение перемычек	Круглые детали с размером D, мм (рис. 2.16, в)				Прямоугольные детали с размером А, мм (рис. 2.16, г)			
		ДО 50	св. 50 до 100	св. 100 до 200	св. 200	До 50	св. 50 до 100	св. 100 до 200	св. 200
св. 8,0 До 9,0	а	5,5	6,0	6,3	6,5	5,8	7,0	7,5	8,0
	Ъ	4,5	5,0	5,2	5,5	5,3	6,0	6,5	7,0
св. 9,0 до 10,0	а	6,0	7,0	7,5	8,0	6,3	7,0	7,5	8,0
	Ъ	5,0	6,0	6,5	7,0	5,8	6,0	6,5	7,0
При вырубке с поворотом полосы ширину перемычек следует увеличить на 50% по сравнению со значениями, приведенными в т^бл. 2.3.
Ширину кромки, обрезаемую шаговым ножом, следует принимать равной значению перемычки «а» как для прямоугольных деталей.
При вырубке деталей из магниевых сплавов ширину перемычки следует увеличивать в 2 раза.
При штамповке деталей из титанового сплава ВТ1 ширину перемычки следует увеличить в 1,3 раза, а для сплава ВТ5 — в 2 раза.
При штамповке деталей сложной конфигурации с острыми углами, обращенными в сторону перемычек, табличные значения следует увеличить на 25—30% (рис. 2.16, д).
С целью экономии материала для вырубки обычно используют длинные заготовки (полосы или ленты), в которые укладывается большое количество деталей. Кроме того, штамповка из полосы, и тем более из ленты, значительно производительнее и проще автоматизируется, чем штамповка из штучной заготовки.
Сила вырубки и пробивки определяется по формуле (2.4).
В некоторых случаях, например при вырубке деталей из толстолистового проката и отсутствии оборудования необходимой мощности, возникает необходимость уменьшения силы разделения. Это может быть достигнуто так же, как при резке на ножницах с наклонным ножом, т. е. за счет выполнения наклонными режущих кромок матрицы или пуансона (рис. 2.17).
При вырубке торец пуансона должен быть плоским, а скос делается на матрице. Деталь в этом случае получается плоской, а отход — изогнутым (рис. 2.17, а).	ч
56
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Рис. 2.17. Схемы вырубки (а) и пробивки (б) со скошенными режущими кромками
При пробивке отверстий плоской должна быть рабочая поверхность матрицы, а скос делается на пуансоне (рис. 2.17, б).
Применяемые размеры скосов приведены в табл. 2.4.
На рис. 2.18 приведены кривые, иллюстрирующие степень уменьшения силы разделения при вырубке в штампах со скошенными режущими кромками в зависимости от величины скоса.
Таблица 2.4. Размеры скосов режущих кромок пуансонов и матриц
Толщина материала, мм	Скос Н, мм	Угол скоса (р, град.	Средняя сила разделения в % отРшах
до 3	2S	ДО 5	30—40
3—10	S	ДО 8	60—65
В многопуансонных штампах уменьшение силы разделения можно достичь за счет выполнения пуансонов разной длины, при этом тонкие пуансоны делают более короткими (рис. 2.19).
Рис. 2.19. Схема пробивки в многопуансонном штампе
Рис. 2.18. Кривые изменения силы разделения при вырубке со скошенными режущими кромками
2.5.
Технологические особенности вырубки и пробивки
57
Рис. 2.20. Схема штампа с неподвижном (жестким) съемником:
1 — матрица; 2 — пуансон; 3 — планка направляющая; 4 — съемник
Рис. 2.21. Схема штампа с подвижным съемником-прижимом:
1 — матрица; 2 — пуансон; 3 — планка направляющая; 4 — съемник;
5 — держатель съемника; 6 — пуан-сонодержатель; 7 — буфер
При таком выполнений пуансонов создаются также более благоприятные условия работы тонких пуансонов, так как пуансон большого размера, внедряясь в материал, обеспечивает надежное направление для тонких пуансонов.
Так как при вырубке и пробивке разделение материала осуществляется по замкнутому контуру, то после полного отделения одной части заготовки от другой и разгрузки материала часть заготовки, оставшаяся на матрице (отход при вырубке, деталь при пробивке), вследствие снятия упругой составляющей деформации, плотно охватывает пуансон,.и ее с,него надо снимать. Для этой цели в штампах для вырубки и пробивки всегда имеется деталь, называемая съемником.
Съемник может быть неподвижным, жестко прикрепленным к матрице (рис. 2.20), и подвижным, работающим
от упругих элементов 7 (рис. 2.21). Подвижный съемник не только обеспечивает съем отхода или детали с пуансона, но и прижимает заготовку к матрице в процессе разделения, что особенно важно при штамповке тонких материалов.
Между жестким съемником 4 и матрицей 1 обычно располагают направляющие планки 3, между которыми осуществляется перемещение полосы. Иногда направляющие выполняют в самом съемнике (правая сторона рис. 2.20, б).
При использовании подвижного съемника и направляющих планок (см. рис. 2.21) на съемнике выполняют выступ, и сам съемник часто делают сборным, состоящим из держателя 5 и собственно съемника 4.
58
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Часть заготовки, смещенная в процессе разделения в отверстие матрицы, после снятия нагрузки, стремясь увеличить свои размеры, застревает в матрице, и ее приходится проталкивать следующей деталью.
Силу съема отхода (детали) с пуансона 2 и проталкивания детали (отхода) через отверстие матрицы 1 обычно определяют в долях от силы разделения:
^сн = ^;	(2.11)
Рпр = £прР.	(212)
Значения коэффициентов &сн и &пр приведены в табл. 2.5.
Если в нижнем положении пуансон входит в матрицу на глубину hr (см. рис. 2.20, а), меньшую высоты блестящего пояска на детали, то величину силы проталкивания нужно добавлять к силе разделения.
Таблица 2.5. Значения коэффициентов feCH и fepp [41]
Штампуемый материал	А?сн	#пр
Сталь	0,03—0,05	0,02—0,06
Латунь	0,02—0,04	' 0,02—0,05
Медь	0,015—0,03	0,03—0,07
Алюминий	0,025—0,05	0,03—0,06
Магниевые сплавы	0,02—0,05	0,02—0,06
2.6. КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ МАТРИЦ ВЫРУБНЫХ И ПРОБИВНЫХ ШТАМПОВ
Одним из конструктивных элементов матриц для вырубки и пробивки является форма профиля рабочего отверстия. Наибольшее распространение получили матрицы двух типов: с вертикальным пояском (рис. 2.22) и без пояска (рис. 2.23).
Достоинство матриц первого типа (см. рис. 2.22, а, б) состоит в том, что они имеют достаточно прочную режущую кромку и при переточке не изменяют своих размеров. Матрицы по типу рис. 22, а применяют при вырубке круглых деталей и пробивке круглых отверстий диаметром до 10 мм. При вырубке и пробивке напровал более сложных контуров, если при этом отсутству-
2.6.
Конструктивные исполнения матриц вырубных и пробивных штампов
59
Рис. 2.22. Варианты исполнения профиля рабочего отверстия матрицы с пояском
ют консольно расположенные элементы, и при изготовлении матриц из нескольких частей (секций) применяют рабочие отверстия по форме, показанной на рис. 2.22, б. В штампах с обратным выталкиванием детали или отхода, в том числе в разделительных штамцах совмещенного действия, применяют рабочие отверстия по форме, показанной на рис. 2.22, в и 2.22, г.
Общим недостатком рабочих отверстий матриц с пояском является скапливание деталей (или отходов) в зоне пояска, вследствие чего увеличивается сила проталкивания и износ матриц.
В матрицах второго типа (см. рис. 2.23) детали или отходы легче проталкиваются, износ их стенок оказывается в 1,5— 2 раза меньше, чем у матриц первого типа. При использовании прогрессивных методов изготовления (см. п. 2.10) матрицы второго типа оказываются более технологичными.
Недостатком матриц второго типа является увеличение размеров их рабочих отверстий после переточки, поэтому эксплуатация таких матриц требует более высокой культуры производства.
60
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
a)
Рис. 2.23. Варианты исполнения профиля рабочего отверстия матрицы без пояска
Значения параметров рабочих отверстий матриц приведены в табл. 2.6.
В плане контур рабочего отверстия матриц для вырубки и пробивки эквидистантен контуру вырубаемой детали или пробиваемого отверстия.
Матрицы для изготовления несложных мелких деталей (с размерами до 250 мм) обычно изготавливают монолитными.
Матрицы для штамповки деталей сложной формы всех размеров, а также матрицы с размерами в плане свыше 300 мм независимо от конфигурации рабочего отверстия изготавливают секционными.
Секционные матрицы технологичнее в изготовлении, они легче поддаются механической и термической обработке, обеспечивается возможность точного изготовления секций вследствие уменьшения их коробления при термообработке и применения профилешлифовального оборудования.
Таблица 2.6. Значения параметров рабочих отверстий матриц
Толщина штампуемого материала, мм	Высота пояска Л, мм (рис. 2.22)	Угол наклона а стенки (рис. 2.23)
ДО 0,5	6	0°10'
св. 0,5 до 1,0	8	0°15'
св. 1,0 до 2,5	10	0°20'
св. 2,5 до 4,0	12	0°30'
св. 4,0 до 6,0	16	0°45'
св. 6,0 до 10,0	20	1°
2.6. Конструктивные исполнения матриц вырубных и пробивных штампов	61
Рис. 2.24. Исполнение секционной матрицы для вырубки мелкой сложной детали:
1 — секция матрицы; 2 — держатель
Мелкие секции обычно запрессовываются в обойму (рис. 2.24), средние и крупные секции крепятся винтами и штифтами к плите штампа или промежуточной детали, называемой обычно держателем (рис. 2.25, рис. 2.26, а). При штамповке материала толщиной S > 1,5 мм для предотвращения смещения секций помимо штифтов устанавливают упорные шпонки (рис. 2.26, б) или врезают секции в держатель (рис. 2.26, в).
Размеры прямолинейных секций матриц (рис. 2.27) стандартизованы (ГОСТ 18732—80). Резьбовые отверстия 1 используются при демонтаже секций, так как в процессе работы под действием многократно повторяющегося рабочего нагружения секции «привариваются» к державке и их бывает трудно отделить от последней. Подобным образом могут
быть сконструированы секции матриц для разделения материала по дуге, под углом и т. п. (см. рис. 2.25).
Для пробивки ртверстий часто применяют матрицы-втулки различных конструктивных исполнений (рис. 2.28). Размеры
втулочных матриц стандартизованы.
LM > 250 м______
Рис. 2,25, Компонорка секционной матрицы для вырубки крупной детали
62
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Если рабочее отверстие втулочной матрицы некруглое, то ее следует зафиксировать от поворота с помощью штифта (рис. 2.28, в).
Рис. 2.26. Варианты крепления секций матрицы
Рис. 2.27. Эскиз прямолинейной секции матрицы
Рис. 2.28. Варианты исполнения матрицы-втулки
2.6. Конструктивные исполнения матриц вырубных и пробивных штампов	63
2.7.	КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ И СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ ПУАНСОНОВ
Пуансоны штампов для вырубки и пробивки, как и матрицы, могут быть разнообразными по конструкции. Их можно разделить на два вида: массивные пуансоны, непосредственно прикрепляемые к плите (рис. 2.29), и пуансоны, устанавливаемые в держателе.
У пуансонов, устанавливаемых в держателе, можно выделить следующие функциональные части (рис. 2.30): рабочая часть, по форме и размерам соответствующая форме и размерам оформляемого контура детали; посадочная часть, по которой осуществляется фиксация пуансона в держателе; переходная часть между рабочей и посадочной; фланец, препятствующий выдергиванию пуансона из держателя и увеличивающий площадь опорной поверхности пуансона.
Конструктивное исполнение пуансонов, в частности наличие всех или отсутствие отдельных названных выше функционалы . ных частей, зависит от формы и размеров штампуемых деталей и их элементов и должно быть направлено на повышение технологичности пуансонов.
Наиболее простыми в изготовлении являются цилиндрические пуансоны, их форма обычно соответствует рис. 2.30. Пуансоны для пробивки круглых отверстий размером от 1 до 60 мм обычно изготавливают по стандартам.
Рис. 2.29. Крепление крупного пуансона к плите: 1 — пуансон; 2 — плита;
3 — штифт; 4 — винт
посадочная часть -
<с>
0,40
рабочая часть
0,40
фланец
переходная часть
Рис. 2.30. Функциональные части пуансона, закрепляемого в держателе
HRC 42...51
64
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
У некруглых пуансонов, сечение рабочей части которых хорошо вписывается в круг, посадочную часть также рекомендуется выполнять цилиндрической (рис. 2.31). Фиксация таких пуансонов от поворота осуществляется с помощью лысок на фланце.
Мелкие некруглые пуан-
Рис, 2.31. Эскиз некруглого пуансона с цилиндрической посадочной частью
соны можно изготовить с постоянным по всей длине сечением, после закалки отпустить посадочную часть на
твердость НЛС38...42, установить в отверстие держателя (посадка в этом случае выполняется по системе вала) и образовать фланец путем расклепки верхней части пуансона (рис. 2.32, а, б). После расклепки поверхность держателя шлифуется вместе с пуансоном.
Расклепка пуансона несколько облегчается, если на его торце предварительно выполнить выемку глубиной h (рис. 2.32, в). Величина припуска на расклепку составляет 1—1,5 мм.
Расклепка является трудоемкой операцией, ее применение практически исключает механизацию и автоматизацию сборки штампа.
В настоящее время для крепления пуансонов в держателе широко применяют легкоплавкие металлические сплавы (сурь-мяно-висмутовые или оловянисто-свинцовые) и самотвердею-щие пластмассы типа стиракрила.
а)	б)	в)	г)
2.7.	> Конструктивные исполнения и способы крепления пуансонов
65
Стиракрил представляет собой быстротвердеющую пластмассу, состоящую из порошка сополимера стирола и метилметакрилата с добавкой катализатора. Массу смешивают до густого сметанообразного состояния, и смесь заливают в пуансоно-держатель. В этом случае отверстие в держателе выполняют несколько большим пуансона (рис. 2.32, г).
Технология сборки пуансона с держателем заключается в следующем. На рабочую часть готового пуансона наносят слой временного покрытия (никеля или лака), толщина которого равна величине зазора между матрицей и пуансоном. Подготовленный таким образом пуансон плотно вставляют в отверстие матрицы строго перпендикулярно ее рабочей поверхности, затем устанавливают держатель и заливают легкоплавкую массу.
При креплении пуансона только легкоплавким металлом или самотвердеющей пластмассой надежность этого крепления необходимо проверить по условию:
Lh\x CD|>PCH,
1 up 1	vxl
где L — длина периметра сечения закрепляемой части пуансона, м; h — высота закрепленной части пуансона, м; |т | — допускаемое напряжение на срез сплава или пластмассы (|тср| = 40—50 МПа); Рсн — сила снятия заготовки с пуансона.
Если изготовление пуансона с постоянным по длине поперечным сечением не эффективно или не обеспечивает надежного крепления в держателе, то его изготавливают, как и круглые пуансоны, с посадочной частью и фланцем.
Крупные пуансоны так же, как и матрицы, изготавливают сборными из секций, посаженных в обойму или прикрепляе-
d (Н7/п6)
Рис. 2.33. Эскиз составного пуансона
мых к верхней плите штампа или держателю.
Иногда пуансон выполняют составным с целью экономии дорогой высококачественной инструментальной стали (рис. 2.33).
В универсальных штампах, а также в специальных штампах с тяжелыми условиями работы, когда пуансоны быстро изнашиваются и их
66
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
желательно менять, не снимая штампа с пресса, применяют быстросменные пуансоны (рис. 2.34).
Конструктивное исполнение пробивных пуансонов и способ их крепления в держателе существенно зависит от размеров пробиваемых отверстий.
Расчеты и практика показывают, что достаточно надежно работают пуансоны при пробивке отверстий диаметром d > S (S — толщина штампуемого материала). При диаметре d < S выбор конструкции пуансона и связанных с ним деталей требует особого внимания.
Наиболее Ътветственным элементом малогабаритного пуансона является его рабочая часть длиной
Рис. 2.34. Эскиз установки быстросменного пуансона:
1 — пуансон; 2 — державка;
3 — шарик; 4 — пружина
Zp (рис. 2.35). Максимальную допустимую длину [Zp] можно установить в результате расчета пуансона на устойчивость, и затем эту длину нужно сравнить с той, которая получается при выбранном варианте конструкции.
На рис. 2.35, а показана расчетная схема для определения длины рабочей части пуансона штампа с неподвижным съемником при отсутствии направления пуансона по съемнику. Составляющие рабочей длины пуансона Zp в этом случае могут быть определены следующим образом: ZM — величина захода пуансона в матрицу может составлять 1—1,5 мм так, чтобы от
Рис. 2.35. Схема определения длины рабочей части пуансона при отсутствии направления по съемнику:
а) неподвижный съемник; б) подвижный съемник-прижим
2.7.
Конструктивные исполнения и способы крепления пуансонов*
67
деленный отход не мешал продвижению полосы; ZH — толщийа направляющих планок; ZH — припуск длины пуансона на переточку при его износе, равный произведению планируемого среднего числа переточек на величину слоя металла, снимаемого за одну переточку (обычно 2—5 мм). Таким образом, длина рабочей части, пуансона в штампе с неподвижным съемником составит:
1р = 1М + 1В + ги-
В штампе с подвижным съемником рабочая длина пуансона может быть меньше (см. рис. 2.35, б):
lp = ^ + l. + S.
Если окажется, что Zp > [Zp], то можно использовать несколь ко конструкторских приемов, позволяющих уменьшить рабо
чую длину пуансона.
Условия работы пуансона значительно улучшаются, если его рабочая часть направляется по отверстию в съемнике. Направление по неподвижному (жесткому) съемнику (рис. 2.36, а, б)
Рис. 2.36. Схемы направления рабочей части пуансона по съемнику:
а), б) неподвижный съемник; в), г) подвижный съемник-при-
жим
менее эффективно, чем по подвижному (рис. 2.36, в, г). Особо высокоточное направление рабочей части пуансона обеспечивается, когда сам съемник перемещается по направляющим колонкам.
При использовании усиленных пуансонов (пуансонов с увеличенным диаметром посадочной и переходной частей) направляться по съемнику может их утолщенная переходная часть, однако рабочая часть пуансона в этом случае остается свободной (рис. 2.36, в), и такой вариант при малых диаметрах менее эффективен.. Направляющий эффект в штампах совмещенного действия больше, чем в штампах последовательного
68
Глава 2. Разделительные операции листовой'штамповки
Рис. 2.37. Схема телескопического направления пуансона
действия. Наилучший результат получается, когда направлены и рабочая,, и переходная части пуансона (рис. 2.36, г), однако трудоемкость изготовления такого узла увеличивается.
Если пуансон направляется непосредственно по съемнику, то съемник должен быть закаленным. Чаще в таких случаях в съемнике устанавливают специальные направляющие элементы (втулки), в том числе и из быстротвердеющих пластмасс (см. рис. 2.36, tf).
Направление по съемнику обычно применяют для малых пуансонов (при отношении d/S < 2), а также для пуансонов, изготавливаемых из твердых сплавов.
При направлении рабочей части пуансона по съемнику в пуансонодержателе пуансон целесообразно установить с зазором, что исключает продольный изгиб пуансона в процессе пробивки. Пуансон в этом случае рассчитывается только на сжатие.
При пробивке отверстий диаметром, меньшим толщины штампуемого материала, хорошо зарекомендовало себя так называемое телескопическое направление пуансонов. Парис. 2.37 показано направляющее устройство для пуансона в двух положениях: слева — в начале, справа — в конце пробивки. Гильза 3 с пазами вместе с тремя вкладышами 2 обеспечивает постоянное направление пуансона 1 по всей его длине. Кроме того, гильза 3 создает сильный прижим материала к матрице 4. При таком конструктивном исполнении штампов удается пробивать в заготовках из малоуглеродистых сталей отверстия с отношением d/S = 0,5—0,6, а в заготовках из цветных металлов и их сплавов с отношением d/S = 0,3—0,4 [35].
В заключение отметим еще одну возможность увеличения устойчивости пуансонов: это выполнение его рабочей части с
2.7.
Конструктивные-исполнения и способы крепления пуансонов
69
Рис. 2.38. Способы повышения продольной устойчивости пуансона
центрирующим конусом (рис. 2.38, а), который способствует самоцентрированию пуансона при его внедрении в обрабатываемый материал. Такая форма обеспечивает более надежную устойчивость, так как предотвращает сдвиг пуансона в первый момент контакта с заготовкой. Сдвиг может происходить из-за неравномерной заточки режущих кромок, непараллель-ности поверхностей торцов пуансона и по другим .> причинам. Возможно
также выполнение рабочего торца пуансона с некоторым поднутрением (см. рис. 2.38, б). Угол поднутрения а пуансона выполняют таким же, как у рабочих отверстий матрицы (см. табл. 2.5). Такие пуансоны применяют при штамповке толстолистового материала (S > 4 мм); их рекомендуется делать быстросменными для упрощения ремонта штампа.
2.8.	РАСЧЕТЫ ПУАНСОНОВ НА ПРОЧНОСТЬ И ЖЕСТКОСТЬ
Расчеты на прочность и жесткость проводят обычно для пробивных пуансонов небольших размеров и носят проверочный характер. Установлено, что при пробивке отверстий, размеры которых соизмеримы с толщиной штампуемого материала, нагрузка на режущие кромки пуансона в два-три раза больше, чем на режущие кромки матрицы.
Обычно выполняют расчет опорной поверхности головки пуансона на смятие, расчет на сжатие в наименьшем сечении и расчет свободной длины пуансона на продольный изгиб.
Расчет на смятие опорной головки пуансона проводят по р
формуле осм = у, осм — напряжение смятия опорной поверхности пуансона; Р — сила пробивки; F площадь опорной поверхности.
Расчет на сжатие в наименьшем сечении проводят по сле-дующей формуле: осж = у < [осэ^], гДе °сж— расчетное напряжение сжатия; f — площадь наименьшего сечения. пуансона;
70
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
[аёж] — допускаемое напряжение на сжатие для материала пуансона.
Расчёт свободной длины пуансона на продольный изгиб вы-
[Ё~1
полняют по следующей формуле: I = 4,43 /—, где I — длина
свободной части пуансона; Е — модуль упругости материала пуансона; п — коэффициент запаса (для закаленной стали п = 2—3, для незакаленной п = 4—5).
Если осм > 100 МПа, то головка пуансона должна упираться в стальную закаленную прокладку.
Для ненаправляемых пуансонов из закаленной инструментальной стали [осж] = 1600 МПа, для направляемых пуансонов — [осж] = 2000—3000 МПа.
2.9.	РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ
ПУАНСОНОВ И МАТРИЦ ПРИ ВЫРУБКЕ И ПРОБИВКЕ
Из схемы, иллюстрирующей последовательность протекания процессов вырубки и пробивки (см. рис. 2.1), следует, что размер вырубленной части заготовки (детали) определяется размером матрицы, а размер отверстия — размером пуансона. По этой причине в зависимости от вида выполняемой операции одна из рабочих деталей штампа считается основной, а другая — сопряженной с основной.
При эксплуатации штампа его рабочие детали изнашиваются, их размеры изменяются, и это обстоятельство учитывают при расчете исполнительных размеров этих деталей. Учет износа рабочих деталей штампа выполняется за счет использования части поля допуска на размеры элементов штампуемых изделий.
В большинстве случаев элементы наружного контура изделия имеют отрицательные допускаемые отклонения (т. е. размер изделия может быть меньше номинального значения в пределах указанного поля допуска). При вырубке основной деталью является матрица, размеры ее рабочего отверстия в результате износа увеличиваются, поэтому начальный размер следует назначить меньшим номинального (мак-
2.9.	Расчет исполнительных размеров пуансонов и матриц	71
при вырубке и пробивке
Рис. 2.39. Схемы к расчету исполнительных размеров матрицы и пуансона при вырубке (а) и пробивке (б)
симального) размера изделия, используя его поле допуска (рис. 2.39, а):
Ьм = (Ьи-Яи)+5«,	(2.13)
где £м— номинальный расчетный размер матрицы; £и— номинальный размер изделия; 77и— припуск на износ матрицы; 8М — допускаемое отклонение на размер матрицы.
Величина припуска на износ назначается из следующих условий: при допускаемом отклонении на размер изделия |8И| < 0,1 мм припуск составляет 77и = |8И|, а при |8И| > 0,1 мм припуск составляет 77и = 0,8|8и|, где |8И| — абсолютное значение поля допуска на размер изделия.	7
Размер пуансона при вырубке назначается меньшим соответствующего размера матрицы на величину минимального оптимального двустороннего зазора (см. табл. 2.1):
^п = №м-^пйп)-§п>	(2.14)
где Ln — номинальный расчетный размер пуансона: 8П — допускаемое отклонение на размер пуансона.
При пробивке основной деталью является пуансон, его размеры вследствие износа уменьшаются, а поле допуска на размер пробиваемого отверстия, как правило, положительно, поэтому начальный размер пуансона следует назначить большим номинального (минимального) размера отверстия (рис. 2.39, б):
-^П —	+ ^и)-5п 	(2.15)
72
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Размер матрицы при пробивке назначается большим соответствующего размера пуансона на величину минимального оптимального двустороннего зазора:
LM = (Ln + Zmln)+8».	(2.16)
Допускаемые отклонения на размеры матрицы и пуансонов зависят от требуемой точности изготовления изделия. Обычно точность изготовления матриц и пуансонов превышает требуемую точность изделия на 3—4 квалитета (но не ниже 10-го ква-литета), при этом сумма полей допусков на сопряженные размеры матрицы и пуансона не должна превышать допуска на величину зазора между ними, т. е. должно выполняться условие |3Ml + |3nl<^max-^min-
Рекомендации по конкретным значениям припусков на износ и допускаемым отклонениям на размеры матриц и пуансонов можно найти в справочной литературе [41].
При расчете исполнительных размеров пуансонов и матриц для штамповки деталей сложной формы необходимо выделить размеры, которые в результате износа инструмента увеличиваются, и рассчитывать их как для вырубки по формулам (2.13), (2.14). Размеры, которые в результате износа инструмента уменьшаются, следует рассчитывать как при пробивке по формулам (2.15), (2.16), а размеры, которые в результате износа инструмента не изменяются, оставлять неизменными.
Так, например, при вырубке контура, показанного на рис. 2.40, а, в результате износа будут увеличиваться размеры Ы, L2, L3, L5, LP, размеры L4, L6, L10 будут уменьшаться, а размеры L7, L8 останутся неизменными. При пробивке отверстия, показанного на рис. 2.40, б, размеры D и В2 будут уменьшаться, а размер В1 — увеличиваться.
Рис. 2.40. Типы исполнительных размеров при вырубке и пробивке
2.9.
Расчет исполнительных размеров пуансоной и матриц при йырубке и пробивке
73
2.10.	СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛЕНИЯ И ТОЧНОСТИ ДЕТАЛИ ПРИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ
2.10.1.	Чистовая вырубка и пробивка
В ряде случаев в прйборо- и машиностроении требуются плоские листовые детали с точностью размеров по 7—10 квалите-там и шероховатостью боковой поверхности по всей толщине, соответствующей 8—9 классам (Ra = 0,4—0,63). Названным требования^ можно удовлетворить при разделительных операциях, если создать такие условия, при которых разделение будет осуществляться только за счет пластического сдвига, а стадия разрушения и связанная с ней часть поверхности разделения, имеющая большую шероховатость, будет отсутствовать. Одним из способов повышения качества поверхности разделения является притупление режущих кромок инструмента (рис. 2.41). Притупляется режущая кромка только одной из основных деталей штампа (матрицы — при вырубке, пуансона — при пробивке), режущие кромки другой должны оставаться острыми во избежание образования торцевого заусенца. Притупленные кромки уменьшают концентрацию напряжений и деформаций, возникающих вблизи режущих кромок инструмента, вследствие чего скалывающие трещины появляются при большей глубине внедрения пуансона в матрицу, чем при разделении инструментом с острыми кромками.
Так как величина зазора между пуансоном и матрицей связана с глубиной внедрения пуансона в материал к моменту появления скалывающих трещин соотношением Z = 2(s - х) tg а, то очевидно, что при вырубке матрицей с закругленной режущей кромкой (рис. 2.41, б) зазор должен быть меньше, чем при вырубке матрицей с острой кромкой (рис. 2.41, а).
Рис. 2.41. Схема вырубки с закругленной режущей кромкой матрицы: а) вырубка с острыми режущими кромками матрицы и пуансона; б) вырубка с закругленными режущими кромками матрицы
74
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Описанный прием позволяет повысить качество поверхности разделения при вырубке и пробивке материалов, обладающих высокой пластичностью в исходном состоянии (цветные металлы и их сплавы, малоуглеродистые стали). Радиус закругления режущей кромки в этом случае соответствует г » 0,1—0,2 мм, зазор Z = 0,01—0,02 мм независимо
Рис. 2.42. Схема чистовой вырубки:
1 — пуансон; 2 — прижим нижний (противодавление); 3 — матрица;
4 — прижим верхний
от толщины материала.
Более эффективным способом повышения качества поверхности разделения является уменьшение жесткости схемы напряженного состояния в очаге пластической деформации за счет изменения условий деформирования: исключения изгиба заготовки и ее отделенной части и создания подпора в очаге пластической деформации за счет внедрения в заготовку клиновидных ребер, выполняемых на прижиме и матрице (рис. 2.42).
Эффективность такого способа можно проиллюстрировать на следующем прймере. В п. 2.2 было принято, что при обычной вырубке и пробивке жесткость схемы напряженного состояния равна П = 0,5. Если за счет указанных выше изменений условий деформирования создать в очаге пластической деформации дополнительное гидростатическое давление р = -os, то жесткость схемы напряженного состояния будет равна П = -2,5, а предельная степень деформации разделения в соответствии с уравнениями (1.2, а) и (1.8) увеличится для стали 08кп с \|/пр = 0,66 AOVnP = 0,93.
Вырубку (и пробивку), при которой реализуются описанные выше условия деформирования, называют чистовой.
Чистовая вырубка и пробивка обычно выполняются на специальных прессах тройного действия, при работе на которых вначале заготовку прижимают к матрице 1, при этом клиновидное ребро прижима 3 внедряется в заготовку и вытесняет металл в сторону режущих кромок, в результате чего создается высокое гидростатическое давление в зоне разделения (рис. 2.43, б). Затем пуансоном 4 осуществляется вырубка заготовки с противодавлением со стороны выталкивателя 2
2.10. Способы повышения качества поверхности разделения и точности детали 75
при разделительных операциях
Рис. 2.43. Последовательность осуществления чистовой вырубки на прессах тройного действия:
а) исходное положение; б) начало вырубки; в) окончание вырубки; г) удаление детали
(рис. 2.43, в) и выталкивание вырубленной заготовки из матрицы (рис. 2.43, г). Вырубленная заготовка удаляется из рабочей зоны сжатым воздухом.
Все три действия — прижим заготовки с внедрением клиновидного ребра, разделение и противодавление — имеют свой привод.
Полная сила пресса при чистовой вырубке равна сумме сил каждого действия, т. е.
Р = Е Pt - Pi + Р2 + Р3,
при этом сила разделения Рг определяется так же, как при обычной вырубке и пробивке (см. п. 2.3), а силы прижима и противодавления равны соответственно Р2 = 0,5Pj иР3 = 0,25РР
Рис. 2.44. Схема совмещенной вырубки и пробивки толстого листового материала:
1 — прижим; 2 — матрица; 3 — верхний выталкиватель;
4 — пуансон; 5 — пуансон-матрица; 6 — отлипатель; 7 — нижний выталкиватель
Чистовая вырубка и пробивка применяются при штамповке деталей из конструкционных и легированных сталей, меди, алюминия и их сплавов толщиной до 15 мм.
При штамповке материалов толщиной до 4 мм клиновидное ребро выполняется только на прижиме, при штамповке материалов толщиной свыше 4 мм — и на матрице. При пробивке больших отверстий (d > 5S) в заготовках толщиной более 4 мм клиновидное ребро выполняют и на выталкивателе (рис. 2.44).
76
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Рис. 2.45. Параметры конструктивного исполнения клиновидного ребра при чистовой вырубке
Форма клиновидных ребер показана на рис. 2.45, а значения их параметров в табл. 2.7.
Таблица 2.7. Параметры клиновидного ребра, мм
Толщина материала	h	1	
		на прижиме	на матрице
ДО 2,0	0,5	1,2	—
св. 2,0 до 4,0	0,7	2,3	—
св. 4,0 до 6,0	0,9	3,0	
св. 6,0 до 8,0	1,2	3,8	
св. 8,0 до 10,0	1,6	4,6	
св. 10,0 до 12,0	2,0	5,4	
Режущие кромки матрицы при чистовой вырубке и пуансона при чистовой пробивке притупляются радиусом г = 0,1—0,5 мм в зависимости от толщины материала. Двухсторонний зазор между матрицей и пуансоном определяется по формуле
Z = 0,01S+AZ,
где AZ — предельное отклонение зазора от номинального значения (табл. 2.8).
2.10. Способы повышения качества поверхности разделения и точности детали 77
при разделительных операциях
Таблица 2.8. Предельные отклонения (+) двустороннего зазора при чистовой вырубке
Толщина материала S, мм	AZ, мм
до 2,0	0,005
св. 2,0 до 6,0	0,010	Г
св. 6,0 до 10,0	0,20
св. 10,0 до 15,0	0,030	1 	i—	
f
Боковые перемычки и перемычки между соседними деталями в полосе при чистовой вырубке в среднем в 1,5—2 раза больше, чем при обычной вырубке (табл. 2.9).
Минимальный диаметр пробиваемых отверстий составляет dnnn>0»6S.
Чистовой вырубкой и пробивкой получают детали различной конфигурации, в том числе и весьма сложные — типа зубчатых реек, шестерен, кулачков и т. п.
Точность деталей при чистовой вырубке находится в пределах 7—8 квалитетов, шероховатость поверхности разделения составляет Ra = 0,4—1,6 мкм по ГОСТ 2789—73.
Таблица 2.9. Размеры перемычек при чистовой вырубке
Толщина материала, мм Г-	Ширина перемычек, мм	
	между краем полосы и деталью	между деталями
до 2,0	J	4,0	3,0
св. 2,0 до 4,0	6,5	5,0
св. 4,0 до 6,0	9,0	7,0
св. 6,0 до 8,0	11,5	9,0
св. 8,0 до 10,0	14,0	11,0
. св. 10,0 до 12,0	16,5	13,0
2.10.2. Зачистка
Зачистка является операцией, направленной на повышение точности и качества поверхности заготовок, получаемых вырубкой и пробивкой, за счет удаления некоторого объема металла по контуру детали или отверстия путем снятия стружки.
78
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
I Зачистке подвергают обычно мелкие детали (до 150— 200 мм), к точности и качеству поверхности которых предъявляют повышенные требования.
Шероховатость поверхности после зачистки составляет ВА = 0,32—1,25 мкм, точность зачищенных деталей соответствует 8—10 квалитетам.
13ачистка по наружному контуру может быть выполнена двумя^ способами:
	руансоном, меньшим матрицы, когда матрица выполняется по размерам зачищенной детали, а пуансон — на 0,008— 0,010 мм меньше размеров матрицы (рис. 2.46, а);
	пуансоном, большим матрицы, когда матрица выполняется по размерам зачищенной детали, а пуансон — по размерам заготовки, поступающей на зачистку (рис. 2.46, б).
Размеры заготовки (отверстия) после вырубки (пробивки) на верхней и нижней поверхностях не одинаковы (рис. 2.47). Наибольший размер заготовки (отверстия) равен размеру рабочего отверстия матрицы (Dmax = наименьший — размеру пуансона (Dmin = Dn). Разность наибольшего и наименьшего размеров заготовки равна величине двустороннего зазора между пуансоном и матрицей при вырубке (пробивке). Для гарантированного получения гладкой блестящей поверхности после зачистки дополнительно назначают некоторый припуск у.
Таким образом, слой металла, срезаемый при зачистке, включает в себя зону скола, образующуюся при вырубке на этапе разрушения и имеющую ширину, равную половине величины двустороннего зазора между вырубной матрицей и пуансо
Рис. 2.46. Схема зачистки наружного контура:
1 — матрица; 2 — пуансон;
3 — трафарет
Рис. 2.47. Схема припусков при зачистке:
а) для наружного контура; б) для отверстия
2.10. Способы повышения качества поверхности разделения и точности детали
при разделительных операциях
79
ном, и дополнительный двусторонний припуск у на зачистку, гарантирующий получение поверхности высокого качества. Величина припуска на зачистку зависит от марки штампуемого материала, его толщины (табл. 2.10) [35].
Таблица 2.10. Двусторонние припуски на зачистку, мм /
Толщина матери-ала, мм	Латунь, мягкая сталь		Сталь средней твердости		Твердая сталь	
	Припуск у					
	наименьший	наибольший	наименьший	наибольший	наименьший	наибольший
0,5—1,6	0,10	0,15	0,15	0,20	0,15	0,25
1,6—3,0	0,15	0,20	0,20	0,25	0,20	0,30
3,0—4,0	0,20	0,25	0,25	0,30	0,25	0,35
4,0—5,2	0,25	0,30	0,30	0,35	0,30	0,40
Очевидно, что исполнительный размеры матрицы и пуансона для вырубки, предшествующей зачистке, должны рассчитываться с учетом припуска на зачистку:
-°п = С°и + Пи + у)-8п ♦
Ли = (Д. + ^и + У + -гт1п)+8“,	(2.17)
где 77и — припусц на износ (см. п. 2.8).
В формулы (2.17) следует подставлять наименьший припуск на зачистку по данным табл. 2.10. Если в формулах (2.17) не учитывать припуск на износ, то в них следует подставлять наибольший припуск на зачистку по табл. 2.10.
Зазор между пуансоном и матрицей при вырубке, предшествующей зачистке по первому способу, принимают равным 12—15% от толщины материала.
В зависцмости от формы контура штампуемой детали и толщины материала зачистка может быть однократной и многократной. Для деталей, имеющих сравнительно простой контур (без острых углов) толщиной до 3 мм, бывает достаточно одной завистной операции. В прочих случаях требуется 2—3 зачистных операции. Припуск на второй и последующих зачистных операциях принимают равным 70% от припуска на первой
80
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
операции. В таких случаях суммарный припуск на зачистку составит:
где nt— порядковый номер зачистной операции.
I Сила зачистки составляет примерно 25% от силы вырубки.
При зачистке пуансоном, меньшим матрицы, образующаяся стружка часто обламывается, при этом на детали образуется сцол.
; При зачистке пуансоном, большим матрицы (см. рис. 2.46, #), срезаемый припуск расплющивается пуансоном в тонкую пленку, в результате чего в зоне резания создается напряженное состояние всестороннего сжатия, что способствует повышению качества поверхности разделения. В нижнем положении пуансон не доходит до матрицы на величину (0,2—0,4)8. Полное отделение припуска и проталкивание зачищенной детали осуществляется следующей заготовкой. При зачистке по этому способу не требуется подгонка пуансона по матрице, что значительно снижает стоимость штампа.
Вырубку заготовок для зачистки вторым способом рекомендуется выполнять при зазоре между пуансоном и матрицей, меньшим оптимального, так как вырубаемые при таких условиях заготовки лучше фиксируются в штампе.
Припуск на зачистку вторым способом назначается таким же, как и при зачистке первым способом, однако толщина срезаемой стружки во втором случае получается меньшей, чем в первом, из-за меньшей ширины зоны скола при вырубке.
Для повышения качества зачищенной поверхности режущие кромки матрицы рекомендуется закруглять радиусом г, равным 0,1 мм. С этой же целью при зачистке следует применять смазку трущихся поверхностей. В качестве смазки может быть рекомендовано редукторное масло Б-ЗВ, активированное серой.
При зачистке боковой поверхности пробитых отверстий в мелких деталях обычно толщина материала значительно больше диаметра, и зачистка выполняется без матрицы (рис. 2.48, а). В плите, на которую укладывается заготовка, выполняет-
D
Рис. 2.48. Варианты зачистки отверстий: а) зачистка без матрицы; б) последовательная пробивка и зачистка
2.10. Способы повышения качества поверхности разделений" и точности детали 81
при разделительных операциях
ся лунка для удаления стружки, диаметр которой обычно при! нимается в 1,5 раза большим диаметра отверстия (D = l,5d).	|
Возможна также одновременная пробивка и зачистка ступенчатым пуансоном (рис. 2.48, б). Во избежание деформации детали пробивка с зачисткой должна производиться с прижимом заготовки к матрице. В начале происходит пробивка отверстия и отделение отхода, а затем — зачистка. Уступ на рабочей части пуансона давит на отделяемую стружку, что создает дополнительные напряжения сжатия и исключает образование сколов.
2.11. СОВМЕЩЕНИЕ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Разделительные операции применяются как для получения окончательных деталей (изделий), так и для получения заготовок для последующих штамповочных операций. Лишь в мелкосерийном производстве эти операции нередко осуществляются в отдельных штампах, в большинстве же случаев разделительные операции сочетаются одна с другой (выполняются в одном штампе) или с различными формоизменяющими операциями.
Штампы, в которых выполняется одна или несколько одноименных технологических операций, например пробивка нескольких отверстий, называют штампами простого действия.
Совмещаемые в одном штампе операции могут быть выполнены последовательно на разных позициях с перемещением заготовки с одной позиции на другую или совмещены на одной позиции. В соответствии с этим признаком различают штампы последовательного и совмещенного действия.
В штампах последовательного действия (рис. 2.49) сначала пуансоном 1 пробивается отверстие, затем заготовка (полоса) перемещается на расстояние t, называемое шагом штамповки, под вырубкой пуансон 2, который и вырубает деталь 10. Деталь 10 и отход 11 пробивки проталкиваются через матрицу 3, а отход полосы снимается с пуансонов при их подъеме съемником 4, жестко закрепленным к матрице 3.
Для повышения точности относительного положения пробиваемого отверстия и наружного контура детали перед вырубкой положение полосы фиксируется с помощью фиксатора 7, размещенного в вырубном пуансоне 2 и закрепленного от вертикального смещения штифтом 8.
82
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Рис. 2.49. Схема штампа последовательного действия с неподвижным съемником
Перемещение полосы на шаг штамповки осуществляется с помощью специального подающего устройства или вручную. В последнем случае в штампе предусматриваются соответствующие упоры, ограничивающие это перемещение.
Перемещение полосы направляется между планками 6, установленными между матрицей и съемником.
В соответствии с условиями нагружения (см. рис. 2.2) на заготовку и на отделяемые от нее части будет действовать изгибающий момент, вследствие чего и вырубленная деталь и полоса получаются несколько изогнутыми.
Точность деталей, изготавливаемых в штампах последовательного действия с жестким съемником, соответствует 12— 14 квалитетам. Повысить точность деталей, изготавливаемых в штампах последовательного действия, можно за счет применения подвижного съемника, устанавливаемого в верхней (подвижной) части штампа и прижимающего заготовку к матрице перед штамповкой с помощью пружин 12 (рис. 2.50).
Рис. 2.50. Схема штампа последовательного действия с подвижным съемником
2.11.
Совмещение разделительных операций
83
В штампах последовательного действия одна или несколько/ позиций могут быть свободными для обеспечения необходимой! прочности матрицы и возможности размещения пуансонов 4 держателе.	-1}
В штампах совмещенного действия (рис. 2.51) одна из ос^ новных рабочих деталей является матрицей для пробивки и пуансоном для вырубки. Такую деталь называют пуансоном-матрицей. Вырубленная деталь 11 остается в матрице 3 и удаляется из нее выталкивателем 5, приводимым в действие толкателями 7, связанными с выталкивающей системой пресса.
Отход от пробивки 12 проталкивается пуансоном 1 через пуансон-матрицу 2, а отход от полосы 10 снимается с пуансона-матрицы съемником 4, который одновременно является и прижимом полосы к матрице. Усилие съема обеспечивают пружины 13. Крепление пуансона-матрицы 2 к плите штампа осуществляется с помощью держателя 8, а крепление пуансона 1 — с помощью держателя 6.
Перемещение полосы в штампах совмещенного действия часто осуществляется между направляющими упорами 14, установленными в съемники. При ручной подаче полосы шаг штамповки фиксируется с помощью шагового упора 9.
Условия нагружения в штампе совмещенного действия более благоприятны, чем в штампе последовательного действия, поэтому в первом случае выше и точность штампуемых деталей, которая обычно соответствует 8—10 квалитетам.
Одна и та же деталь во многих случаях может быть изготовлена в штампе и последовательного и совмещенного действия. Выбор типа штампа зависит от требований к точности и плоскостности детали, условий производства.
Рис. 2.51. Схема штампа совмещенного действия
84
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
Достоинством штампов последовательного действия является простота удаления отштампованных деталей и отходов, поэтому им отдают предпочтение при работе на быстроходных прессах-автоматах. При ручной работе последовательные штампы более безопасны.
Штампы совмещенного действия, как уже указывалось, обеспечивают более высокую точность и плоскостность деталей, однако трудоемкость их изготовления больше, чем для штампов последовательного действия. При использовании современных технологий (см. п. 2.12) различие в трудоемкости изготовления штампов совмещенного и последовательного действия уменьшается.
Штампы совмещенного действия имеют меньшие размеры и металлоемкость, поэтому им отдают предпочтение при штамповке средних и, особенно, крупных деталей.
В штампах совмещенного действия за один рабочий ход на одной позиции может быть выполнено несколько разноименных технологических операций, например вырубка и пробивка, пробивка и обрезка, вырубка и вытяжка и др.
В табл. 2.11 указаны области применения штампов последовательного и совмещенного действия в соответствии с описанными выше их преимуществами и недостатками.
Таблица 2.11. Области применения типов штампов
Точность деталей	Размеры деталей, мм		
	Крупные (300—1000)	Средние (90—300)	Мелкие (до 90)
повышенная (9—11 квал.)	совмещенный	совмещенный	совмещенный
средняя (12 квал.)	совмещенный	последовательный, реже совмещенный	последовательный
пониженная (14 квал.)	совмещенный	последовательный	последовательный
2.12. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПУАНСОНОВ И МАТРИЦ
Изготовление штампов является заключительным и наиболее трудоемким этапом технологической подготовки машиностроительного производства. Особенностями изготовления штампов является единичный характер производства, большое число
2.12. Методы изготовления пуансонов и матриц 1
85
различных деталей и технологических операции, высокая точность изготовления основных деталей (6—7 квалитет). Необходимость точной взаимной подгонки деталей, обеспечение равное мерного зазора между деталями, имеющими сложную форму поперечного сечения, предопределяет большой объем слесарных работ при изготовлении штампов (разметка, подгонка, притирка, полирование и др.).
В среднем доля слесарных работ в общей трудоемкости изготовления штампов с использованием традиционных технологий составляет до 50—60%, при этом до половины этой трудоемкости падает на изготовление матриц и пуансонов. Так как слесарные работы плохо поддаются не только автоматизации, но даже и механизации, производственный цикл изготовления штампов в среднем составляет несколько месяцев.
Учитывая, что для подготовки производства многих видов изделий, в том числе непродовольственных товаров потребления (холодильников, стиральных машин, телевизоров, автомобилей и др.), требуется изготовление сотен, а иногда и тысяч штампов, можно сделать вывод об актуальности совершенствования технологии и организации производства штампов.
Наиболее ответственными и трудоемкими в изготовлении деталями штампа является пара основных рабочих деталей — матрица и пуансон.
Различают два способа изготовления пуансонов и матриц: раздельный и совместный.
При раздельном изготовлении для каждой детали (матрицы и пуансона) рассчитываются исполнительные размеры и обе детали изготавливаются отдельно в соответствии с требованиями чертежа.
При традиционной технологии раздельное изготовление применяется только для круглых пуансонов и отверстий матриц. В других случаях применяют совместное изготовление. Одну из основных рабочих деталей, чаще пуансон, изготавливают по расчетным размерам и выполняют термическую обработку. Затем этим пуансоном в предварительно подготовленном контуре отверстия матрицы делают оттиск (рис. 2.52, а). После этого контур отверстия матрицы припиливают по отписку, выдерживая необходимый зазор между пуансоном и матрицей. Далее осуществляют термическую обработку матрицы и выполняют окЬнчательную взаимную подгонку с пуансоном.
86
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
а)	б)
с? о
Рис. 2.52. Схема получения оттиска на заготовках основных деталей штампа:
а) пуансоном на матрице; б) матрицей на пуансоне
Главное требование такой технологии — выбор такого материала для изготовления матрицы, который в процессе термической обработки минимально деформируется. Этому требованию отвечают легированные инструментальные стали Х12М, Х12Ф1идр.
Реже подобную технологию применяют с последовательностью изготовления матрица — пуансон (рис. 2.52, б), так как изготовление сложного контура отверстия матрицы без оттиска — очень трудоемкий процесс, который значительно увеличивает цикл изготовления штампа.
Метод оттиска используют и при изготовлении съемника и пуансонодержателя.
Заготовку съемника 2 с помощью струбцин скрепляют с готовой закаленной матрицей 1 (рис. 2.53, а) и, используя матрицу как кондуктор, сверлят в съемнике отверстия под винты и штифты. Далее заготовку съемника скрепляют с матрицей штифтами и чертилкой по матрице размечают контур отверстия в съемнике (рис. 2.53, б). После предварительной обработки отверстия съемника на нем делают отпечатцк пуансоном, пропустив его через отверстие матрицы (рис. 2.53, в). Равномерность зазора между пуансоном и матрицей регулируют фольгой
Рис. 2.53. Этапы изготовления съемника:
а) сверление отверстий под винты и штифты; б) разметка рабочего отверстия; в) получение оттиска; г) проверка перпендикулярности обработанных поверхностей; д) сборка
2.12.
Методы изготовления пуансонов и матриц
87
или, если зазор очень мал, пуансон покрывают слоем меди (медным купоросом) или химическим никелем. Далее по оттиску окончательно припиливают отверстие, контролируя его перпен
а)	б)
дикулярность плоскости съемника.
Подобным образом изготавливают и отверстия под пуансоны в пуансонодержателе. После обработки отверстий под пуансоны в пуансонодержателе пуансоны закрепляют в держателе и собирают штамп, предварительно установив необходимый зазор между пуансонами и матрицей. Далее крепят пуансонодержатель к верхней плите винтами. В последнюю очередь сверлят и развертывают отверстия под штифты, фиксирующие положение, пуан-сонодержателя относительно верхней плиты штампа (рис. 2.54).
Описанная выше традиционная технология изготовления основных деталей штампа, применяемая до настоящего времени на многих предприятиях, включает в себя большой объем слесарных работ и весьма трудоемка. Более эффективными являются современные методы обработки, прежде всего с использованием электроэрозии.
Если электрод-инструмент и заготовку детали штампа подключить к разным полюсам источника электрического тока (рис. 2.55, а) и, поместив в диэлектрическую жидкость, приближать электрод к заготовке, то при некоторой величине межэлектродного зазора возникает электрический разряд тока (искра). Электроны, вырванные с поверхности катода-инструмента, быстро достигают положительно заряженной поверхности заготовки и; нагревая ее, вызывают расплавление и испарение ее частиц в зоне разряда. На поверхности образуется лунка.
Большинство ионов, вылетевших с поверхности заготовки и имеющих значительную массу, охлаждаются жидкостью и не успевают достичь отрица
Рис. 2.55. Схемы основных видов электроэрозионной обработки (Эи — электрод-инструмент, Эд — электрод-деталь, ГИ генератор импульсов):
а)<электроискровая; б) электро-импульсная
88
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
тельно заряженного электрода и вызвать удаление материала с его поверхности. Съем материала происходит преимущественно с анода-заготовки. Постепенно перемещая электрод, можно получить в заготовке полость или сквозное отверстие, при этом форма полости или отверстия будет копией формы электрода.
Очевидно, что чем меньше ионов достигает поверхности электрода, тем меньше будет его износ и тем точнее можно вести обработку. Поэтому напряжением на межэлектродном промежутке управляют так, чтобы разряды тока были кратковременными (при чистовой обработке длительность импульса составляет 5—200 мкс, при черновой — 200—105мкс).
Если увеличить длительность импульсов тока, то будет раёти интенсивность съема материала с катода. Можно подобрать та
кое время протекания тока, при котором съем материала с катода будет значительным. В этом случае катодом должна быть заготовка (рис. 2.55, б).
В качестве охлаждающей жидкости используют различные
диэлектрики: масла, керосин, дистиллированную воду.
Различают электроэрозионную обработку профилированным
и непрофилированным электродом.
Обработка профилированным электродом осуществляется путем копирования — прямого и обратного. При прямом копировании (рис. 2.56, а) электрод-инструмент 1 находится над заготовкой 2, помещенной в ванну 3 с жидкостью 4, и посту
пательно перемещается к ней со скоростью ии. В результате прямого копирования получают полости, пазы, сквозные от
верстия. Для увеличения интенсивности обработки и вывода отходов 5 применяют принудительное прокачивание жидкости через зону обработки.
Технология изготовления отверстия в матрице путем црямого копирования заключается в следующем (рис. 2.56, б). В заготовке матрицы 1 предварительно традиционными методами выполняют рабочее отверстие с
Рис. 2.56. Схемы прямого копирования:
а) при получении пазов; б) при получении сквозных отверстий
припуском на электроэрозионную обработку, сверлят и
развертывают крепежные отверстия, производят термооб-
2.12. Методы изготовления пуансонов и матриц
89
Рис. 2.57. Схемы обратного копирования:
1 — электрод-пластина; 2 — пуансон; 3 — ванна; 4 — диэлектрик; 5 — продукты обработки
Рис. 2.58. Схема штампа для выручки деталей с тонкими перемычками и пазами
работку, шлифование плоское^ тей. Закаленную заготовку мат^ рицы устанавливают на столе станка, соблюдая равномерный межэлектродный зазор относительно электрода 2, закрепленно-, го в держателе 3, связанном с рабочей головкой электроэрози-онного станка. Электродом служит медная пластина толщиной 2—3 мм, изготовленная в соответствии с формой и размерами рабочего отверстия матрицы. Электроэрозионная обработка обычно выполняется за два перехода: получистовой и чистовой. Припуск на получистовую обработку (после фрезерования) составляет 0,1—0,3 мм, на чистовую — 0,03—0,04 мм на сторону.
Путем обратного копирования изготавливают пуансоны. В этом случае в электроде 1 выполняется отверстие заданной формы и размеров, и заготовка пуансона 2 постепенно вводится в отверстие электрода (рис. 2.57).
Применение обратного копирования позволяет, например, изготавливать монолитные блоки пуансонов для вырубки на одной позиции деталей с большим числом тонких пазов и мелких отверстий, включая детали с фигурными тонкими выступами и пазами шириной до 0,1—0,5 мм,
а также для вырубки деталей с перемычками, меньшими тол
щины штампуемого материала.
Штамп для вырубки подобных деталей (рис^ 2.58) содержит матрицу 2, полость которой залита легкоплавким сплавом 3 та
90
Глава 2. Разделительные операции листовой штамповки
ким образом, что дно полости находится ниже рабочей кромки матрицы на величину, равную, или несколько большую, толщине штампуемого материала. В легкоплавком сплаве установлены толкатели 4, обеспечивающие удаление отходов из матрицы и закрепленные в державке 1. Верхняя часть штампа содержит монолитный блок пуансонов 6 и подвижный съемник 5, который снимает деталь с пуансонов и прижимает заготовку к матрице в момент вырубки.
Заливка матрицы легкоплавким сплавом обеспечивает достаточную жесткость тонким перемычкам. После вырубки определенного числа деталей матрицу перетачивают. После переточки легкоплавкий сплав легко осаживается пуансонами до первоначального уровня по отношению к зеркалу матрицы.
Электроэрозионная обработка непрофилированным электродом (рис. 2.59) является в настоящее время одним из основных способов изготовления основных деталей разделительных штампов. Электродом-инструментом 1 в этом случае служит проволока из вольфрама или молибдена толщиной 0,02—0,05 мм или из латуни толщиной 0,1—0,3 мм.
Современные электроэрозионные станки позволяют реализовывать различные способы обработки: вырезать отверстия с вертикальными или наклонными стенками, одновременно обрабатывать пуансон и матрицу.
Для снижения влияния износа электрода на точность обработки проволоку перематывают в процессе обработки.
Непрофилированным электродом-проволокой вырезают также отверстия в съемниках и пуансонодержателях. Возможна одновременная обработка трех деталей: матрицы, съемника и пу ансоно держателя.
Современные электроэрозионные станки обеспечивают следующую точность обработки:
 на электроискровом режиме профилированным электродом — 6—7 квалитет, непрофилированным электродом 5—6 квалитет;	_ л
Рис. 2.59. Схема электроэрозион-- на электроимпульсном рёжи- ной обработки непрофильным ме — 9—10 квалитет.	электродом (проволокой)
2.12.
Методы изготовления пуансонов и матриц
91
Шероховатость обработки на электроискровом режиме на твердых сплавах составляет Ra = 0,2—0,3 мкм, на сталях Ra = = 0,3—0,6 мкм. Шероховатость обработки в электроимпульс-ном режиме составляет Rz = 20—40 мкм [3,4].
Электроэрозионная обработка является наиболее эффективным методом изготовления деталей штампов. В большинстве случаев ее применение позволяет автоматизировать технологический процесс, полностью исключить слесарные доводочные работы.
ГЛАВА3
РАСКРОЙ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА
3.1. РОЛЬ РАСКРОЯ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Раскроем называют способ расположения плоских деталей или заготовок в исходном материале или промежуточной заготовке. В себестоимости листоштампованных деталей стоимость материала составляет иногда до 90%, поэтому экономное использование материала за счет выбора рационального варианта раскроя является одной из основных возможностей повышения эффективности листовой штамповки. Именно по этой причине оптимизация раскроя стала одной из первых задач в штамповке, решаемых с помощью ЭВМ.
Маршруты переработки листового проката весьма многообразны и зависят от масштаба производства, имеющегося на предприятии технологического оборудования, условий поставки исходного материала, размеров штампуемых деталей и дру
гих факторов.
Предприятие может получать исходный материал в виде
широкого рулона, ленты (узкого рулона) и листа. При больших
Рис. 3.1. Граф маршрутов раскрой листовых материалов
объемах перерабатываемого металла даже в условиях серийного и мелкосерийного производства предприятию может оказаться экономически выгодным самому осуществлять раскрой широких рулонов на ленты, листы, полосы и карты, поэтому раскрой исходного материала может осуществляться в несколько этапов.
На рис. 3.1 показан граф возможных маршрутов переработки листового проката. Вершины этого графа определяют форму
94
Глава 3. Раскрой листового материала
состояния материала: исходный материал, промежуточная заготовка, плоская деталь или заготовка для последующей штамповки. Ребра графа определяют технологические переходы переработки металла. Все ребра, заканчивающиеся в вершине 6, отвечают операциям штамповки — вырубке, пробивке, отрезке и др., ребра же, заканчивающиеся в вершинах 2—5, отвечают заготовительным переходам: разрезке широких рулонов на ленты или листы, листов — на полосы или карты и др.
Общим показателем эффективности использования металла является коэффициент использования Кп — безразмерная величина, определяемая отношением массы изделия к норме расхода металла на его изготовление. Так как при листовой штамповке изменение толщины материала обычно незначительно, то коэффициент его использования можно определить отношением площади изделия (детали) к площади части исходного материала, приходящейся на одно изделие (деталь):
Мл ^д
_ д ~р~'	<3,1)
где Мд и Нр — соответственно масса детали и норма расхода материала на одну деталь; и FM — соответственно площадь поверхности детали и площадь исходного материала, приходящаяся на одну деталь.
Величина коэффициента использования металла существенно зависит от формы изделия, в том числе размеров и количества отверстий, поэтому для оценки эффективности вариантов раскроя удобнее использовать так называемый коэффициент раскроя, который применительно к листовой штамповке определяется отношением площади, ограниченной наружным контуром плоской детали или заготовки (F н), к площади FM части исходного материала, приходящегося на эту деталь:
к =	•	(3.2)
Г М
Если раскрой осуществляется в несколько переходов, например, по маршруту!—2—6 или 3—4—5—6, то коэффициент раскроя следует определять для каждого перехода, результирующий же коэффициент раскроя равен произведению таких коэффициентов пр переходам.
Среди многих задач раскроя можно выделить такие, которые по своей математической постановке и алгоритму решения
3.1. Роль раскроя в технологическом процессе листовой штамповки	95
являются общими для нескольких маршрутов переработки исходного материала. К таким задачам относятся раскрой полосы на плоские детали или заготовки для последующей штамповки, раскрой листов на полосы, раскрой широких рулонов на узкие (ленты).
3.2. РАСКРОЙ ПОЛОСЫ НА ПЛОСКЙЕ ДЕТАЛИ И ЗАГОТОВКИ
В зависимости от формы и размеров детали, требований к ее точности штамповка из полосы может осуществляться за счет использования многих разделительных операций: вырубки, пробивки, отрезки, обрезки, разрезки. Так как рулон можно рассматривать как полосу большой длины, то этот случай также рассматривается как раскрой полосы (ребра 1—5 и 2—5 графа, см. рис. 3.1).
Если наружный контур детали полностью оформляется на одной позиции, т. е. за счет вырубки, то между двумя соседними
Рис. 3.2. Схемы раскроя полос при вырубке круглых заготовок: а) однорядный; б) двухрядный параллельный; а) двухрядный шахматный
деталями должна оставаться перемычка. Перемычки должны обеспечить достаточную жесткость и прочность отхода с тем, чтобы при штамповке он не разрывался, не втягивался в матрицу, что может привести к травмированию рук рабочего, снижению стойкости штампа. Перемычки компенсируют также возможную неточность шага ПОДаЧИ ПОЛОСЫ;
Минимальный размер перемычки зависит от механических свойств материала, его толщины, формы и размеров штампуемой детали (см. табл. 2.3).
Раскрой полосы существенно зависит от формы штампуемой детали.
Вырубку круглых деталей можно производить в один или несколько рядов при параллельном и шахматном расположении деталей (рис. 3.2).
96
Глава 3. Раскррй листового материала
Рис. 3.3. Схемы вариантов раскроя с перемычками между деталями и краем полосы
Расстояние между одноименными точками двух соседних деталей в ряду называют шагом штамповки. На это расстояние перемещается полоса после очередной вырубки.
Коэффициент раскроя увеличивается при переходе от однорядного раскроя к многорядному параллельному и шахматному и тем больше, чем больше количество рядов. Ориентировочно можно считать, что каждый ряд при параллельном раскрое приводит к увеличению коэффициента раскроя на 3—5%, при шахматном раскрое — на 1,5—3% по сравнению с параллельным.
При штамповке деталей иной формы в плане, чем круглая, возможны следующие варианты раскроя:
—	раскрой с перемычками по всему контуру детали (см. рис. 2.16, г, д);
—	раскрой с перемычками только между соседними деталями (см. рис. 2.15, г) или только между деталями и краем полосы (рис. 3.3);
—	раскрой без перемычек (см. рис. 2.15, а, б).
Условно второй вариант раскроя называют малоотходным, а третий — безотходным.
При малоотходных и безотходных вариантах раскроя разделение осуществляется за счет односторонней или двухсторонней отрезки, обрезки и разрезки, поэтому область применения этих вариантов раскроя ограничивается с одной стороны формой детали, а с другой — возможностью обеспечения требуемой точности на соответствующий размер детали.
Как и при штамповке круглых деталей, раскрой деталей более сложной формы может быть однорядным и многорядным, при этом при многорядном раскрое может быть так называемое встречное расположение деталей одного ряда по отношению к другому (рис. 3.4, в).
3.2.
Раскрой полосы на плоские детали и заготовки
97
Рис. 3.4. Схемы раскроев некруглых заготовок:
а) однорядный прямой; б) однорядный наклонный; в) двухрядный встречный прямой; г) двухрядный встречный наклонный
В зависимости от расположения штампуемых деталей по отношению к базовой линии (обычно краю) полосы раскрой может быть прямым (см. рис. 3.4, а) и наклонным (см. рис. 3.4, б).
При штамповке из ленты (полосы большой длины) коэффициент раскроя можно определять отношением площади, ограниченной наружным контуром детали, к площади прямоугольника со сторонами, равными ширине полосы и шагу штамповки:
где Nt— количество деталей, расположенных в прямоугольнике с размерами Вп и t.
При штамповке деталей из полос, отрезаемых от листа и имеющих сравнительно небольшую длину, необходимо учитывать возможность неполного использования начала и конца полосы. Это относится прежде всего к случаям шахматных, встречных и наклонных раскроев. Коэффициент раскроя в этих случаях следует определять как отношение пло-
98
Глава 3. Раскрой листового материала
щади всех деталей, получаемых из полосы, к площади этой полосы:
КР=
N F п д.н
(3.4)
где Nn— количество деталей, получаемых из полосы; L — длина полосы.
Из-за особенностей конструкции штампа и способа подачи полосы на шаг штамповки может оказаться, что в конце полосы одна или несколько деталей не будут отштампованы. Так, при штамповке по схеме рис. 3.5, если конечный участок полосы длиной tK будет равен шагу штамповки, то использовать этот участок окажется невозможно, так как после очередного продвижения полосы на шаг штамповки и обрезки кромки шаговым ножом, зафиксировать новое положение полосы не удастся.
С учетом указанных особенностей раскроя количество деталей, получаемых из полосы при однорядной или многорядной параллельной штамповке, можно определить с помощью следующего выражения:
Na = N0 + lNt-NK,	(3.5)
где No — количество деталей, штампуемых на начальном участке полосы длиной t0 (см. рис. 3.5); I — целая часть числа L — (^о + Ъ) ---------; b — величина перемычки между деталями; Nt — ко
личество деталей, щтампуемых за один шаг подачи; t — шаг штамповки; NK— количество деталей, которые не могут быть отштампованы в конце полосы из-за особенностей конструкции штампа или способа подачи полосы.
Одна и та же деталь может допускать несколько вариантов раскроя (см. рис. 3.4). Поиск лучшего варианта раскроя сводит-
ся к рассмотрению различных положений деталей в полосе и сравнению значений коэффициентов раскроя, соответствующих этим положениям, однако такой поиск, особенно при сложной форме детали, оказывается весьма трудоемким. Поэтому при традицион-
Рис. 3.5. Схема раскроя с шаговым ножом
3.2.
Раскрой полосы на плоские детали и заготовки
99
ном проектировании без использования технических средств найденный вариант раскроя далеко не всегда оказывается оптимальным.
Для решения этой задачи в настоящее время используется несколько алгоритмов, реализованных на ЭВМ [14, 43].
Для автоматизированного проектирования раскроя необходимо прежде всего описать геометрию детали. Это можно выполнить, разбивая контур детали на простейшие элементы — отрезки и дуги окружности и указывая координаты точек пересечения (сопряжения) этих элементов. Если элементом контура является более сложная кривая, чем дуга окружности, то эта кривая может быть аппроксимирована ломаной линией. Программное обеспечение современных графических машинных систем позволяет автоматически получить такое описание построенного плоского контура в виде так называемого про-филь-файла, определить площадь, ограниченную этим контуром, его периметр, координаты центра тяжести и ряд других геометрических характеристик.
Если штамповка осуществляется за счет вырубки и между соседними деталями в полосе должна быть перемычка, то при автоматизированном проектировании раскроя удобно иметь контур детали, расширенный на половину величины перемычки. В этом случае условием плотного расположения двух соседних контуров является условие их касания. Расширение контура может быть выполнено сравнительно просто путем построения эквидистанты, отстоящей от заданного контура детали на половину величины перемычки.
Один из алгоритмов поиска оптимального расположения деталей в полосе основан на построении так называемого годографа функции плотного расположения (ГФПР) [43]. ГФПР называют кривую, которую описывает конец вектора, соединяющего одноименные точки (полюса) двух одинаковых фигур, одна из которых перемещается относительно другой, касаясь ее и не изменяя угловой ориентации. В качестве полюса можно выбирать любую точку, однако для общности алгоритма целесообразно выбрать точку, которая имеется у любой произвольной плоской фигуры, например центр тяжести.
Последовательность построения ГФПР может быть следующей (рис. 3.6, а). Расширенный на половину величины перемычки контур 1 плоской фигуры, заданный координатами
100	Глава 3. Раскрой листового материала
Рис. 3.6. Схема оптимизации раскроя с помощью ГФПР:
а) графическая иллюстрация алгоритма; б) годограф функции плотного расположения; в) эскиз раскроя полосы
узловых точек x1(z), смещается в направлении оси X на величину габаритного размера Ах = xmax + xmin. В результате такого смещения получается контур 2, узловые точки которого имеют координаты x2(Z) = x1(z) + Ах, у2^ = Полюса О1 и О2 контуров соединяются вектором р. Далее последовательно с некоторым шагом Аа осуществляется поворот вектора р и изменяется его длина так, чтобы условно закрепленный на его конце контур 2 касался неподвижного контура 1. Такая процедура хотя и является несколько громоздкой, однако она описывается простыми уравнениями преобразования координат и легко реализуется с помощью ЭВМ.
3.2.
Раскрой полосы на плоские детали и заготовки
101
В каждом новом положении контура 2 модуль вектора р численно равен шагу штамповки t, а ширина полосы В определяется как кратчайшее расстояние между прямыми, проведенными параллельно вектору р через точки контура 1, имеющие соответственно максимальную и минимальную ординаты в системе координат X', Y', повернутой относительно исходной системы координат на угол а. Например, вектору р, повернутому на угол а\ соответствующий положению контура 2', отвечает шаг штамповки t' = ОгО2 и ширина полосы В'.
В результате многократного повторения описанной процедуры при изменении угла а от 0 до 2 л строится ГФПР (рис. 3.6, б). Для каждой точки годографа запоминается значение угла а и соответствующие ему величины модуля вектора р (шаг штамповки) и ширины полосы В. Оптимальному раскрою соответствует минимум произведения В|р|. Для рассматриваемого примера оптимальному раскрою на ГФПР будут соответствовать две равноценные точки: а и аг с углами а = 45° и а = 225°.
Из рис. 3.6, а следует, что при а = Zm/2, где k = О; 1; 2; 3, получается расположение контуров, отвечающее прямому раскрою* а при всех прочих значениях а — наклонному (рис. 3.6, в)
Для вычисления параметров встречного раскроя контур 2 получается в результате предварительного поворота контура 1 относительно осей X и Y на 180°.
Более компактный алгоритм поиска оптимального варианта раскроя полосы можно построить, если обратить внимание на тот факт, что оптимальному раскрою всегда соответствует такое положение двух контуров, при котором некоторая выпуклая часть одного из них касается невыпуклой части другого [14]. Эффективность такого подхода очевидна. Так, при анализе различных вариантов расположения фигур, приведенных на рис. 3.6, б, достаточно рассмотреть лишь участок b—а—с ГФПР.
Необходимо отметить, что вариант, обеспечивающий наибольший коэффициент раскроя, не всегда оказывается рациональным в конкретных производственных условиях. Раскрой, помимо экономного использования материала, должен обеспечивать удобство изготовления и эксплуатации штампа, достаточную стойкость его рабочих частей.
102
Глава 3. Раскрой листового материала
Выбор рационального варианта раскроя зависит от формы и размеров детали, возможностей инструментальной базы предприятия, соблюдения требований техники безопасности при работе.
 Так, многорядные раскрои обычно применяют при штамповке мелких деталей при крупносерийном и массовом выпуске продукции, так как такие раскрои могут быть реализованы в сложных, и, следовательно, дорогих штампах, имеющих соответствующее количество рядов рабочих элементов (пуансонов, матриц). Двухрядный параллельный или встречный раскрой может быть реализован и в штампе с одним рядом рабочих элементов при двухкратном пропуске полосы с ее переворотом на 180° между пропусками. Однако такая технология исключает применение средств автоматизации и ухудшает условия работы штамповщика, так как при первом проходе полоса изгибается, что затрудняет ее продвижение в штампе.
При штамповке средних и крупных деталей обычно применяют однорядные раскрои.
Если формирование различных вариантов и расчет соответствующих им значений коэффициентов раскроя можно сравнительно просто автоматизировать с помощью ЭВМ, то принимать решение о выборе рационального варианта с учетом всех прочих факторов! должен технолог.
При штамповке крупных и средних листовых деталей в качестве заготовки часто применяется не полоса, а штучная заготовка обычно в виде прямоугольника (иногда в виде параллелограмма или трапеции). Будем называть в дальнейшем такую заготовку картой.
Задача по определению размеров карты сводится к построению прямоугольника, имеющего минимальную площадь, вокруг контура детали так, чтобы между сторонами прямоугольника и контуром детали сохранялась необходимая перемычка (рис. 3.7, а).
Как и при раскрое полосы, исходный наружный контур детали целесообразно расширить в данном случае на полную величину перемычки, криволинейные участки контура аппроксимировать ломаными линиями.
Алгоритм поиска прямоугольника, описанного вокруг расширенного контура детали, может быть организован следующим образом. Исходная система координат OXY преобразуется так, что одна из ее осей (например ось X) становится парал-
3.2.
Раскрой полосы на плоские детали и заготовки
.103
Рис. 3.7. Схемы вариантов раскроя карты
лельной одной из сторон контура детали (рис. 3.7, б). Стороны искомого прямоугольника проводятся параллельно новым осям ОХ1 и ОУг через вершины контура, координаты которых имеют экстремальные значения.
Карты отрезают от полос, при этом один из размеров прямоугольной карты определяет ширину полосы (рис. 3.7, в, г). Предпочтительным, является вариант, когда ширина полосы равна большему размеру карты.
Количество карт, получающихся в полосе, может быть рассчитано по общей методике с помощью формулы (3.5).
3-3- СПОСОБЫ ФИКСАЦИИ ШАГА ПОДАЧИ.
РАСЧЕТ ШИРИНЫ ПОЛОСЫ
Схема раскроя полосы является основой для разработки технологического процесса штамповки, однако ширина полосы зависит не только от размеров детали и величины перемычек между ними, но и от вида заготовки (лента или полоса, отрезанная от листа), типа штампа? способа подачи и фиксации шага штамповки.
104
Глава 3. Раскрой листового материала
Перемещение полосы в штампе может осуществляться как вручную рабочим, так и автоматически с помощью подающих устройств.
При ручной подаче полосы шаг штамповки фиксируется с помощью шаговых ножей или упоров.
Шаговые ножи применяются в штампах последовательного действия. В этом случае специальный пуансон-нож обрезает край полосы на длине, равной шагу штамповки (см. рис. 3.5). После такой обрезки полоса может быть продвинута на шаг. Минимальная ширина кромки полосы, обрезаемая шаговым ножом, равна величине перемычки между деталями (см. табл. 2.3). Форма и размеры прямоугольных в плане шаговых ножей стандартизованы. Штамповка с шаговыми ножами удобна, производительна, но сопровождается увеличением расхода материала и поэтому особенно в условиях массового и крупносерийного про
изводств нежелательна.
Шаговые ножи целесообразно применять в следующих слу
чаях:
—	когда они не только фиксируют шаг подачи, но и одновременно производят фигурную обрезку части наружного контура детали (см. рис. 3.3, б);
—	когда шаговый нож можно расположить в отходе полосы и его применение не требует увеличения ее ширины;
—	когда не удается применить другой способ фиксации шага подачи.
Более экономично использование для фиксации шага подачи упоров, наиболее распространенные конструктивные исполнения которых стандартизованы. Упоры почти всегда применяются в штампах совмещенного действия с ручной подачей полосы (рис. 3.8); нередко их устанавливают и в штампах последовательного действия.
Рис. 3.8. Схема штамповки с направлением и фиксацией шага подачи полосы по упорам:
1 — шаговый упор; 2 — направляющий упор
3.3.
Способы фиксации шага подачи. Расчет ширины полосы'
105
Рис. 3.9. Схема фиксации шага пода-
чи с помощью специального упора
Переброска полосы через жестко закрепленный упор задерживает темп работы, поэтому изыскивают способы, позволяющие продвигать полосу без ее переброски через упор. Одна из таких возможностей показана на рис. 3.9.
Упор 1 встроен во вспомо-. гательный пуансон 2, который при рабочем ходе ползуна пресса разрезает перемыч
ку, что позволяет продвинуть полосу на один шаг. Ход ползуна должен быть ограничен величиной А так, чтобы при верхнем положении ползуна конец упора не поднимался выше зеркала матрицы.
Следует отметить, что при схеме штамповки, показанной на рис. 3.9, первая деталь в полосе не будет вырублена. Для устранения этого недостатка применяют так называемые временные упоры, которые используются только при штамповке первой детали (рис. 3.10).
При работе с автоматиче-
Рис. 3.10. Схема штамповки с вре- - СКОЙ менным упором:
а) с неподвижным съемником; б) с подвижным съемником-прижимом:
1 — временный упор; 2 — съемник;
3 — матрица; 4 — направляющая
планка; 5 — шаговый упор
подачей перемещение полосы (ленты) на шаг штамповки осуществляется автоматически, однако для повышения точности фиксации положения заготовки перед штамповкой применяют так
называемые фиксаторы, которые «ловят» полосу по ранее пробитым отверстиям (см. рис. 2.50). В качестве таких отверстий
могут использоваться как отверстия в детали, так и специально
106
Глава 3. Раскрой листового материала
Рис. 3.11. Варианты положения полосы в штампе: а) расчетное положение; б) возможное положение:
1 — матрица; 2 — планка направляющая; 3 — заготовка
пробиваемые технологические отверстия. Технологические отверстия для фиксации заготовки выполняют или в полосе за пределами наружного контура детали или в самой детали в зоне большего отверстия, которое пробивается позднее. Иногда технологические отверстия приходится по согласованию с конструктором вводить в чертеж детали. Фиксаторы могут крепиться как в пуансонах, так и в пуансонодержателе. Наиболее часто применяемые конструкции фиксаторов стандартизованы (см. п. 7.5).
В штампе полоса (лента) перемещается между направляющими, каковыми могут быть штифты, планки', выступы на съемнике, при этом штамповка может осуществляться как с прижимом полосы к одной из направляющих с помощью специальных прижимных устройств, так и без прижима. В последнем случае между полосой и направляющими должен быть предусмотрен так называемый гарантированный зазор Zr, необходимый для свободного продвижения полосы (рис. 3.11).
После решения вопросов, связанных с подачей полосы и фиксацией шага штамповки, может быть рассчитана необходимая ширина полосы.
Ширина полосы должна быть такой, чтобы при всех условиях сохранялась минимально необходимая перемычка между краей полосы и вырубаемым контуром детали. Для этого должен быть учтен минусовой допуск на ширцну полосы (ленты) и обеспечен гарантированный зазор между полосой и направляющими.
В общем случае ширину полосы можно рассчитать по следующей формуле:
Вп= [Ад + а(2 + Хш) + 2(ХА + ХпАп) + Хг5н]-Дп> (3.6)
3.3.
Способы фиксации шага подачи. Расчет ширины полосы '
107
где Ад — размер вырубаемой детали; а — величина боковой перемычки; Zr — гарантированный зазор между полосой и направляющими; Ди — абсолютная величина допуска на ширину полосы (ленты); 8Н — допуск на расстояние между направляющими.
Коэффициенты хш, хг и хп в уравнении (3.6) принимают слет дующие значения: хш = 0 — при отсутствии шаговых ножей; хш = 1 — при наличии одного шагового ножа; хш = 2 — при наличии двух шаговых ножей; хг = 0 и хп = 0,5 — при наличии прижима полосы к одной из направляющих; хг = хп = 1 — при отсутствии прижима.
Значения допусков на ширину полос, отрезаемых на листовых ножницах, и лент, отрезаемых на дисковых ножницах, приведены в табл. 2.2.
Значения допусков на ширину стандартных лент выбираются по соответствующим стандартам.
Рекомендуемые значения гарантированного зазора ZT и допусков между направляющими приведены в табл. 3.1 [41].
Таблица 3.1. Наименьшие значения гарантированного зазора между направляющими и полосой и допуска на расстояние между направляющими [41]
Ширина полосы, мм	Допуск 8Н	Гарантированный зазор ZT при . толщине штампуемого материала				
		ДО 1,0	св. 1,0 до 2,0	св. 2,0 до 3,0	св. 3,0 до 5,0	св. 5,0
ДО 10	0,15	0,50	0,75	1,00	1,00	1,50
св. 10 до 50	0,25	0,50	0,75	1,00	1,00 '	1,50
св. 50 до 80	. 0,30	0,75	0,80	1,00	1,20	1,50
св. 80 до 120	0,35	1,00	1,00	1,20	1,40	2,00
св. 120 до 180	0,40	1,00	1,20	1,40	1,60	2,00
св. 180 до 250	0,46	1,20	1,40	1,50	2,00	2,50
св. 250	0,52	1,20	1,40	1,50	2,00	2,50
108
Глава 3. Раскрой листового материала
При использовании в качестве исходного материала стандартной ленты ее ширина, рассчитанная по формуле (3.6), округляется до ближайшего большего стандартного размера.
Выбор варианта раскроя, типа штампа^ способа подачи и фиксации заготовки предопределяет технологию ее обработки. На основании этих данных может быть разработана так называемая схема обработки заготовки, на которой изображается расположение штампуемой детали в полосе (ленте), шаговых ножей и упоров, последовательность оформления элементов (контуров) детали, а также технологических отверстий. Схема обработки вместе с эскизом плоской заготовки, получаемой в данном штампе, составляет основу технического задания на проектирование штампа.
3.4. РАСКРОЙ ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Как отмечалось выше, основными видами исходного материала являются листы и рулоны. Листы обычно разрезают на полосы, которые служат заготовками для штамповки или подвергают последующей разрезке на карты (ребра 3—4 и 4—5 графа рис. 3.1). Раскрою рулонного материала отвечают ребра 1—2) 1—3,1—4,1—5,1—6 графа, изображенного на рис. 3.1, однако все варианты, кроме первого, относятся к так называемому поперечному раскрою й сводятся к рассмотренному выше раскрою полосы. Самостоятельное значение имеет так называемый продольный раскрой рулонов, которому соответствует ребро 1—2 графа на рис. 3.1.
Раскрой листов на полосы широко применяют при мелкосерийном и серийном производстве листовых деталей.
Если отсутствуют требования к направлению волокон металла в заготовке, то полосы можно отрезать от листа вдоль одной или другой его стороны.
Раскрой по схеме рис. 3.12, а, когда линия отрезки параллельна направлению волокон материала листа, называют продольным) а раскрой по схеме рис. 3.12, б) когда линии отрезки перпендикулярны направлению волокон, — поперечным. В этих случаях один из размеров листа определяет длину полосы, а количество полос, которое можно отрезать от листа, равно целой части отношения его другого размера к ширине полосы.
3.4.
Раскрой исходных материалов
109
Рис. 3.12. Варианты раскроя листов на полосы
Продольный и поперечный раскрои листов на полосы одной ширины легко проектируются и реализуются, поэтому они наиболее часто применяются в производстве.
При отрезке полос от листа образуются отходы как вследствие некратности длины полосы шагу штамповки, так и вследствие некратности длины (ширины) листа ширине полосы. Эти отходы могут быть очень значительными при больших размерах штампуемых деталей и неудачно подобранных размерах листа.
Сложные раскрои, когда от листа отрезаются полосы одной ширины, но направление отрезки изменяется (рис. 3.12, в) или когда от листа отрезается несколько полос разной ширины
но
Глава 3. Раскрой листового материала
(рис. 3.12, г), обычно дают меньше отходов, чем простые раскрои, но трудоемкость их реализации значительно больше. Сложные раскрои применяют при штамповке деталей из цветных металлов, нержавеющих сталей и других Дорогостоящих материалов. Внедрение сложных схем раскроя сдерживается еще и тем, что они труднее проектируются традиционными методами.
Величину коэффициента раскроя листа можно определить следующим образом:
.	. Уд.в
р л £лвл ’
(3.8)
где Na — количество деталей, получаемых из листа, при этом В	L
при продольном раскрое и Nn =	— при попереч-
ном раскрое; Nn — количество деталей в полосе, определяемое по формуле (3.5); £л и Вл — соответственно длина и ширина листа.
Поиск варианта раскроя, обеспечивающего экономное использование исходного материала, может сводиться к решению следующих задач:
—	выбор из некоторого множества листа с такими размерами, при раскрое которого на одноименные заготовки отходы минимальны;
—	определение такого расположения одноименных заготовок в листе заданных размеров, при котором отходы оказываются минимальными;
—	поиск такого набора заготовок, при раскрое которых из одного листа отходы получаются минимальными;
—	разработка плана раскроя путем решения задачи, объединяющей три названных выше.
Необходимо иметь в виду, что решение любой из перечисленных задач предполагает анализ большого числа вариантов раскроя. Так, например, при раскрое листа с длиной и шириной соответственно 2000 и 1000 мм на прямоугольные карты с размерами 175 х 135 мм следовало бы рассмотреть 4366 вариантов, из них только два равноценных варианта позволяют получить минимальные отходы.
Совершенно очевидно, что выполнить такую работу вручную человек (технолог) не в состоянии, поэтому раскрои, разрабо-
3.4.
Раскрой исходных материалов
111
тайные без использования технических средств, прежде всего ЭВМ, часто оказываются не оптимальными.
При проектировании раскроя исходного материала (листов, рулонов) приходится учитывать целый ряд организационнотехнологических ограничений, связанных с особенностям# используемого штамповочного оборудования, условиями техники безопасности, культурой организации производства, квалификацией кадров на конкретном предприятии. К таким ограничениям относятся минимальная и максимальная длины отрезаемых полос, минимальная ширина остатка листа, необходимая для его прижима к столу ножниц (см. п. 2.4.1), количество наименований полос, отрезаемых от одного листа, число различных планов раскроя, в которых может участвовать одна и та же заготовка, количество типоразмеров листов, участвующих одновременно в раскрое, и др.
Большое количество организационно-технологических ограничений существенно снижает возможности экономии материала, затрудняет применение строгих оптимизационных математических методов, поэтому при проектировании раскроя листов обычно применяют упрощенные или, как их иногда называют, условные алгоритмы [27], которые позволяют находить так называемые рациональные варианты раскроя, т. е. варианты, при которых обеспечивается экономное (но не обязательно минимальное с математической точки зрения) расходование материала и сравнительно простая их реализация.
Наиболее просто с математической точки зрения решаются первая и вторая задачи, когда для некоторого вида материала, определяемого маркой, толщиной, требованиями к качеству поверхности, точности и др. (см. п. 1.3.2), производится выбор из некоторого множества листов с размерами Ь3л9В3л (j = 1, 2, ...,&) одного листа, при раскрое которого на одноименные заготовки f-го наименования по схемам рис. 3.12, а, б коэффициент раскроя (целевая функция) оказывается максимальным, т. е. ищется
тах(^")=	;	,
"л "л
где — коэффициент раскроя f-й заготовки в листе j-го размера, — количество i-x заготовок (деталей) в листе j-го размера.
112
Глава 3. Раскрой листового материала
гу	"^л тт(ЛГ)	тт(Л])
С учетом того, что--— = К/ , где Яр — норма расхода
материала при раскрое /й детали из j-го листа, yz и Sz — соответственно плотность и толщина материала, то лучшим будет лист, для которого сумма Z будет минимальной.
Как правило, группа деталей, для которой выполняется оптимизация раскроя, включает в себя крупные и мелкие детали, при этом на суммарный коэффициент раскроя решающее влияние оказывают крупные детали. Кроме того, мелкие детали обычно раскраиваются значительно экономнее, чем крупные. Поэтому для сокращения времени поиска оптимального варианта раскроя целесообразно из всей рассматриваемой группы деталей выделить подгруппу крупных деталей. В работах [15,27] указаны некоторые приемы выделения подгруппы крупных заготовок, например, ограничением этой подгруппы средней по массе заготовкой.
Рассмотренное выше решение можно улучшить, если остатки на некратность (см. рис. 3.12, а, б) при раскрое одних, преимущественно крупных заготовок, рассматривать как исходный лист для раскроя других заготовок, переходя, таким образом, к комбинированным раскроям по типу раскроев, показанных на рис. 3.12, г, д. Если суммарной площади остатков от раскроя первоначально выделенной подгруппы крупных заготовок оказывается недостаточно для размещения в этих остатках мелких заготовок, то подгруппа крупных заготовок может быть расширена.
На рис. 3.13 представлена блок-схема алгоритма оптимизации раскроя листов на полосы с выделением подгруппы крупных заготовок.
Более строго с математической точки зрения может быть поставлена и решена задача оптимизации продольного раскроя широких рулонов. Развернутый рулон можно рассматривать как лист с ограниченной шириной Bi и неограниченно большой длиной L что позволяет при составлении вариантов раскроя не принимать во внимание отходы по длине рулона, возникающие вследствие ее некратности шагу штамповки. Эти отходы учитываются лишь при определении коэффициента раскроя и нормы расхода материала, а задача проектирования раскроя сводится
3.4.
Раскрой исходных материалов
113
Банк параметров исходных листов
Банк параметров плоских деталей и заготовок
Рис. 3.13. Блок-схема системы раскроя листов на заготовки
к максимальному использованию рулона по ширине. Важным обстоятельством является также то, что раскрой рулонов осуществляется на автоматизированных раскройных линиях, имеющих очень высокую производительность (до 100 тонн в
114
Глава 3. Раскрой листового материала
Рис. 3.14. Схемы продольного раскроя рулонов
смену), вследствие чего трудоемкость реализации не является фактором, ограничивающим применение сложных раскроев.
Исходными данными для раскроя являются параметры запускаемых й производство деталей (размер партий запуска параметры раскроя полос, в том числе ширина полос В-, шаг штамповки и др.) и параметры имеющихся рулонов (ширина 1 Bi и масса Mi).
Если рулон имеет ровную (обрезную) кромку, то схема его раскроя имеет вид, показанный на рис. 3.14, а. Если кромка рулона необрезная, то раскрой осуществляется одновременно с обрезкой кромок (рис. 3.14, б). В последнем случае полезная ширина рулона меньше исходной на суммарную ширину обрезаемых кромок, которая определяется в соответствии с техническими возможностями ножниц.
Часто начальный и конечный участки рулонов бывают сильно деформированными, и их приходится обрезать. Длины этих участков устанавливаются на основании опыта. С учетом этого обстоятельства полезная длина рулона оцределйтся следующим выражением:
где S и у — соответственно толщина и плотность материала; Lo и LK — длина начального и конечного отрезаемых участков рулона. Количество полос каждой ширины Вр необходимое для Получения заданной партии i-x деталей:
Pi *д
где N& — число i-x деталей, получающихся в полосе длиной LK
3.4.
Раскрой исходных материалов
115
Таким образом, задача сводится к поиску варианта раскроя исходных рулонов шириной В7 и длиной L7 на полосы (ленты) шириной В- в количестве соответственно рр при котором суммарная масса использованных рулонов будет минимальной, а коэффициент раскроя — максимальным.
Коэффициент раскроя в данном случае можно определить как отношение массы всех заготовок к массе рулонов, использованных для получения этих заготовок:
£
где mi — масса i-й заготовки; х7 — количество использованных рулонов массой ЛР; п — количество наименований заготовок; k — количество рулонов, использованных для раскроя этих заготовок.
Как и при раскрое листов, целесообразно выделить группу крупных заготовок, а остатки от их раскроя рассматривать как новые рулоны с размещением в последних мелких заготовок.
Центральной частью программы оптимизации раскроя рулонов является составление его вариантов и поиска лучшего из них. Такой поиск является задачей линейного программирования и выполняется с помощью так называемого симплекс-метода. Сущность этого метода заключается в том, что вместо полного перебора всех возможных вариантов находится так называемый опорный вариант, и далее рассматриваются только те варианты, в которых большее значение коэффициента раскроя. Для реализации решения задачи симплекс-методом в настоящее время имеются стандартные программы.
На рис. 3.15 приведена блок-схема алгоритма поиска оптимального варианта раскроя рулонного материала.
Сравнение блок-схем алгоритмов раскроя листов и рулонов показывает их большое подобие по последовательности и назначению проектных процедур. Такое подобие подчеркивает необходимость и эффективность блочного построения программного обеспечения.
В целом система оптимизации раскроя исходных материалов представляет собой сложный информационно-программный комплекс, включающий базу данных об изделиях, деталях и
116
Глава 3. Раскрой листового материала
Банк параметров исходных рулонов
Банк параметров плоских деталей и заготовок
Рис. 3.15. Блок-схема системы продольного раскроя рулонов
3.4.
Раскрой исходных материалов
117
материалах, программное обеспечение расчетной части задачи; подсистемы подготовки и оформления результатов проектирования, в том числе карт эскизов раскроя.	4
Следует иметь в виду, что необходимость решения задачи по оптимизации раскроя в производственных условиях возникает по крайней мере дважды. В первый раз эту задачу приходится решать при технологической подготовке производства нового изделия. В этом случае в расчетах участвуют детали, входящие в состав только данного изделия. Назовем такой раскрой проектным.
В результате проектного раскроя должен быть определен рациональный сортамент листового проката, разработаны и оформлены карты его раскроя, определены подетальные нормы расхода материалов.
При производстве изделия часто исходные данные, принятые при проектном раскрое, оказываются не соответствующими конкретным текущим условиям. Например, в конкретный момент времени в распоряжении производства может оказаться иной сортамент материалов по сравнению с тем, который был принят при проектном раскрое. КрозЛе toro, на данный календарный период может планироваться отрезка заготовок для нескольких изделий, в которых используются материалы одной марки и толщины. Расширенный состав групп деталей, изготавливаемых из материала одной марки и толщины, по сравнению с проектным вариантом, в большинстве случаев позволяет получить более экономичные раскрои. Назовем раскрой, разрабатываемый непосредственно перед запуском в производство некоторых партий изделий, оперативным. Оперативный раскрой является задачей системы управления производством.
При оперативном раскрое необходимо добиваться такого положения, чтобы суммарный коэффициент раскроя для рассматриваемых деталей был не ниже проектного.
ГЛАВА4
ГИБКА
4.1.	ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОПЕРАЦИИ
Гибка применяется для изготовления самых разнообразных по форме деталей из листового материала, профильного проката, труб, проволоки. Чрезвычайно разнообразны и размеры деталей, изготавливаемых гибкой: от особо мелких деталей приборов и электронной аппаратуры до лонжеронов грузовых автомобилей длиной до 8 м и обечаек различных резервуаров диаметром до нескольких метров.
Гибка может осуществляться как на прессах в специальных и универсальных штампах, так и на специальных машинах: валковых листогибочных машинах, профилегибочных станах, универсальных листогибочных прессах и автоматах и др.
При гибке происходит изменение кривизны заготовки или отдельных ее частей, при этом материальные волокна заготовки получают разные по величине и знаку деформации, и возникающие при деформировании внутренние силы создаю!* изгибающий момент сопротивления изгибу относительно некоторой
Рис. 4.1. Эпюрь! изгибающего момента и поперечных при изгибе силой
120
Глава 4. Гибка
нейтральной поверхности, который преодолевается моментом внешних сил. Условие равенства моментов внешних и внутренних сил является исходным условием для определения силовых параметров гибки.
Изгиб под действием только внешнего изгибающего момента в теории называют чистым изгибом. На практике гибка осуществляется обычно поперечными силами, при этом в сечениях заготовки возникают как изгибающий момент, так и перерезывающие силы (рис. 4.1).
Влияние перерезывающей силы на величину изгибающего момента становится заметным лишь при малых величинах плеча d, на котором действует поперечная сила (см. рис. 4.1). Однако на практике условия, при которых влияние перерезывающей силы становится существенным, возникают сравнительно редко, поэтому результаты теоретического анализа чистого пластического изгиба обычно распространяются и на поперечный изгиб заготовок.
4.2.	НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕРИАЛА ПРИ ЧИСТОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ
При изгибе наружные по отношению к центру кривизны слои заготовки растягиваются в тангенциальном направлении, а внутренние — сжимаются. Слой, на котором тангенциальные напряжения равны нулю, называют нейтральным слоем напряжений.
Кроме того, при изгибе слои металла надавливают один на другой, в результате чего возникают радиальные сжимающие напряжения ог (рис. 4.2).
4.2.
средний слой нейтральный слой напряжений
Рис. 4.2. Эпюры главных напряжений при изгибе моментом
121
Напряженно-деформированное состояние материала
при чистом пластическом изгибе
Рис. 4.3. Схемы напряженного и деформированного состояний: а) при изгибе широких полос; б) при изгибе узких полос
Наличие третьего напряжения зависит от ширины изгибаемой заготовки. Если ширина заготовки значительна (В > 38), то деформации в направлении ширины затруднены и можно считать, что на большей ее части (кроме краев) возникает плоское деформированное состояние, при котором = ^(ог + of) (рис. 4.3, а).
Если заготовка узкая (рис. 4.3, б), то она может свободно деформироваться в направлении ширины, и напряженное состояние можно считать плоским. При свободном изгибе узких заготовок их поперечное сечение заметно искажается.
Величина радиального напряжения зависит от радиуса изгиба заготовки. При внутреннем радиусе изгиба г, большем пяти толщин заготовки, [or|max < 0,15os, и им можно с достаточной точностью пренебречь, а напряженное состояние считать линейным для узких полос и плоским для широких полос.
При малых радиусах изгиба (г < 58) величина |or|max возрастает и напряженное состояние материала заготовки следует рассматривать как объемное (например, при г = 8 |or| max = 0,35os).
В теории пластического изгиба доказывается [29], что в результате действия радиальных сжимающих напряжений нейтральный слой напряжений смещается относительно среднего
122
Глава 4. Гибка
слоя в сторону центра кривизны, и его положение (радиус) определяется следующим выражением:
Rh.c.h=V^,	(4.1)
где 7? и г — соответственно радиусы изгиба наружных и внутренних по отношению к центру кривизны слоев заготовки.
Одновременно со смещением нейтрального слоя напряжений в зоне изгиба изменяется (уменьшается) толщина заготовки, и это изменение также зависит от величины радиуса изгиба.
На рис. 4.4 приведена кривая изменения коэффициента утонения в зависимости от относительного внутреннего радиуса гибки r/S, полученная экспериментально путем замеров образцов из мягкой стали при изгибе на 90° [35].
4.3-	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА
ПРИ ЧИСТОМ ПЛАСТИЧЕСКОМ ИЗГИБЕ
Изгибающий момент внутренних сил, действующих в поперечных сечениях заготовки (см. рис. 4.2), определяется как сумма моментов, создаваемых тангенциальными напряжениями относительно нейтрального слоя:
R
мо = J агр dp.	(4.2)
Г
Обычно для решения уравнения (4.3) при принятом законе упрочнения из условия пластичности выражают <5t как функцию текущего радиуса изгиба р.
М. И. Прудников [33] показал, что для интегрирования уравнения (4.2) нет необходимости решать вопрос о распределении напряжений в поперечном сечении заготовки, а достаточно лишь определить зависимость интенсивности напряжений от интенсивности деформаций, т. е. закон упрочнения для данного материала. Решение, полученное Прудниковым, для заготовок с прямоугольным поперечным сечением имеет следующий вид:
D с>2
Мо = |34+2^112ст^’	(4'3)
где В и S — соответственно ширина и толщина заготовки; р — коэффициент, учитывающий вид схемы напряженного состояния (коэффициент Лодэ); Г| — коэффициент утонения заго-
4.3. Определение изгибающего момента при чистом пластическом изгибе	123
Рис. 4.4. Кривая изменения толщины заготовки при изгибе в зависимости от относительного радиуса изгиба
товки при изгибе (см. рис. 4.4); п — показатель упрочнения материала (при степенном законе упрочнения); — интенсивность напряжений на наружной по отношению к центру кривизны поверхности заготовки.
Формула (4.3) при своей простоте является общей для упругого и пластического изгиба.
Действительно, при упругом изгибе р = 1, п = 1, о/н = он = о; Т| = 1 и ЛГОупр = —о = Wain, где W — момент сопротивления поперечного сечения изгибу. В частности, при предельном упругом изгибе, когда*напряжения на наружной поверхности достигают величины предела текучести материала (рис. 4.5, а), справедливо соотношение:
мОупр = теът.	(4.4)
При пластическом изгибе без упрочнения широких заготовок (рис. 4.5, б) р = 1,15; п= 0; ц = 1; о/н = от и
МОпл = 1,15^ от = 1,725WT,
где от — предел текучести материала заготовки.
При пластическом изгибе без упрочнения узких заготовок (В < ЗВ):
М0пл = 1,5Жат.
124
Глава 4. Гибка
Рис. 4.5. Эпюры интенсивности напряжений при упругом и пластическом изгибе
Изгибающий момент при пластическом изгибе удобно записать в следующем виде:
МОпл = 7ПО^Т>	(4-5)
где тп0— так называемый относительный изгибающий момент, показывающий, во сколько раз изгибающий момент при пластическом изгибе больше предельного упругого изгибающего момента, определяемого формулой (4.4).
С учетом уравнений (4.3) и (4.4) находим
Вычислим значения тп0 для гибки широкой полосы (Р = 1,15), принимая степенной закон упрочнения <5- = Аг”, где
£
= —- , п = en, oQTTT = атае р, oQTTT— истинное напряжение в мо-71 z	pz оШ	В z оШ
ер
мент образования шейки на образце при линейном растяжении; ер— наибольшая равномерная логарифмическая деформация; ов— предел прочности материала заготовки (е = 2,72 — основание натурального логарифма).
Учитывая, что при плоском деформированном состоянии ez = Рер получим
m 3Р
О 2 + ер
(4.7)
4.3.	Определение изгибающего момента при чистом пластическом изгибе	125
где £/н = In J- — тангенциальная деформация наружной поверхности заготовки.
Расчеты по формуле (4.7) показывают, что для отдельные групп материалов величина тп0 мало зависит от изменения характеристик механических свойств в пределах этой группы а Например, при r/S = 1 для стали 08кп (е = 0,2, — = 0,63^ и
стали 45 fe =0,12, — = 0,64 \ относительный изгибающий мо-мент соответственно равен тп0 = 3,22 и тп0 = 3,12.
В табл. 4.1 приведены значения относительных изгибающих моментов при различных относительных радиусах изгиба для углеродистых конструкционных сталей.
Таблица 4.1. Значения относительного изгибающего момента при изгибе заготовок из углеродистых конструкционных сталей
	Значения относительного радиуса гибки r/S						
	0,25	0,5	0,8	1,0	2,0	3,0	5,0
	0,756	0,527	0,396	0,336	0,2	0,142	0,091
m0	3,1	3,24	3,25	3,27	3,1	2,94	2,73
n'o	1,95	2,05 >	2,06	2,07	1,95	1,85	1,72
В ряде случаев изгибающий момент бывает удобнее выражать через предел прочности материала:
Мо = m'0W<5s,
(4.8)
от зр
ГДе^0 = ^0- = —
/еР£<нУр 2
V еР )	1
Как следует из табл. 4.1, относительный изгибающий момент растет при уменьшении относительного радиуса гибки r/S до 1, а затем начинает уменьшаться. Это объясняется тем, что при очень малых относительных радиусах гибки (r/S < 1,0) заготовка утоняется интенсивнее, чем упрочняется ее материал.
126
Глава 4. Гибка
4.4.	РАСЧЕТ СИЛЫ ГИБКИ В ШТАМПАХ
Основными видами гибки в штампах является гибка V- и П-об-разных деталей. Гибка в штампах деталей другой формы так или иначе может быть сведена к выше названным видам гибки.
При гибке V- и П-образных деталей изгибаемая заготовка надавливает на матрицу, со стороны которой возникают реакции Q, создающие изгибающий момент относительно рассматриваемого сечения заготовки (рис. 4.6). Величина реакции Q определяется из условия равенства нулю проекций всех сил на вертикальную ось:
2Q cos 0 + 2Т sin 0 - Рг = О, откуда
. 2(cos 0 + |isin 0) ’
где Т = цф — сила трения; ц — коэффициент трения заготовки по матрице.
Сила гибки Рг может быть определена с использованием условия равенства моментов внешних и внутренних сил:
m'0W<JB = Q^d + ii^y	(4.10)
где d — плечо силы Q относительно изгибаемого сечения заготовки.
Решая совместно уравнения (4.9) и (4.1Q), получим выражение для определения силы гибки:
Рис. 4.6. Схемы нагружения заготовки при V- и П-образной гибке
4.4.
Расчет силы гибки в штампах
127
Плечо d силы Q относительно рассматриваемого сечения заготовки определяется из геометрических соотношений.
При гибке V-образных деталей (рис. 4.7, а):
d = ^0 -	+	+ S) tg 0’	(4tl2)
где L — расстояние между центрами закруглений рабочих кромок матрицы; ВмиЯп— радиусы закруглений рабочих кромок соответственно матрицы и пуансона.
Рис. 4.7. Стадии гибки V-образных деталей:
а), б) свободный изгиб; в) разгибание; г) правка; д) кривая изменений силы гибки	*
128	Глава 4. Гибка
При гибке П-образных деталей (см. рис. 4.6, б):
Z-S + (RM + Rn + S)(l - sin 0) d =--------------a-----------	(4.13
cos 0
Как следует из формул (4.11—4.13), сила гибки оказывается функцией как постоянных параметров инструмента и характеристик материала заготовки, так и текущего параметра процесса — угла поворота 0 заготовки относительно плоскости матрицы.
Как при V-образной, так и при П-образной гибке сила Рг достигает максимума при некоторой величине угла 0 = Qm.
При V-образной гибке сила достигает максимума, когда
D D - ( L l(L 4
0 = 0W = arcsin ~--тг- - 1 ,
т	V 2а hj\2a)	)’
где а = Ям + Яп + S.
Расчеты показывают, что при ” = 5 получаем 0т = 12°, а при
= 50 0т = 10°, т. е. при V-образной гибке сила достигает максимума в начале процесса деформирования.
На этом этапе деформирования плечо d сил Q (см. рис. 4.7, а) значительно ( например, при = 5, Qm = 12°, d = 4,9а), поэтому влиянием поперечных сил при изгибе можно пренебречь.
При гибке П-образных деталей сила достигает максимума при значительно больших значениях угла 0 поворота полки заготовки, при этом величина угла 0т, соответствующего максимуму усилия, зависит как от значений радиусов закруглений пуансона и матрицы, так и зазора Z между пуансоном и матрицей. Так при а = Ям + Яп + S = 48 и Z = S плечо d = 1,38S. При таких значениях плеча влияние поперечной силы при изгибе становится уже заметным, оно уменьшает величину момента, необходимого для изгиба заготовки, примерно на 15%.
Исследования авторов показали, что учитывать влияние поперечной силы при гибке П-образных деталей следует, если
(Ям + Rn + S)f - 1J < 0,4S.	(4.14)
4.4.
Расчет силы гибки в штампах
129
При выполнении условия (4.14) величину относительного изгибающего момента следует принимать на 15% меньше значений, приведенных в табл. 4.1.
Обычно формулы для определения силы гибки записывают в упрощенной форме:
для гибки V-образных деталей
рУ = KvBScB,	(4.15)
для гибки П-образных деталей
P?=KnBSaB,	(4.16)
где Кv и Кп — коэффициенты, величины которых получаются путем подстановки в уравнения (4.11—4.14) значений параметров инструмента и углов соответствующих этим параметрам.
В табл. 4.2 приведены значения коэффициента Ку при свободной V-образной гибке, а в табл. 4.3 — значения коэффициента АГП при гибке П-образных деталей.
Таблица 4.2. Значения коэффициента KN для гибки V-образных деталей
Материал	Коэффициент Ку в зависимости от отношения L/S					
	8	10	15	20	25	30
Стали 10—15, латунь, мягкий алюминий	0,23	0,18	0,12	0,09	0,073	0,06
Стали 20—25, наклепанный алюминий	t	0,21	0,17	0,11	0,086	0,07	0,057
Стали 30—40, дуралю-мин	0,20	0,16	0,10	0,08	0,065	0,053
Таблица 4.3. Значения коэффициента Кп для гибки П-образных деталей
HM/S	Значения коэффициента Кп при Rn/S				
	0,5	1	2	3	5
1	0,27	0,21	0,16	0,13	0,11
2	0,22	0,18	0,14	0,115	0,10
3	0,18	0,15	0,125	0,10	0,08
5	0,14	0,12	0,10	0,09	0,07
130
Глава 4. Гибка
Приведенные выше формулы справедливы при так называемом свободном изгибе (см. рис. 4.6, а). Однако при гибке в штампах процесс деформирования протекает существенно сложнее.
На рис. 4.7, б — 4.7, г показаны схемы последующего развития процесса гибки в штампе V-образных деталей, а на рис. 4.7, д — типовая кривая изменения силы в зависимости от перемещения пуансона.
По мере перемещения пуансона кривизна заготовки увеличивается, но остается значительно меньшей кривизны пуансона. Сила гибки, достигнув максимума при некоторой величине перемещения пуансона, остается затем практически постоянной.
В некоторый момент гибки концы полок заготовки отрываются от матрицы и поворачиваются до упора в пуансон (см. рис. 4.7, в). При дальнейшем перемещении пуансона происходит разгибание (правка) полок с одновременным увеличением кривизны заготовки до кривизны пуансона. Сила на этой стадии резко возрастает.
Заканчивается гибка правкой заготовки между плоскостями пуансона и матрицы (см. рис. 4.7, г). Сила правки в несколько раз больше силы свободного изгиба и определяется по формуле
Лс =	(4-17)
где q — удельная сила (табл. 4.4); FK — площадь поверхности контакта заготовки с пуансоном и матрицей.
Таблица 4.4. Приближенные значения удельной силы правки мелких деталей
Материал	Удельная сила правки (МПа) при толщине материала (мм)			
	ДО 1	1—2	2—5	5—10
Алюминий	10—15	15—20	20—30	30—40
Латунь	15—20	20—30	30—40	40—60
Стали 10—20	20—30	30—40	40—60	60—80
Стали 25—35	30—40	40—50	50—70	70—100
4.4.
Расчет силы гибки в штампах
131
При гибке П-образных деталей также имеет место стадия свободного изгиба (рис. 4.8, а, б) и возможна правка в конце гибки (рис. 4.8, в). Сила правки в этом случае определяется также по формуле (4.17).
Гибка в штампах осуществляется обычно с прижимом заготовки к пуансону. Прижим предотвращает смещение заготовки вследствие возможной несимметричности условий гибки. Кроме того, при гибке П-образных деталей прижим предотвращает изгиб части заготовки, находящейся под пуансоном (рис. 4.8, д). Заканчивается гибка, как правило, правкой. Сила правки и в этом случае определяется по формуле (4.17).
Рис. 4.8. Стадии гибки V-образйых деталей:
а), б), в) гибка с прижимом; г) кривая изменения усилия; д) гибка без прижима
132
'Ь
Глава 4. Гибка Г
Величина силы прижима, достаточного для предотвращения смещения заготовки, составляет
Рпр = (0,25-0,6)Рг,	(4.18)
при этом большие значения Рпр относятся к случаям гибки узких П-образных деталей (с В < 3S,
Рис. 4.9. Схема правки пуансо ном с чеканящими кромками
рис. 4.3).
При изгибе без правки сила
прижима должна быть сложена с силой гибки, и полная технологическая сила рассчитывается по формуле
РТ = (1,25-1,6)РГ.	(4.19)
Если гибка должна заканчиваться правкой, то и здесь сила рассчитывается по формуле (4.17).
С целью уменьшения силы правки на пуансоне часто выполняют так называемые чеканящие кромки (рис. 4.9).
4.5.	РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ПЛОСКОЙ ЗАГОТОВКИ
Как отмечалось в п. 4.2, в результате действия радиальных сжимающих напряжений нейтральный слой напряжений смещается в сторону сжатых волокон, поэтому отдельные первоначально сжатые слои попадают при последующем изгибе в зону растяжения, и можно найти слой волокон, в котором деформация первоначального сжатия равна деформации последующего растяжения так, что длина этого слоя будет равна исходной длине (рис. 4.10). Этот слой называется нейтральным слоем
4.5.
Рис. 4.10. Схема смещения нейтрального слоя деформаций
Расчет размеров плоской заготовки
133
деформаций, по нему рассчитывается длина плоской заготовки на изогнутом участке.
Определим положение нейтрального слоя деформаций для общего случая изгиба.
При изгибе с некоторым внутренним радиусом г и наружным
R г
радиусом В средний слой, радиус которого равен Яср = —, по-
падает в зону растяжения и получает некоторое удлинение AZ, а толщина заготовки уменьшается от S до Считая, что утонение изогнутой заготовки постоянно на участке изгиба, и используя условие постоянства объема, можно записать:
(Zo + M)S± = IqS,
откуда найдем относительное удлинение среднего слоя:
MS.
Ur ~~ j q	1
ср	^1
(4.20)
С другой стороны, относительное удлинение среднего слоя можно определить по отношению к длине нейтрального слоя деформаций:
_ ДСра Др ос _ ДСр _ ч Чр" Доа “ До
(4.21)
где а — центральный угол гибки.
Приравнивая правые части уравнений (4.20) и (4.21), получим выражение для определения радиуса нейтрального слоя деформаций:
(4.22)
где Т| т- коэффициент утонения заготовки (см. рис. 4.4).
Положение нейтрального слоя деформаций часто определяют его расстоянием от внутренней поверхности заготовки в долях толщины:
RQ = г + xS.
(4.23)
Приравнивая правые части уравнений (4.22) и (4.23) и учитывая, что R = г +	= г + Т|8, получим:
X = Т|2/2 + г/[8(Т| - 1)].	(4.24)
Значения коэффициента х, рассчитанные по формуле (4.24), приведены в табл. 4.5.
134
Глава 4. Гибка
При расчете размеров плоской заготовки деталь условно разбивается на прямолинейные и криволинейные участки, и длина заготовки определяется как сумма длин этих участков, при этом криволинейные участки рассчитываются по нейтральному слою деформаций.
Пример. Определить длину плоской заготовки для детали, показанной на рис. 4.11.
50
40
Рис. 4.11. Эскиз П-образной детали
Заготовка разбивается на два прямолинейных участка длиной Zp один прямолинейный участок длиной Z3 и два криволинейных участка с одинаковой длиной Z2.
^заг
Zx = 40 - (2 + 2) = 36 мм; Z3 = 50 - 2(2 + 2) = 42 мм;
Z2 = л/2 (Я + xS) = к/2 (2 + 0,42 • 2) = 4,46 мм;
Z3ar = 2 • 36 + 2 • 4,46 + 42 = 122,92 мм.
Расчет размеров заготовки с использованием формул (4.23) и (4.24) исходит из условия, что утонение изогнутого участка постоянно на всей его длине. Фактически же утонение материала в разных сечениях заготовки различно, а нейтральный слой деформаций представляет собой не дугу окружности, а часть параболы. Методика расчета размеров плоской заготовки с учетом указанного обстоятельства приведена в работе [41].
Таблица 4.5. Значения коэффициента х при гибке на 90° [35]
r/S	0,1	0,2	0,3	0,5	1,0	2,0	3,0	5,0	10,0
X	0,3	0,33	0,36	0,38	0,42	0,45	0,47	0,48	0,50
4.6. МИНИМАЛЬНЫЙ РАДИУС ГИБКИ
Как известно, каждый металл при данной схеме напряженного состояния допускает определенную величину деформации, при превышении которой происходит разрушение, при этом чем большую роль в схеме главных напряжений играют напряжения растяжения, тем меньше величина предельной деформации.
4.6.
Минимальный радиус гибки
135
С этой точки зрения при изгибе наиболее опасными являются наружные волокна, где растягивающие напряжения максимальны, а сжимающие — равны нулю.
Запишем выражение для определения относительного удлинения наружных волокон по аналогии с уравнением (4.21) и с учетом (4.22):
с» _ R
н " К " (В+г)п "
Учитывая, что R = г -I- Т|8, после некоторых преобразований можно получить условие неразрушения заготовки при изгибе:
2^(1 -ц) + П(2-П)
8Н=-------~г--------<[8НЪ
2s + n
откуда
г
S
'min
П(2-п-[5н]) 2([8Н] + Т| - 1) ’
(4.25)
где [8Н] — допускаемая относительная деформация наружных волокон.
При Т| = 1, т. е. без учета утонения и смещения нейтрального слоя деформаций, из уравнения (4.25) получим:
г
S
^min
1 - [8Н] 2[8Н] •
(4.26)
Необходимо иметь в виду, что коэффициент утонения Т|, вхо-Г дящий в правую часть уравнения (4.25), является функцией g , поэтому это уравнение следует решать, например, методом последовательных приближений. На первом шаге можно принять / р \
ц = 1, вычислить [^ ] из уравнения (4.25), далее по графику рис. 4.5 определить в следующем приближении величину Т| и затем вновь найти отношение [	| из уравнения (4.25). Далее
Anin
этот процесс следует продолжить до тех пор, пока последующий результат будет мало отличаться от предыдущего.
Для расчета по уравнениям (4.25) и (4.26) необходимо установить величину допускаемой относительной деформации [8Н].
' 136
Глава 4. Гибка
В гл. 1 указывалось, что пластичность металла при растяжении достаточно точно характеризует предельная локальная относительная деформация 6kM, значения которой (810м) для некоторых материалов приведены в табл. 1.5, а предельная величина интенсивности деформаций с учетом жесткости схемы напряженного состояния может быть определена из уравнения (1.8).
При плоском деформированном состоянии, каковое имеет g
место при гибке широких полос, 8Н =	(8Z — интенсивность от-
носительных деформаций; р = 1,15 — коэффициент Лодэ). Кроме того, на наружной поверхности заготовки ог = О, (5Z = 0,5ot и показатель жесткости схемы напряженного состояния П = а/3 . Тогда с учетом уравнения (1.8) допускаемая относительная деформация наружных волокон будет равна
[5Н] = ns(2’5 " 2П + °’5712) = °’475--	(4-27)
С другой стороны, в силу сплошности заготовки материальные слои, прилежащие к наружному слою, но имеющие меньшую деформацию, частично разгружают наружный слой, поэтому его предельная деформация будет больше величины, рассчитываемой по формуле (4.27).
Расчеты показывают, что лучшие результаты получаются при определении минимального радиуса гибки по формуле (4.26) и определении при этом допускаемой относительной деформации из соотношения
=°>878км.	(4.28)
Например, при таком расчете минимальный радиус гибки для сталей 08кп и 20, дуралюминов Д16М и Д16Т получается соответственно равным 0; 0,21; 1,17; 2,0, что хорошо согласуется с практическими данными.
Известно, что характеристики пластичности листового проката векториальны. Значения показателей пластичности вдоль направления волокон выше, чем поперек. Поэтому минимальный радиус при расположении линии гибки параллельно направлению волокон будет большим, чем при ее расположении перпендикулярно волокнам.
Плоские заготовки для гибки обычно получают вырубкой или отрезкой. В том и другом случае материал вблизи поверхно
4.6.
Минимальный радиус гибки
137
сти разделения упрочняется, вследствие чего пластичность его уменьшается на 20—30%.
Крайне неблагоприятно при гибке наличие заусенцев на заготовке, поэтому мелкие заготовки после разделительных операций часто подвергают галтовке или виброобработке для удаления заусенцев. Если заусенцы удалить сложно, например на крупных заготовках, то при гибке заготовку следует укладывать заусенцами к пуансону так, чтобы они оказались на сжимаемой части заготовки.
Опытные значения минимальных радиусов гибки для ряда материалов и различных их состояний приведены в работе [35].
4.7. ПРУЖИНЕНИЕ ПРИ ГИБКЕ И СПОСОБЫ ЕГО КОМПЕНСАЦИИ
Гибка является операцией, при которой наиболее наглядно проявляется действие закона наличия упругой деформации при пластическом деформировании. При разгрузке пластически деформированного тела упругая составляющая деформации снимается (рис. 4.12, а), вследствие чего форма и размеры тела изменяются по сравнению с конечным моментом нагружения.
Данное явление, называемое пружинением, имеет место при всех операциях обработки металлов давлением, но, если, например, при вырубке, пробивке, вытяжке изменениями формы и размеров заготовки вследствие упругой разгрузки в большинстве случаев можно пренебречь, то при гибке из-за особенностей
Рис. 4.12. Схема нагружения и разгрузки заготовки при изгибе
138
Глава 4. Гибка
формы деталей эти изменения оказываются значительными, и их необходимо учитывать при проектировании штампов.
Учитывая, чтр разгрузка подчиняется законам упругого деформирования, А. А. Ильюшин сформулировал так называемую теорему о разгрузке, в соответствии с которой для того, чтобы определить деформации и напряжения, снимаемые при упругой разгрузке, достаточно решить задачу об упругом нагружении тела с размерами, соответствующими разгруженному состоянию, силами, отвечающими конечному моменту нагружения.
Рассмотрим применение теоремы о разгрузке для случая чистого пластического изгиба.
Пусть заготовка, получившая в конце нагружения кривизну —- (по средней линии), после разгрузки стала иметь кривизну ^ср
(рис. 4.12, б).
-^ср
Изменение кривизны при упругом изгибе определяется следующим выражением:
_1____1_ = Щ
Лер л;р EI ’ откуда
R
Д«Р	Л4ц ’	(4‘29)
1 ____
'	EI ср
где Мо — изгибающий момент в конце нагружения; Е — модуль упругости; I — осевой момент инерции сечения заготовки.
Из уравнения (4.29) следует, что Я^р > Лср.
Учитывая, что Мо = тп0ТИот, а для прямоугольного сечения
BS2 BS2
заготовки W = —и I = -jg- , из уравнения (4.29) получим
1 2?По Е EI
Радиус jR^p соответствует отштампованной детали, радиус Яср— пуансону штампа, и обычно бывает необходимо решить обратную задачу: по известному радиусу детали определить величину радиуса пуансона так, чтобы после разгрузки и пружинения радиус изгиба был равен заданному.
4.7.
Пружинение при гибке и способы его компенсации
139
Из уравнения (4.30) для такой постановки задачи получим
р = ______Дср____
с₽	<5Т в;р •
1 + 2^of -f
(4.31)
Так как тп0 в уравнении (4.31) соответствует конечному моменту нагружения, т. е. радиусу Яср, то это уравнение следует решать методом последовательных приближений.
Расчеты и практика показывают, что при изгибе на малые относительные радиусы f < 5 ), что имеет место при гибке в 0	7
штампах, изменение радиуса в результате пружинения незначительно, и им можно пренебречь.
Определим далее величину изменения центрального угла гибки, называемую углом пружинения. Используем для этого условия равенство длины среднего слоя до и после пружинения:
7?сра = -Rep откуда
апр = а - а' = 2пг0^ (	+ 0,5 )аи,	(4.32)
где аи = а' — угол, который требуется получить у изделия; г — внутренний радиус гибки.
Формулы (4.30—4.32), полученные для условий чистого изгиба, при гибке в штампах справедливы лишь для стадии свободного изгиба.
При гибке в штампе V-образных деталей с малыми относи-
,	( г	сЛ
тельными радиусами ~ < 2 , как уже указывалось \ о	)
(см. рис. 4.7), имеет место стадия распрямления полок.
После разгрузки выпрямленные полки пружинят в направлении, противоположном пружинению центрального участка заготовки, и суммарный угол пружинения иногда получается даже отрицательным, а деталь — с углом, меньшим угла на пуансоне.
Существенное влияние на величину угла пружинении оказывает правка заготовки в конце гибки. Так как усилие правки зависит от точности регулировки нижнего положения ползуна и жесткости пресса, то при гибке с правкой установить величину угла пружинения практически можно только экспериментальным путем.
140
Глава 4. Гибка
При гибке П-образных деталей с зазором между пуансоном и матрицей, большим толщины заготовки, участок перехода от средней полки детали к боковой оказывается состоящим из двух частей (рис. 4.13): участка I, прилегающего к скругленной части пуансона, и участка 2, сформированного вне контакта с пуансоном. При разгрузке пружинят оба этих участка, и углы их пружинения складываются.
Методика определения величины угла пружинения при указанных условиях изложена в работе [23]. Диаграмма для определения угла пружиненця для различных металлов и сплавов при гибке на 90° приведена на рис. 4.14 [35].
Рис. 4.13. Форма заготовки в конце П-образной гибки
4.7. Пружинение при гибке и способы его компенсации
141
Рис. 4.15. Способы компенсации пружинения без дополнительной правки заготовки после гибки
Необходимость компенсации пружинения существенно усложняет технологический процесс и конструкцию инструмента. Для компенсации пружинения применяется ряд способов.
При гибке V-образных деталей по схеме рис. 4.6 и ожидаемом положительном значении угла пружинения угол на пуансоне выполняют меньше угла детали на величину угла пружинения.
При гибке П-образных деталей из мягких материалов толщиной до 3 мм на пуансоне выполняют скосы с у£лом, равным углу пружинения. Зазор между пуансоном и матрицей в этом случае выполняют не больше минимальной (в пределах поля допуска) толщины материала (рис. 4.15, а).
Компенсировать пружинение при П-образной гибке можно также за счет изгиба средней полки (рис. 4.15, б), так как при разгрузке пружинение средней полки противоположно пружинению угла детали.
Если небольшая остаточная кривизна средней полки недопустима, то приходится вводить дополнительную операцию правки (рис. 4.16).
Рис. 4.16. Схема компенсации пружинения с помощью дополнительной правки заготовки после гибки
142
Глава 4. Гибка
Хорошие результаты дает также сочетание обычной П-образной гибки (с прямой средней полкой) с операцией правки. В этом случае гибку осуществляют с радиусом, примерно в 1,5 раза большим заданного радиуса детали, а затем (в другом штампе) производят калибровку радиуса до заданной величины.
Рис. 4.17. Схема гибки с растяжением
Компенсация пружинения может быть выполнена за счет по-
воротных или перемещающихся в горизонтальной плоскости, например от клинового механизма, полуматриц (см. рис. 4.15, в).
Пружинение может быть уменьшено за счет одновременного с изгибом продольного растяжения заготовки (рис. 4.17). При изгибе с растяжением необходим меньший изгибающий момент по сравнению с чистым изгибом на заданный радиус кривизны,
поэтому меньшими оказываются и последствия пружинения. При изгибе с растяжением нейтральный слой деформаций существенно смещается в сторону внутренней поверхности заго-^ товки (в зависимости от величины растягивающей силы N) вплоть до выхода на эту поверхность. В последнем случае все волокна заготовки будут только растягиваться, и разгрузка (снятие внешних сил и моментов) приведет только к уменьшению длины волокон, а поворот сечений, перпендикулярных срединной поверхности (угловые деформации), будет отсутствовать, т. е. угол пружинения будет стремиться к нулю. Теоретические основы изгиба с одновременным растяжением изложены в работе [31].
Изгиб с растяжением применяют при изготовлении деталей из листа и профилей с большими радиусами кривизны и выполняют на специальных профилегибочных растяжных машинах,
оснащаемых программным управлением.
Возможно реализовать и изгиб с одновременным продольным сжатием [31], при котором механизм уменьшения пружинения подобен описанному выше, однако такой способ гибки
используется реже.
4.8. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ РАЗМЕРЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ГИБКИ
К исполнительным элементам штампов для гибки относятся закругления пуансонов и матриц, глубина рабочей полости матрицы, ширина матрицы и пуансона, зазор между ними
4.8. Исполнительные размеры и конструктивные исполнения
143
инструмента для гибки
1
Рис. 4.18. Исполнительные размеры инструмента при гибке V-образных деталей
(рис. 4.18). Расчет размеров исполнительных элементов гибочных штампов должен быть направлен на обеспечение требований к точности и качеству поверхности штампуемой детали.
Обычно в штампах гнут детали с малыми относительными
радиусами « < 5 , поэтому радиус закругления пуансона на-\ о )
значают равным внутреннему радиусу детали, т. е. Яп = г.
Чем больше радиус закругления матрицы, тем меньше удельная сила в зоне ее контакта с заготовкой и тем выше качество поверхности последней. Для того чтобы на поверхности заготовки не оставалось заметных отпечатков матрицы, радиус закругления матрицы должен составлять 10 и более толщин материала [22]. Однако при больших радиусах закругления матрицы требуется большой ход ползуна пресса и буферного устройства, обеспечивающего выталкивание детали из матрицы. Кроме того, величина радиуса закругления матрицы ограничивается длиной плоской заготовки, которая должна устойчиво укладываться на матрицу.
Обычно при отсутствии повышенных требований к качеству поверхности детали радиус закругления матрицы назначают в пределах 2?м = (2—5)8 в зависимости от технологических возможностей оборудования и размеров детали.
Остальные размеры инструмента рассчитывают по изложенной ниже методике.
Свободную гибку без прижима (см. рис. 4.18, а) рекомендуется применять при относительно длинных заготовках, когда
144
Глава 4. Гибка
их длина превышает «раствор» матрицы L на 2—4 толщины материала.
\ Необходимо отметить, что при свободной гибке заготовка может смещаться от центра изгиба. Абсолютная величина этого смещения тем меньше, чем меньше размер L и глубина матрицы Н__.
1 м
Обычно глубину матрицы принимают равной Нм = (4—5)S, радиус закругления матрицы = (1,5—2)5. Общая высота матрицы должна составлять ориентировочно 2НМ.
Угол а штампуемой детали может быть выполнен в значительном диапазоне: от углов, несколько меньших 180°, до угла 15—20°. Минимальная величина угла а зависит от механических свойств штампуемого материала.
Следует иметь в виду, что при относительно неглубокой матрице невозможно осуществить правку всей полки детали. Поэтому свободную гибку V-образных деталей применяют в случаях, когда не требуется высокая точность.
Свободную V-образную гибку часто применяют для изготовления деталей сложной формы путем последовательного формообразования заготовки с изменением ее фиксации (рис. 4.19).
Более совершенна схема гибки с прижимом (см. рис. 4.18, б). В этом случае можно обеспечить с достаточной точностью получение деталей с одинаковыми по длине полками.
Функцию прижимов обычно выполняют цилиндрические стержни (поз. 1 на рис. 4.18, б). При гибке узких деталей быва
ет достаточно одного стержня в центре матрицы, при ги^ке широких деталей — не менее двух. Прижим допускает выполнение матрицы со значительной глубиной Нм. Возможно выполнение правки полок по всей длине и, следовательно, обеспечение их плоскостности.
При гибке П-образных деталей минимально необходимая глубина полости матрицы зависит от длины полки детали (рис. 4.20) и величины зазора между пуансоном и матрицей.
Рис. 4.19. Схема гибки деталей сложной формы
4.8.
145
Исполнительные размеры и конструктивные исполнения *
инструмента для гибки
Рис. 4.20. Исполнительные размеры инструмента при гибке П-образных деталей
При гибке деталей с низкими полками (Z < 3S) вся деталь в конце гибки должна находиться в полости матрицы (рис. 4.20, а). Зазор в этом случае назначают равным минимальной толщине заготовки. Глубина матрицы Нм назначается на (2—3)S большей длины I полки детали.
При гибке П-образных деталей с высокими полками (рис. 4.20, б) зазор между пуансоном и матрицей назначают с учетом выбранного способа компенсации угла пружинения.
Если предусматривается перегиб заготовки на угол, меньший заданного (см. рис. 4.15, а), то зазор назначают равным минимальной толщине заготовки.
При гибке деталей из материалов средней и повышенной прочности, а также мягких материалов толщиной S > 3 мм зазор следует назначить равным максимальной толщине материала. В этом случае минимально необходимую глубину полости матрицы следует определять с учетом возможности гибки при
~— > 1 (Smin — минимальная толщина материала) из условия, ^min
что в конце гибки полка детали займет требуемое вертикальное положение (см. рис. 4.13).
На рис. 4.21 приведена номограмма для определения расстояния Нм между центрами закруглений пуансона и матрицы в нижнем положении пуансона при названных условиях [22].
146
Глава 4. Гибка
Ширина полости матрицы Ам (см. рис. 4.20) рассчитывается из условия, что матрица во всех случаях определяет наружный размер детали и при этом увеличивает свой размер при износе:
Ам = (Ад-77д)+8", где Ад — номинальный наружный размер детали; 17и — величина припуска на износ матрицы (Пи = 0,58д); 8Д — поле допуска на размер Ад; 8М — допускаемое отклонение на размер матрицы Ам (8М = = (0,3—0,4)8д).
Ширина пуансона
Рис. 4.21. Диаграмма для определения глубины матрицы при гибке П-образных деталей с высокими полками
Ап = (Ам - 2Z)+8" , где 8П = 0,88м— допускаемое отклонение на ширину пуансона Ап.
Матрицу гибочных штампов чаще выполняют составной из секций, которые заключают в обойму (рис. 4.22) или врезают в плиту (рис. 4.23).
На рис. 4.22, а приведена схема штампа для гибки П-образ-ных деталей без правки ее радиусной части, а на рис. 4.22, б —
Рис. 4.22. Эскизы штампов для гибки П-образных деталей, с секционной матрицей, заключенной в обойму
147
4.8.
Исполнительные размеры и конструктивные исполнения
инструмента для гибки
Рис. 4.23. Эскиз штампа для гибки П-образных деталей с регулируемым положением матрицы
с правкой в конце рабочего хода. Конструкция оснаще-! на обоймой 2 для установки секций 1 матрицы.
При П-образной гибке, особенно если на пуансоне выполнен скос, деталь может остаться на пуансоне. Для съема детали с пуансона 3 используют жесткие Г-образные съемники, под
нятые над зеркалом матрицы на высоту, несколько большую высоты детали, так, чтобы последнюю мож
но было удалить из штампа (см. рис. 4.22, б, поз. 6), или толкатели, действующие от системы выталкивания пресса (см. рис. 4.22, а, поз. 4, 5) или от упругого элемента (см. рис. 4.23). Из матрицы деталь удаляется выталкивателем 7 и толкателем 8, связанным с буферным устройством в столе пресса (на рис. 4.22 не показан).
На рис. 4.23 приведена схема штампа, в котором помимо гибки основных полок производится еще и гибка концов этих полок (обычно на угол <р = 90°), с образованием фланца при смыкании пуансона 3 с матрицей 1. Такая схема штамповки может быть реализована при относительно малой ширине фланца (Ь < 5S). Подобные детали с большим фланцем (Ь > 5S) рекомендуется штамповать в две операции: сначала гибка концов плоской заготовки, а затем окончательная гибка с правкой фланца.
Вследствие относительно малой стойкости штампов применя
ют конструкции, позволяющие сохранить размер детали после ремонта (шлифования) матрицы (рис. 4.24). Секции матрицы 1 устанавливаются после шлифования в рабочее положение с необходимой точностью по размеру В по сухарям-шаблонам 2, закрепленным на плите 4. От смещения в горизонтальном направлении секции матрицы удерживаются винтами 6, размещенными в опорах 5, которые, в свою очередь, врезаны в плиту. Положение прижима 3 при сборке штампа после ремонта не изменяется.
Разновидностью П-образной гибки является так называемая одноугловая гибка с прижимом заготовки, выполняемая по нескольким схемам: при неподвижной горизонтально расположен-
148
Глава 4. Гибка
Рис. 4.24. Эскиз штампа для гибки деталей с небольшим фланцем
Рис. 4.25. Штамп для одноугловой гибки с прижимом при горизонтальном расположении заготовки
ной заготовке (рис. 4.25, а), при подвижной горизонтально расположенной заготовке (рис. 4.25, б) и с наклонным расположением заготовки (рис. 4.26). Первые две схемы идентичны. В первом случае заготовка укладывается горизонтально на неподвижный пуансон 1 до упора в противоот-жим 4 и после защемления прижимом 2 гнется подвижной матрицей 3. Во втором случае заготовка укладывается на прижим 2 и при гибке перемещается вместе с ним. И в одном, и в другом случаях возможна гибка деталей под углом а > 90°.
Рис. 4.26. Схема одноугловой гибки с прижимом при наклонном расположении заготовки
4.8.
149
Исполнительные размеры и конструктивные исполнения '
инструмента для гибки
Ввиду одностороннего действия нагрузки неподвижный формообразующий элемент штампа (пуансон 1 на рис. 4.25, а и матрица 3 на рис. 4.25, б) врезается в плиту, а для исключения смещения подвижного формообразующего элемента предусматривается противоотжим 4. При гибке с наклонным расположением заготовки (см. рис. 4.26) угол наклона принимается равным углу пружинения. В этом случае возможна гибка и с углом а < 90°.
Значения радиусов закруглений пуансона, матрицы и зазора между пуансоном и матрицей назначаются такими же, как и при гибке U-образных деталей.
При крупносерийном и массовом производстве гибка часто выполняется одновременно с разделительными операциями в последовательных штампах.
Одной из распространенных конструкций является конструкция штампа последовательного действия, в котором выполняется пробивка отверстий, отрезка и гибка (рис. 4.27)< Шаг подачи заготовки t соответствует длине плоской заготовки для
Рис. 4.27. Штамп последовательного действия для пробивки отверстия, отрезки и гибки
150
Глава 4. Гибка
гибки. Пуансоны 1 &л.я пробивки обычно крепятся в подобных штампах в отдельном держателе. Пуансон 3 &л.я отрезки и гибки врезан в плиту 4. Отрезка и гибка выполняются с прижимом 2. Отходы от пробивки удаляются через выгребной паз, закрытый снизу пластиной 8. Для удаления готовых деталей из рабочей зоны штампа предусмотрен маятниковый сбрасыватель. Синхронное с ползуном пресса движение маятника 5 обеспечивается клином 6, прикрепленным к верхней плите 4, и возвратной пружиной 7. Направление заготовки 9 осуществляется по жесткому съемнику 10 и направляющему упору 11, установленному в кронштейне 12. Заготовка поджимается к направляющей поверхности съемника и упору 11 прижимом 13.
Точность деталей, изготавливаемых гибкой, вследствие пружинения невысока и обычно находится в пределах 12—14 ква-литетов.
При гибке на точность деталей большее влияние, чем при других операциях, оказывают случайные факторы: неоднородность механических свойств материала и их отклонение от расчетных значений, отклонение толщины заготовки от расчетной (обычно номинальной). Так, например, неоднородность механических свойств даже при гибке мягких материалов приводит к рассеиванию угла пружинения в пределах от 0°15' до 1°.
Для материалов средней и повышенной прочности это рассеивание возрастает.
Большое разнообразие размеров и форм детадей, изготавливаемых гибкой, предопределяет и разнообразие способов гибки и машин для реализации этих способов. Так, для гибки крупных обечаек из листов применяют валковые листогибочные машины, для изготовления длинномерных профилей сложного сечения — профилегибочные валковые станы. Мелкие сложные детали в крупносерийном производстве изготавливают на универсальных гибочных автоматах, на которых помимо гибки можно выполнять отрезку, пробивку, обрезку, а при необходимости — и сварку, накатывание резьбы и др.
В мелкосерийном производстве гибку сложных деталей выполняют последовательной V-образной гибкой отдельных элементов детали на универсальных листогибочных прессах (см. рис. 4.19). В настоящее время такие прессы снабжаются числовым программным управлением.
Теория и технология гибки на перечисленных прессах и машинах излагается в специальной литературе и в настоящем пособии не рассматривается.
4.8. Исполнительные размеры и конструктивные исполнения '	151
инструмента для гибки
ГЛАВА5
ВЫТЯЖКА
5.1.	КЛАССИФИКАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ ВЫТЯЖКОЙ
Вытяжкой называют операцию получения полых пространственных деталей из плоской (рис. 5.1, а) или полой заготовки (рис. 5.1,6). Следует отличать вытяжку без утонения стенки от вытяжки с утонением стенки (будет подробно рассмотрена в гл. 6).
Рис. 5.1. Схема вытяжки деталей: а) из плоской заготовки; б) из полой заготовки
Вытяжкой можно получать детали из металла толщиной от 0,2 мм до 30—40 мм с диаметрами от нёскольких десятых долей миллиметра до нескольких метров и с массой от долей грамма до нескольких тонн. Вытяжкой получают пустотелые детали различных конфигураций, не требующие, как правило, дальнейшей механической обработки, кроме обрезки краев.
Вытяжкой получают детали следующих групп:
1)	детали осесимметричные, имеющие форму тел вращения (рис. 5.2, а, б, в, г);
Рис. 5.2. Типовые формы деталей, получаемых вытяжкой:
а), б), в), г) осесимметричные тела вращения; д) детали коробчатой формы; е) детали сложной формы
5.1. Классификация деталей, изготавливаемых вытяжкой
153
Рис. 5.3. Способы вытяжки
2)	детали коробчатой формы (рис. 5.2,5);
3)	детали сложной формы (рис. 5.2, е).
К первой группе относят детали типа цилиндрических, конических и сферических корпусов, частей топливной аппаратуры (днища котлов, цистерн, канистры), металлическую посуду (кастрюли, бидоны и др.) и многие другие предметы аналогичной формы.
Ко второй группе относят детали типа корпусов, частей радиодеталей (экраны и корпуса конденсаторных батарей и т. п.), консервные банки и т. д.
К третьей группе относят детали типа картеров двигателей внутреннего сгорания, корпусов и экранов сложной формы, кузовные детали автомобиля (двери, капот, крыша и др.).
Детали, получаемые вытяжкой, штампуют в основном в холодном состоянии при толщине металла до 8—10 мм, либо с применением нагрева (полного либо местного подогрева фланца) при штамповке труднодеформируемых сплавов или при толщинах более 10 мм.	>
В зависимости от формы, размеров, материала детали и серийности производства применяют различные способы вытяжки, представленные на рис. 5.3.
154
Глава 5. Вытяжка
5.2.	ВЫТЯЖКА ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПЛОСКОЙ ЗАГОТОВКИ
5.2.1.	Анализ напряженного состояния
Рассмотрим схему вытяжки из плоской заготовки без прижима (рис. 5.4). При вытяжке плоская заготовка под действием пуансона 1 втягивается в отверстие матрицы 2 и, проходя через него.
приобретает нужную форму цилиндрического стакана. При этом в начальной стадий деформирования пуансон, оказывая давление на центральную часть заготовки, вызывает ее изгиб (рис. 5.5), поскольку силы, дейг ствующие на заготовку со стороны пуансона и матрицы, смещены в радиальном направлении и образуют изгибающий момент [29]. При дальнейшем опускании пуансона в той части заго
товки, которая находится на матрице и называется фланцем, возникают радиальные растягивающие напряжения, которые приводят к возникновению здесь пластического состояния. Потом происходит втягивание металла в матрицу и формообразование боковой поверхности детали. Изгибающий момент в части заготовки, прилегающей к радиусной части матрицы, продолжает действовать, так как переход элементов фланца на радиусную кромку матрицы сопровождается существенным изменением радиуса кривизны срединной поверхности этих элементов. Действие радиальных растягивающих напряже
Рис. 5.4. Схема вытяжки из плоской заготовки без прижима
Рис. 5.5. Схема элемента заготовки в начальный момент вытяжки без прижима
5.2. Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки
155
ний пр приводит к возникновению во фланце тангенциальных сжимающих напряжений ое, а суммарное действие этих напряжений обеспечивает втягивание периферийной части заготовки (фланца) в отверстие матрицы. При дальнейшем деформировании вертикальные стенки заготовки передают усилие от пуансона на ее фланец, а центральная плоская часть заготовки, прижимаемая к пуансону, практически не деформируется. Таким образом при вытяжке сопротивление деформированию оказывает фланец заготовки, а так как его поверхности свободны от внешних напряжений и толщина заготовки мала по сравнению с диаметром, то напряженное состояние может быть принято плоским, т. е. напряжение <зг = 0.
Рассматривая элемент сечения фланца (рис. 5.6) и учитывая наличие осевой симметрии, запишем уравнение равновесия в следующем виде:
dof dp
-2--5 =0.
Р
Условие пластичности по гипотезе максимальных касательных напряжений (без учета упрочнения) имеет вид
°max - °min = ИЛИ <Тр - О0 = pOs.
Совместное решение уравнений (5.1) и (5.2) дает дифференциальное уравнение:
(5.1)
(5.2)
do = -ffcrs—. р r 6 р Проведя интегрирование, получим
Ор = -pos In Р + С. (5.3) Произвольную постоянную интегрирования определим из следующих граничных условий:
-^ф	п
при р = о = 0, откуда следует г
Рис. 5.6. Схема действия сил на элемент фланца заготовки при вытяжке без прижима
0p = p0sln^.
Из уравнения (5.2) получим формулу для определения тангенциальных напряжений:
Ge = ap-P°s = Pas(lnf^ -1)’
(5.4)
156
Глава 5. Вытяжка
или
ae==-Pas(1-lnjj)’	(5-5)
т. е. при |о | < |Ро§| во фланце может происходить пластическая деформация, в то время как для начала пластической деформации донной части или образующей стенки необходимо, чтобы Ор = Род. Из формулы (5.4) видно также, что напряжение ор увеличивается по мере приближения к кромке матрицы.
Согласно условию пластичности (5.2) имеем
ар = P°s + °е =	-1°01 < P°s-
Так как ор имеет максимальную величину при 2)ф = D3 (где D3 — диаметр заготовки), т. е. на кромке фланца, то получим:
<’p = Opmax = P°Sln^ <P<*S:
(здесь d — диаметр пуансона) или
(5.6)
Отношение D3/d называют степенью вытяжки и обозначают буквой К, а величину называют коэффициентом вытяж-ки и обозначают буквой тл
т== К = ~DJd '	(5’7)
Так как согласно формуле (5.6) 1п1£ < 1, то соответственно получим
^тах = 2>72 и mmin = 0,368.
Эти величины являются предельно допустимыми при вытяжке за один переход.
Из предельных величин Х'тах и znmin следует, что за один переход вытяжки можно получить заготовку, у которой
D3<2,72d.
В процессе вытяжки во фланце действуют наряду с растягивающими напряжениями ор также сжимающие напряже-нияое(рис. 5.7), которые могут привести
ае.


Рис. 5.7. Схема складкообразования во фланце заготовки при вытяжке без прижима
5.2.	Вытяжка цилиндрического изделия из плоской-заготовки
157
Рис. 5.8. Схема вытяжки с прижимом
к тому, что заготовка потеряет устойчивость в горизонтальном направлении и тогда на ее фланце могут образоваться складки. Из литературы [47] известно, что для первого перехода вытяжки в матрице с плоским рабочим торцом условие вытяжки без складок имеет вид
(18—22)5.	(5.8)
В случае, если неравенство (5.8) не удовлетворяется, то имеется вероятность появления складок на фланце и вытяжку целесообразно вести с прижимом (рис. 5.8).
В работе [47] показано, что значение коэффициента при 5 в формуле (5.8) существенно зависит от интенсивности упрочнения металла при вытяжке. Оказывается, что металлы, более интенсивно упрочняющиеся, менее склонны к складкообразованию, и наоборот. Так как по мере деформирования интенсивность упрочнения уменьшается, то заготовки из предварительно упрочненного (наклепанного) металла более склонны к складкообразованию, чем заготовки из отожженного металла.
Рассмотрим вытяжку с прижимом (см. рис. 5.8).
На заготовку со стороны пуансона действует сила, приводящая к возникновению растягивающих радиальных напряжений, а со стороны,прижима действует сила Q, прижимающая фланец заготовки к матрице и приводящая к возникновению сил трения между заготовкой, матрицей и прижимом. Кроме этого, имеют место силы трения, возникающие при движении заготовки по внутренней поверхности кромки матрицы. Помимо этого, на процесс деформирования влияют изгибающие моменты, возникающие в местах изменения кривизны срединной поверхности заготовки (при входе элементов заготовки на за^ кругленную рабочую кромку матрицы и при сходе с рабочей кромки матрицы).
Если плоскости прижима и матрицы параллельны, то вероятно, что вследствие более интенсивного утолщения краевой части фланца заготовки усилие прижима не будет равномерно распределяться по всей площади фланца, а его действие будет сосредоточено по некоторому кольцевому участку, близкому к
158
Глава 5. Вытяжка
краю фланца заготовки. Однако, так как величина силы прижима Q, как правило, сравнительно небольшая, то даже в зоне его действия она не создаст нормальных напряжений, близких к напряжению текучести.
Учитывая это обстоятельство, можно принять и для вытяжки с прижимом плоское напряженное состояние. Так как силы трения от действия прижима будут сосредоточены у краевой части фланца заготовки, то их можно учесть приближенно в граничных условиях. Эти силы трения вызовут появление рас; тягивающих напряжений в радиальном направлении у края заготовки, а их величину можно приближенно определить по формуле [29]:
_ 2jiQ _ jiQ
т₽ 2nRS nRS	{ ’
(здесь ц — коэффициент трения между заготовкой и прижимом и между заготовкой и матрицей; R = 2)ф/2 — наружный радиус фланца заготовки).
Растягивающие напряжения отр следует учесть в граничных условиях при определении постоянной интегрирования в уравнении (5.3). Тогда получим следующее выражение для определения растягивающих напряжений во фланце:
Qp = ₽osln-+^.	(5.10)
> Влияние изгиба на величину меридиональных напряжений можно оценить поправкой на изгиб Дор, на которую ступенчато увеличивается напряжение в зоне изгиба, и величину этой поправки можно определить по формуле [29]:
1 S
Аар = 4	+ S ’	(5,11)
где — радиус рабочей кромки матрицы.
Влияние трения на.скругленной кромке можно учесть приближенно введением множителя е^а, где а — угол охвата заготовкой скругленной части матрицы (по аналогии с множителем, учитывающим влияние трения при скольжении ремня по шкиву), тогда получим:
Q = ( Впс1п S- + -Н®- +	/5 12)
QP	Р1 nRS 4 R^ + S/2 Г ’	}
5.21
Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки
159
В том случае, когда угол а = |, а рх = г (где г — радиус срединной поверхности цилиндрической части заготовки), возникает еще участок спрямления элементов при переходе их в цилиндрическую стенку. В этом случае к членам, находящимся в скобках формулы (5.12), надо прибавить поправку на спрямление Ддр, а вместо а подставить л/2. Тогда формула для определения максимальной величины растягивающего напряжения, действующего на границе пластической области деформируемой заготовки, примет вид:
ТС
ар max = Pas ( 1п 7 +	+ 2BM + S ) е 2 •	(5‘13)
Эту формулу можно упростить, если, учитывая малые значения коэффициента трения ц, заменить экспоненциальную функцию двумя первыми членами ее разложения:
eg2 = 1 + ц£ =1+ 1,6ц.
Тогда формула (5.13) примет следующий .вид:
°pmax = ₽as( 1п 7 + pjtBSOs + 2ЯМ + S +	(5Д4)
В формулу (5.14) входит величина силы прижима Q, которую, исходя из опытных данных, можно определить по формуле
' Q = 04 ( 1 -	)*2ртах>	(5-15)
D3
где К = у , aD3 — исходный диаметр заготовки; Ртах — максимальная сила вытяжки, которая определяется по формуле (5.30).
Из формулы (5.14) видно, что величина коэффициента трения оказывает существенное влияние на величину радиального напряжения ортах, причем чем большее значение имеет коэффициент трения, тем большее значение имеет и величина напряжений в опасном сечении. Поэтому необходимо для улучшения условий вытяжки стремиться к уменьшению коэффициента трения. Последнее достигается применением специальных смазок, снижающих коэффициент трения [35].
160
Глава 5: Вытяжка
Из формулы (5.14) также можно сделать вывод о том, что увеличение сил прижима приводит к увеличению напряжений в опасном сечении. Поэтому для уменьшения величин растягивающих напряжений в опасном сечении необходимо, чтобы сила прижима была минимально необходимой, предотвращающей складкообразование.
Анализируя выражение (5.9), используя формулу (5.15) и подставив в нее приближенное уравнение для Ртах, можно показать, что при оптимальной величине силы прижима отр зависит от отношения S/D^z
°’2^iк -1 -18* Д )’.•
тт	\
При определении напряжения от действия сил трения на фланце заготовки величину его мы определяли только для начального момента вытяжки, когда р = D&/2. Из формулы (5.16) видно, что при уменьшении относительной толщины заготовки S/Рф происходит возрастание напряжений отр в опасном сечении.
Поэтому для более тонких заготовок величина коэффициента вытяжки znmin возрастает по сравнению с более толстыми заготовками. Однако это справедливо только для случаев применения прижима с прижимной плоскостью, параллельной плоскости матрицы, т. е. для случая, когда действие сил трения сосредоточено у края заготовки. При применении прижима, который обеспечивает равномерное его действие по фланцу заготовки (с уменьшением зазора между прижимом и матрицей по мере приближения к рабочей кромке матрицы), можно получить для относительно тонких заготовок значения 7nmin, близкие к минимальным значениям. Из формул (5.14) и (5.16) можно увидеть, что при Рф - d = 18S величины Q и отр становятся равными нулю. Это и есть условие применимости прижима, т. е. прижим не нужен на первой операции вытяжки, если
- d < 18S.	(5.17)
5.2.2. Деформированное состояние материала, изменение толщины заготовок при вытяжке
В процессе вытяжки цилиндрических изделий происходит изменение толщины их стенок. Так, участки стенок, примыкающие к фланцу, или сам фланец изделия имеют большую
5.2.
Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки -
161
толщину, чем толщина в зоне перехода цилиндрической стенки заготовки к плоскому дну. Изменение толщины стенок происходит вследствие неравномерного действия растягивающих и сжимающих деформаций в процессе вытяжки.
Зная распределение напряжений во фланце, можно оценить здесь деформированное состояние, используя уравнения связй между напряжениями и деформациями. Так как во фланце принято, что <sz = 0, то уравнение связи может быть записано в следующем виде
Из условия постоянства объема получаем
еР = “ее “	(5.19)
Подставив значение ер из уравнения (5.19) в выражение (5.18), получаем
Op = Ее +	-
ае ее —
. Обозначив отношение — = а, после преобразований получим ае
1 + а
=	(5-20)
Из выражения (5*20) видно, что при а = 0 (т. е. у кромки за-готовки) ez = ~2ее’ следовательно, здесь имеет место линейная схема сжатия в тангенциальном направлении, приводящая к утолщению края заготовки.
В связи с тем что линейная схема напряженного состояния у кромки заготовки будет иметь место во время всего процесса деформирования, то, произведя замену относительных деформаций на логарифмические, получим формулу для определения конечной толщины кромки вытянутого стакана (при изменении радиуса заготовки от 2)ф/2 до d/2);
SK = S0J^.	(5.21)
162
Глава 5. Вытяжка
Однако в процессе вытяжки происходит не только утолщение кромки фланца, но и утонение части заготовки в местах, примыкающих к радиусу перехода от плоского дна заготовки к цилиндрической стенке.
Для определения величин изменения толщины заготовки используем известные из теории обработки металлов давлением уравнения связи между деформациями и напряжениями:
3 1, £f=2	(5’22)
где Е' — модуль пластичности (здесь Е' = —,	— интенсив-
ность напряжений, — интенсивность деформаций); оср —
/	ог + о2 + аз Л т-г
среднее напряжение I оср = -------- I. Примем, что ор, oz,
ое — главные напряжения, тогда:
<jp = p<Tsln^; oe = -pos(l-ln^Q;oz = 0.	(5.23)
Подставив вместо oz и значения oz и ez, получим
3 Z
2F(az-acp)-	<5-24)
Среднее напряжение равно
= аР +	+ az
аср ~	3
(5.25)
Подставив в это выражение значения напряжений из формул (5.23), получим:
рО/1-21п^)
%-—LT——	<5-2е>
После подстановки в формулу (5.24) значений az и оср из формул (5.23) и (5.26), совершив преобразования, имеем
2Е'
(5.27)
5.2.
Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки '
163
Проведем анализ полученного выражения относительно £z (5.27). Для выполнения условия ez = 0 (это соответствует неизменной толщине заготовки) необходимо выполнение соотношения 1 - 21п	= 0, или 1п = 0,5.
2р ’	2р ’
Тогда
=е°’5 = 1,65.	(5.28)
zp
Таким образом, изменение толщины заготовки не будет на-блюдаться (ez = 0) при р0 =	= 0,32)ф. В области с р > 0,32)ф бу-
дет происходить утолщение заготовки (ez > 0), причем ez здесь можно определить по формуле (5.27), а в области р < 0,32)ф будет происходить утонение заготовки (ez < 0). На рис. 5.9, а показано изменение толщины заготовки при вытяжке цилиндрических деталей, причем наиболее тонкие и опасные с точки зрения разрушения будут сечения в точках перехода вертикальных цилиндрических стенок детали в дно.
На рис. 5.9, б показано изменение толщины заготовки, характерное для вытяжки конических и сферических деталей. Самое тонкое и опасное, с точки зрения разрушения, сечение в таких деталях находится непосредственно в центре дна детали при отсутствии трения, а при наличии трения — на расстоянии, равном примерно (1/4 ч- 1/5) радиуса пуансона от центра детали.
8 7
Рис. 5.$. Изменение толщины заготовки при вытяжке:
а) цилиндрических деталей; б) сферических деталей (при отсутствии трения)
164
Глава 5. Вытяжка
5.2.3.	Силовые параметры и работа деформации при вытяжке
Сила деформирования от пуансона передаётся во фланец заготовки через дно заготовки и через ее стенку, т. е. стенка заготовки находится в состоянии линейного растяжения. Усилие вытяжки достигает своего максимального значения в момент, когда высота вытянутого стакана достигает величины #к=ЛП +	+ S (рис. 5.10, а). Если рассмотреть полученную
экспериментальным путем кривую зависимости силы вытяжки Р от хода пуансона h (рис. 5.10, б), то мы видим, что в начальный момент усилие возрастает до величины Ртах до хода пуансона h = Нк, а затем падает до нуля.
Силу деформирования при вытяжке можно определить из формулы
Р = ор cos arcdcpS,	(5.29)
где ор определяют по формулам (5.4) или (5.14), dcp— средний диаметр (dcp = d + S).
При вытяжке с коэффициентами т -» znmin максимальная величина радиальных напряжений может быть заменена на величину предела прочности, т. е. ортах « ав.
Максимальную величину силы вытяжки можно определить из условия прочности вертикальной стенки вытягиваемого цилиндра по формуле
Рис. 5.10. Изменение силы вытяжки:
а) схема взаимного расположения пуансона и матрицы,, соответствующего максимальной силе вытяжки; б) кривая зависимости силы от хода пуансона
5.2.
Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки
165
Сила вытяжки может быть также определена приближенно по упрощенным зависимостям, например, как произведение наибольшего по очагу пластической деформации радиального напряжения ортах, возникающего при идеальных условиях вытяжки (формула (5.4)), на площадь поперечного сечения стакана диаметром d. Для этого преобразуем формулу (5.4), совершив замену на ов, заменив величину 2гр на d и преобра-
зуя логарифмическую функцию. Величину 1п разложим в ряд и в формулу (5.4) подставим значение первого члена ряда. После преобразования получим приближенное равенство
Р ~	- 1 joB.	(5.31)
Существует также ряд эмпирических формул для определения силы вытяжки, использующих экспериментальные данные, например, формула, приведенная в справочнике В. П. Романовского [35]:
P=YOB7CdcpS,	(5.32)
где у— коэффициент, определяемый по таблицам, полученным из экспериментальных данных, причем у = Дтп). Так, при ™ ™min Y = г 1, а при/п > ?nmin Y < 1.
В случае, если вытяжка выполняется за несколько переходов, то силы по переходам можно определить по формулам:
а)	для первого перехода вытяжки
>	pi =
б)	для второго перехода вытяжки
Р2 = Wd2S'’
в)	для любого последующего перехода вытяжки
Рп “ YnOB7Cd„S,
где n — порядковый номер вытяжки, yt = 0,28—1,1; у2 = 0,15—1,1 (величина коэффициентов у возрастает с увеличением степени деформации и относительной толщины заготовки).
Для определения силы прижима можно использовать формулу Е. Ач Попова (5.15) или приближенную формулу
Q =	'	(5.33)
166
Глава 5. Вытяжка
где — площадь фланца детали, находящегося под прижимом, q — средняя удельная сила прижима, ее величину можно определить по формуле
9 = 2С^-1’2) 1^°»	(5‘34)
или по формуле
g = (0,2—0,3) [(К- 1)3 + 0,5^ ]ов.	(5.35)
Тогда при вытяжке цилиндрических деталей для первого перехода получим
Ql=j[-O£ -(d + 2rM)2jg.	(5.36)
Для последующих переходов:
Qn = I [ dn - 1 - (d + 2гй)2 ]	(5.37)
где RM— радиус заход ной части вытяжной матрицы; п — порядковый номер операции вытяжки.
При определении полной силы вытяжки необходимо учитывать в зависимости от схемы штамповки силу прижима и силу выталкивателя, если они предусмотрены в штампе.
При выборе оборудования, необходимого для вытяжки, нужно знать, кроме силы вытяжки, также работу деформирования, которую можно определить по формуле
А = Рт^Н^	(5-38)
где Ртах — наибольшая сила вытяжки [кН]; X — коэффициент, зависящий от коэффициента вытяжки т (X = 0,64...0,8); Н — величина рабочего хода пуансона при деформировании [м].
При выборе оборудования сравнивают работу, которую может произвести пресс, с работой деформации при вытяжке и с работой сжатия буфера выталкивателя Ав, если в схеме штампа предусмотрен выталкиватель:
Аттпрггя >А+Ап.
5.2.4.	Смазка при вытяжке
При правильном применении смазки при вытяжке можно достичь следующих результатов:
1.	Значительно уменьшить значения коэффициента трения, что позволяет увеличить степень деформации при вы
5.2.
Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки
167
тяжке и соответственно уменьшить количество переходов вытяжки.
2.	Повысить износостойкость рабочих частей штампа (пуансона и матрицы).
3.	Уменьшить утонение заготовки в опасном сечении (т. е. в местах перехода от дна к стенке заготовки).
4.	Улучшить качество поверхности вытягиваемой заготовки.
Смазка для вытяжки должна удовлетворять следующим требованиям:
1)	создавать прочную, не засыхающую, сплошную пленку, способную выдерживать высокие удельные давления, не выдавливаясь;
2)	давать хорошее прилипание (сцепление) с поверхностью металла заготовки и равномерное по толщине распределение смазывающего слоя;
3)	легко удаляться с поверхности детали;
4)	быть безвредной и химически стойкой;
5)	не ухудшать состояние поверхности рабочего инструмента;
6)	не изменять вязкость в диапазоне температур от 5 до 50 °C.
Поэтому благодаря многим экспериментальным исследованиям при вытяжке рекомендуется:
1)	при тяжелых условиях (с большими растягивающими напряжениями, близкими к предельным) применять жйдкие смазки с порошкообразными наполнителями, такими, как мел, графит, тальк, древесная мука и т. п.;
2)	при легких условиях (с незначительными растягивающими напряжениями, существенно меньшими предельно допустимых) применять растворимые жидкие смазки без наполнителей;
3)	для деталей сферической и конической формы применять смазки типа эмульсий мыла в воде или минеральном масле и т. п.;
4)	при вытяжке высокопрочных стальных и других сплавов применять эластичные разделители трущихся поверхностей заготовки и рабочего инструмента в сочетании с маслами.
При применении смазок удается получить следующие коэффициенты трения ц для разных материалов:
а)	при вытяжке деталей из сталей типа 08ВГ при смазке с наполнителями (графит, мел, тальк — не менее 20% от общей массы) 'ц = 0,06—0,1, при смазке минеральными маслами ц = 0,14—0,16 (при вытяжке без смазки ц = 0,18—0,2);
168
Глава 5. Вытяжка
б)	при вытяжке деталей из алюминиевых сплавов при смазке минеральными маслами с наполнителями ц = 0,1—0,15 (без смазки ц = 0,35).
Примеры составов смазки для некоторых металлов и сплавов
1.	Для вытяжки деталей из сталей (кроме высокопрочных, жаростойких и нержавеющих) с толщиной S > 1 мм: веретенное масло — 43%; рыбий жир — 8%, графит — 15%, олеиновая кислота — 8%, сера — 5%, зеленое мыло — 6%, вода — 15%.
2.	Для вытяжки деталей из жаропрочных и нержавеющих сталей:
а)	50% асфальтового битума, 50% окисленного петролатума;
б)	перхлорвиниловый лак XB-2I (15% перхлорвиниловой смолы, 5% дибутилфталата, 82% растворителя Р-4).
3.	Для вытяжки деталей из медных сплавов типа латуней: 20% зеленого мыла, 80% воды.
4.	Для вытяжки деталей из алюминиевых сплавов:
а)	(30—50)% воска, (70—50)% скипидара;
б)	машинное масло с графитом;
в)	вазелин технический и др.
При вытяжке тонколистовых изделий, подвергающихся промежуточным отжигам для снятия наклепа, применяют смазку в виде мыльной эмульсии, так как другие виды смазок при сгорании образуют на поверхности изделия трудноудаляе-мую пленку.
Удаление смазки с вытянутых изделий производится горячим обезжириванием в щелочных растворах либо электролитическим обезжириванием или растворением жиров в бензине (промывка в бензине).
5.3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ЗАГОТОВКИ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
5.3.1.	Аналитический метод
Расчет размеров заготовки проводят из условия равенства объемов детали и заготовки, однако в связи с тем, что толщина заготовки при вытяжке меняется незначительно, а кроме того и не одинаково (в одних Зонах она увеличивается, а в других
5.3. Определение размеров заготовки при Вытяжке цилиндрических изделий 169
a)
Рис. 5.11. Схемы к расчету размеров заготовки при вытяжке:
а) без фланца; б) с фланцем
уменьшается), можно вместо равенства объемов использовать равенство площадей поверхности детали и заготовки:
F = F . дет заг*
Если деталь имеет форму тела вращения, то заготовка имеет форму круга, поэтому для вытяжки цилиндрических изделий получим
кВ2	п
^дет=-^=0,785П32.
(5.39)
Откуда можно определить диаметр исходной заготовки Z>3:
D3 = 1,137f7t.
(5.40)
Площадь поверхности детали определяем путем суммирования элементарных поверхностей из которых состоит деталь, поэтому
----------------- п
d3 = 1,13+ f2.+... + fn = i, 13д l fn,	(5.4i)
W i = l
где f19 ..., fn— площади элементарных поверхностей детали; п — число элементарных поверхностей.
Тогда для вытяжки цилиндрических изделий без фланца (рис. 5.11, а) получим согласно формуле (5.39):
tlD? тсс/?	jr
•	— =	+ nd(h + АЛ) + (2ndrr + 8г2),
170
Глава 5. Вытяжка
откуда
D3 = Jd^ + 2nrdr + 8r2 + 4d(h + ДЛ),	(5.42)
где ДЛ — величина припуска на обрезку заготовок, который назначают в связи с тем, что вытянутые детали вследствие анизотропии листа и неодинаковых условий трения имеют неровную, волнистую верхнюю кромку вытянутой части. Этот припуск назначают в зависимости от относительной высоты получаемой детали и ее толщины (он составляет обычно 5—15% от высоты детали).
При вытяжке цилиндрических изделий с фланцем (рис. 5.11, б), используя формулу (5.39), получим
V =5[(rf3 + 2Aft)2-d22] +
Ttd^
+ j (2nrd2 - Sr2) + ndh + j (2ndrr + Sr2) +	.
Тогда
D3 = Jdl + 4dh + глгСс/! + d) + яг2 + (d3 + 2ДЙ)2 - d22. (5.43)
5.3.2.	Графоаналитический метод
Применяется для определения диаметра заготовки для деталей со сложной криволинейной образующей. При этом используют правило Гульдена—Паппа, согласно которому поверхность тела, образованного кривой произвольной формы путем вращения этой кривой вокруг оси, находящейся в плоскости кривой, равна произведению длины образующей на длину окружности, проходящей через центр тяжести образующей, т. е. F = L2nR^ т , тогда, зная площадь поверхности изделия (рис. 5.12), можно определить диаметр исходной заготовки по формуле:
где Яц т — расстояние от оси детали до центра тяжести образующей.
Рис. 5.12. Схема к расчету размеров заготовки для вытяжки графоаналитическим методом
(5.44)
5.3. Определение размеров заготовки при вытяжке цилиндрических изделий 171
Рис. 5.13. Схема к расчету размеров плоской заготовки при вытяжке графоаналитическим методом для поверхности с криволинейной образующей
Если деталь имеет сложный контур образующей, например, такой, как показан на рис. 5.13, то необходимо расчетную линию контура (образующей) детали вычертить в масштабе 2:1, 5:1 или 10: 1 с учетом припуска на обрезку. Затем разбить ее да отдельные элементарные участки Zv Z2, ..., Zn, представляющие собой прямые или радиусные участки, определить их длины. Для каждого участка определяют положение центра тяжести. Затем определяют диаметр заготовки по формуле
D3 = 2j2lrili,
(5.45)
где т\ — расстояние центра тяжести Z-ro элементарного участка образующей до оси симметрии; — длина Z-ro элементарного участка.
Известен еще графический метод определения размера плоской заготовки для вытяжки [35], однако в настоящее время он редко используется, тем более, что в современных автоматизированных графических системах имеются функции определения площадей поверхностей твердых тел сложной формы.
Расчетные диаметры заготовок для деталей сложной формы обычно проверяют путем проведения экспериментов и только досле этого устанавливают окончательные размеры заготовки для изготовления штампа для их вырубки.
При определении окончательных размеров исходной заготовки необходимо пользоваться следующими правилами:
1)	припуски на обрезку края АЛ определяют по табл. 5.1 и табл. 5.2 в зависимости от вида детали (с фланцем или без фланца), высоты детали h и относительной высоты h/d (где d — диаметр детали);
2)	при высоте вытягиваемой детали h < 0,5d и толщине стенок S < 1 мм можно пользоваться при расчетах чертежными размерами (внутренними или наружными);
3)	если высота детали h > 0,5d, а толщина стенок S < 1 мм, или независимо от отношения h/d, но при S > 1 мм за линию расчетного контура следует принимать среднюю линию детали;
172
Глава 5. Вытяжка
4)	если толщина детали S > 2 мм, то при относительных радиусах на детали меньших (0,2—0,3)S, ими можно пренеб-(речь;
5)	если на чертеже детали указаны допуски на ее размеры, то расчет необходимо проводить по номинальным размерам с учетом этих допусков.
Таблица 5.1. Припуски по высоте на обрезку цилиндрических деталей без фланца, мм [35]
Полная высота детали, мм	Припуск при относительной высоте детали h/d			
	0,5—0,8	0,8—1,6	1,6—2,5	2,5—4,0
10	1,0	1,2	1,5	2,0
20	1,2	1,6	2,0	2,5
50	2,0	2,5	3,3	4,0
100	3,0	3,84	5,0	6,0
150	4,0	5,0	6,5	8,0
200	5,0	6,3	8,0	10,0
250	6,0	7,5	9,0	11,0
300	7,0	8,5	10,0	1,0
Таблица 5.2. Припуски на обрезку деталей с широким фланцем, мм [35]
Диаметр фланца Рф, мм	Припуск на сторону при относительном диаметре фланца D^/d			
	до 1,5	1,5—2,0	2,0—2,5	2,5—2,8
25	1,6	1,4	1,2	1,0
50	2,5	2,0	1,8	1,6
100	3,5	3,0	2,5	2,2
150	4,3	3,6	3,0	2,5
200	5,0	4,2	3,5	2,7
250	5,5	4,6	3,8	2,8
300	6,0	5,0	4,0	3,0
5.3.
Определение размеров заготовки при вытяжке цилиндрических изделий ,	173
5.4.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
ПЕРЕХОДОВ ПРИ ВЫТЯЖКЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ I
Большие возможности многопереходной вытяжки основаны на том, что в процессе деформации за несколько переходов на nepf вом переходе донная часть заготовки деформируется незначительно, а, следовательно, не упрочняется и сохраняет запас пластичности для последующих переходов. Кроме этого, наиболее опасное сечение с точки зрения разрушения в области перехода от плоского донного участка к стенке изделия на последующих переходах практически не деформируется. Это дает возможность получения больших степеней деформации при вытяжке за несколько переходов без применения послеоперационных отжигов, необходимых для восстановления пластичности
материала заготовки.
Расчет числа переходов при вытяжке является одной из важнейших задач технолога при проектировании технологического процесса, от правильности проведения которого зависит не только число штампов, но и длительность всего процесса и возможность возникновения брака.
При этом используют такие показатели, как степень вытяж-
„	Id	.	_
ки К = -т , коэффициент вытяжки m = — = 77- и степень дефор-а	к и_
мации, которую определяют по формуле
D-d
3
е =	— = 1- т
(5.46)
где D3 — диаметр заготовки; d — диаметр детали после вытяжки.
Степень деформации при многопереходной вытяжке определяется по формуле
е= 1 -
(5.47)
- 1 9
где dn — диаметр полуфабриката, (детали) после п-го перехода вытяжки; dn_r— диаметр полуфабриката перед проведением п-й операции вытяжки.
Величину dn/dn _ т называют коэффициентом вытяжки п-го перехода.
174
Глава 5. Вытяжка
При технологических расчетах полученные значения коэффициентов вытяжки и степеней деформации сравнивают с предельно допустимыми или так называемой критической сте-[ пенью деформации и критическим коэффициентом вытяжки. \ Формулы для определения критического коэффициента вы-I тяжки получены аналитически с применением ряда допущений. Так, формулы для определения критического коэффициента вытяжки цилиндрических деталей с толщиной металла (0,5 < S < 5) мм и малым коэффициентом трения имеют следующий вид:
для первой операции вытяжки
(О О Ч \ 0,05-0,9^+^^],,	(5.48)
для второй и последующих операций вытяжки
"*KP. П = ехР ( °’03 - о’9^ + 2r° + S )’	(5'49)
где ов — предел прочности материала детали; os — напряжение текучести с учетом упрочнения (определяется приближенно для степеней деформации е ~ (20—25)%, что соответствует степени вытяжки т = 0,5—0,6); а — коэффициент, учитывающий влияние толщины металла (определяется по таблицам [5]; а = 0,68—2). С учетом упрочнения при вытяжке с прижимом можно критический коэффициент вытяжки определить по формуле [29]:
/ ГЛ 1	S 2цО у-ч'ш-]
ткр - 1/ехр [(1 + 1)6и - 2rM + S " J J ’	(5-50)
где — относительное уменьшение площади поперечного сечения образца к моменту образования шейки (определяется по результатам испытания на растяжение стандартного образца); Q — сила прижима, определяемая по формуле (5.36).
Коэффициенты вытяжки, рассчитанные по формулам (5.48)—(5.50), являются критическими, поэтому с учетом некоторого запаса прочности (10—15)%, допустимый коэффициент вытяжки определяют по формуле
тпд = (1,1—1,15)тпкр.	(5.51)
Определение числа и последовательности переходов при вытяжке^ цилиндрических деталей
175
5.4.
На практике чаще используют значения допустимых коэффициентов вытяжки, проверенных многолетней практикой и приведенных в справочниках [35, 41].
В случае, если вытяжку проводят без межоперационных отжигов, то вследствие упрочнения после каждого перехода вытяжки величина тпд будет возрастать, однако наибольшая вели-' чина приращения коэффициента вытяжки Дтпд наблюдается только между первым и вторым ее переходами. В дальнейшем из-за затухания интенсивности упрочнения величина Дтпд -» О с увеличением числа переходов, поэтому можно принимать тд2 = тдЗ = • • • я тдп = const-
Если расчетное значение коэффициента вытяжки тпр > тпд, то w	(	^ср	7
нужен только один первый переход где тпр = -^ , а аср — диаметр детали по средней линии). Если тпр < znmin, то необходимо несколько переходов вытяжки. Для определения их числа необходимо, задаваясь значениями тпд по переходам из таблиц, определить т19 т2, тп.
Затем определяют диаметры полуфабриката по переходам по формулам:
=	^2 =	=	=
= m3d2 = 7П17П27П31)3	(5.52)
и т. д. до тех пор, пока последний полученный расчетный диаметр детали не окажется меньше диаметра по чертежу, т. е. ^рп < ^ср. дет*
Таблица 5.3. Коэффициенты вытяжки с прижимом цилиндрических деталей без фланца [35]
Коэффициенты вытяж-ки	Значения коэффициентов вытяжки при относительной толщине заготовки S/D3, %				
	2,0—1,5	1,5—1,0	1,0—0,5	0,5—0,2	0,2—0,06
т1	0,46—0,50	0,50—0,53	0,53—0,56	0,56—0,58	0,58—0,60
т2 t	0,70—0,72	0,72—0,74	0,74—0,76	0,76—0,78	0,78—0,80
	0,72—0,74	0,74—0,76	0,76—0,78	0,78—0,80	0,80—0,82
т4	0,74—0,76	0,76—0,78	0,78—0,80	0,80—0,82	0,82—0,84
176
Глава 5. Вытяжка
В случае, если dpn существенно меньше dcp дет, т. е. тппфакт существенно больше тпп, то делают перерасчет переходов таким образом, чтобы разгрузить условия вытяжки на всех переходах.
В этом случае новые коэффициенты вытяжки увеличива-'ют на величину а', т. е. тп[ = a'm^ т'2 = а'тп2, ..., т'п = а'тп (где тп1, тп2, ..., тп и тп£, тп2, ..., т'п — соответственно принятые и скорректированные коэффициенты вытяжки по переходам). Из условия равенства общих коэффициентов вытяжки mrm2...mn^ = тпобщ и 7и;тп2...7п' = тпобщ получим
га факт	.	^гафакт
-г-------------— = 1; т. е. а —-------------
а пт1т2 ... тп	mnmin
или а' = пр1пф^ . (5.53)
1 ramin
Формула (5.53) позволяет быстро провести корректировку коэффициентов вытяжки, равномерно загрузив все переходы. Подобную корректировку значений коэффициентов вытяжки следует выполнять, если тп^ - znnmin >0,08.
После определения диаметров полуфабрикатов по переходам определяют высоты полуфабрикатов по переходам вытяжки из условия постоянства площади поверхности:
0,785Z>2 =к = ... =F„,	(5.54)
где Flf п— поверхности полуфабрикатов после каждого перехода, или для вытяжки цилиндрической детали без фланца (см. рис. 5.11, а) из формулы (5.42) при Ай « 0 получим: для 1-го перехода
[П32-^-2гд(^1 + 4гд)]
’ (5>55)
для любого i-ro перехода
Hi = °’25( т J** т "	+ °’43Т <di+ 0,32rf).	(5.56)
*	\ ТП1ТП2 ... 171}	1J
Для вытяжки цилиндрической детали с фланцем (см. рис. 5.11, б) из формулы (5.43) получим (при А2)ф = 0) для 1-го перехода
_ \Dl - Dl - dl + dl - 2rcp(nd2 + 4rcp) - r^ndt + 4гд)]
H1--------------------4й + гср + гд :	• (557)
Определение числа и последовательности переходов при вытяжке цилиндрических деталей
5.4.
177
Рис. 5.14. Схемы к примеру расчета технологического процесса вытяжки:
а) эскиз детали; б) расчетная схема
В справочной литературе [35] приводятся формулы для1 расчета высот вытягиваемых! полуфабрикатов различной! формы.
Для определения высоте! полуфабриката при вытяжке цилиндрической детали без фланца используется приближенная формула
D* ~ di
Hi~ 4dt
(5.58)
где i — порядковый номер перехода вытяжки.
Для определения высоты полуфабриката при вытяжке цилиндрической детали с фланцем применяем формулу

4dt
(5.59)
Рассмотрим пример расчета технологического процесса вытяжки для детали, эскиз которой представлен на рис. 5.14, а, расчетная схема — на рис. 5.14, б.
Припуск на обрезку полуфабриката по высоте выбираем по табл. 5.1, в данном случае он составит 2 мм.
Определим диаметр заготовки по формуле (5.42). Подставив в эту формулу значения параметров, соответствующих размерам рассматриваемой детали (см. рис. 5.14, б), получим D3 = = 90 мм.
Расчет в данном случае следует вести по средней линии дета-о	_	d 30,6
ли. Расчетный коэффициент вытяжки составит тпр = jy = -д^- =
= 0,34. Расчетный коэффициент вытяжки значительно меньше минимального коэффициента вытяжки (табл. 5.3), поэтому технологический процесс будет состоять из нескольких переходов.
Относительная толщина заготовки составляет S/D3 = 0,0156. Из табл. 5.3 определим значения коэффициентов вытяжки по переходам: тп1 = 0,5; т2 = 0,72; тп3 = 0,74; т4 = 0,76. Определим диаметры полуфабрикатов по переходам: dr = m1D3 = 45 мм; d2 = m2d1 = 32,4 мм; d3 = m3d2 = 24 мм. Таким образом, для получения детали необходимы три перехода вытяжки, однако на
178
Глава 5. Вытяжка
последнем переходе фактический коэффициент вытяжки будет (	d 30,6
чрезмерно большим тпзфакт =	= ^2~i = Q>9^6 J, поэтому сле-
дует выполнить корректировку коэффициентов вытяжки, используя формулу (5.53). Коэффициент корректировки в данном аСлучае (п = 3): а' =	= 3/^46 = 1>085 Коэффи.
'	У ^nmin * N ^зппп » 0,74
циенты вытяжки по переходам после корректировки составят:
= 1,085 • 0,5 = 0,54; т'2 = 1,085 • 0,72 = 0,78; тпз = 1,085-0,74 = 0,8.
Средние диаметры полуфабрикатов вытяжки по переходам:
d± = 0,54 • 90 = 48,8 мм; d2 = 0,78 • 48,8 = 38,1 мм; d3 = 0,8 • 38,1 = 30,6 мм.
Высоты полуфабрикатов по переходам определим по формулам (5.55) и (5.56). По рекомендациям работы [35] радиус перехода от стенки к дну полуфабриката на первой вытяжке следует принять равным 5S, на последующих переходах этот радиус принимается в 1,5—2,0 раза меньше радиуса на предыдущем переходе (см. рис. 5.15, в). Подставив в формулы (5.55) и (5.56) значения соответствующих параметров, получим
Нг = 32,7 мм; Н2 = 45,6 мм; Н3 — 60 мм.
После третьего перехода вытяжки должен быть обрезан припуск. При мелкосерийном производстве детали обрезка может быть выполнена на токарном станке, при крупносерийном — в штампе.
Таким образом, при изготовлении рассматриваемой детали необходимо выполнить 5 операций (рис. 5.15): вырубку заготовки, три вытяжки и обрезку припуска. В зависимости от объема выпуска детали названные операции можно выполнить отдельно или совместить отдельные операции. Так, при крупносе-
Рис. 5.15. Эскизы полуфабрикатов технологического процесса
Определение числа и последовательности переходов при вытяжке цилиндрических деталей
5.4.
179
рийном производстве часто совмещает вырубку заготовки и первую вытяжку, последнюю вытяжку и обрезку припуска, сокращая технологический процесс, таким образом, до трех j штампоопераций.
5.5.	РАСЧЕТ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ВЫТЯЖКЕ
Следует учитывать при определении размеров рабочего инструмента, что при вытяжке матрица определяет наружный диаметр детали или полуфабриката, а пуансон всегда оказывается меньше, чем внутренний размер детали.
При расчете исполнительных размеров рабочих частей штампа следует учитывать, что одним из основных параметров при вытяжке считают радиус матрицы RM (рис. 5.16). Чем больше величина Вм, тем меньше усилие вытяжки и меньше утонение стенок изделия, меньше величина допустимого коэффициента вытяжки, и соответственно вытяжку можно провести за меньшее число переходов.
Ориентировочно при проектировании вытяжных матриц и пуансонов радиусы матриц и пуансонов Rn могут быть выбраны в зависимости от относительной толщины заготовки S/D3 по таблице 5.4 [35]:
Таблица 5.4
S/D3100	0,25	0,5	1,0	1,5	2,0	3,0
с Rm/S	14	12	9	7,5	6	4
RJS	9	8	7	5	4,5	3
Более точно радиусы матрицы и пуансона можно определить по формуле (для 1-го перехода вытяжки):
= 0,05(50 + (Z>3- d)]TS; Rln = (0,5—1)/?* .	(5.60)
Для нескольких переходов вытяжки радиусы матриц и пуансонов на п-ом переходе вытяжки можно определять по формулам:
я» = (0,7—0,8)7?"-1;	=1^=2 или 7?п«Ядет.
180
Глава 5. Вытяжка
Следует учитывать, что радиус /пуансона не может быть меньше '2S, т. е. Вп > 2S, а в случае, если требуется получить на детали радиус Вдет < 2S, то такой радиус следует получать введением в технологический процесс дополнительной операции калибровки.
Размеры вытяжных матриц и пуансонов можно определить по следующим формулам:
Рис. 5.16. Схема к расчету исполнительных размеров рабочего инструмента
^м = (^изд-\зн)+8к;	(5-61)
du = (Z>M - 2Z)-8° ,	(5.62)
где Ди3н— припуск на износ матрицы, он определяется как Дизн = (0,5—0,8)5изд (здесь 5ИЗД— допуск на чертеже изделия), Z — зазор между пуансоном и матрицей вытяжного штампа (рис. 5.16) (обычно выбирается в зависимости от толщины и .размеров заготовки по справочным данным [35], а при вытяжке небольших деталей из углеродистых сталей он равен Z = = S + (0,2—0,3) мм, 8П, 5М— допуски на изготовление пуансонов и матриц (выбираются по справочникам в зависимости от размеров детали по 8—6 квалитету).
В связи с тем что на результаты вытяжки большое влияние оказывает геометрия рабочей части матрицы, то рекомендуется профиль матрицы для первой операции вытяжки выполнять либо коническим (рис. 5.17, а), либо эвольвентным (рис. 5.17, б).
Рис. 5.17. Варианты исполнения рабочего профиля матриц:
а) конический; б) эвольвентный, в) с глубокой реактивной полостью
5.5.
Расчет исполнительных размеров рабочего инструмента при вытяжке
181
a)
Рис. 5.18. Конструкции матриц для вытяжки с прижимом: а) с радиусным переходом; б) с коническим переходом
Для последующих операций вытяжки применяют вытяжные матрицы с глубокой реактивной полостью (рис. 5.17, в) (с углом захода конической части а= 12°, высотой заходной части Н ~ 0,6Z>M, с радиусом закругления матрицы = (8—10)5 и с радиусом закругления пуансона гп = 6S.
При вытяжке с прижимом для первого перехода применяют конструкцию матрицы с радиусным переходом, показанную на рис. 5.18, а, а для второго и последующих переходов — конструкцию матрицы с коническим переходом в радиусный участок, показанную на рис. 5.18, б.
Для облегчения снятия детали с пуансона его вертикальную цилиндрическую часть следует изготавливать с небольшим уклоном, величина которого зависит от допусков на изделие, но не может быть менее (3...5)'.
5.6.	ВЫТЯЖКА ДЕТАЛЕЙ КОНИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
а) б)
Лг\:
Рис. 5.19. Детали конической формы:
а) относительно низкие; б) относительно высокие
Вытяжкой можно получать конические детали относительно низкие (с высотой конуса Н < 0,3d) в виде усеченного конуса (рйс. 5.19, б) и относительно высокие (с высотой конуса Н> 0,7d) с большим углом конусности (рис. 5.19, а).
При вытяжке конических деталей следует учитывать, что пуансон контактирует только со сравнительно небольшой поверхностью заготовки и поэтому остальная ее
182
Глава 5. Вытяжка
кольцевая часть остается свободной вне прижима (т. е^ эта часть не нагружена внешними силами).
Главными напряжениями в этой зоне будут радиальные Gp и окружные G0. При таких условиях деформирования эта зона должна иметь значительную кривизну срединной поверхности в меридиональном сечении.
Условие равновесия элементов сечения этой зоны при проектировании сил на нормаль к срединной поверхности заготовки может быть представлено уравнением Лапласа, которое в данном случае имеет вид
^ + — = 0,
Яр «е ’ откуда получим
ой
Вр = -В0~, х	(5.63)
где Вр и Rq— радиусы кривизны срединной поверхности элемента в меридиональном и тангенциальном сечениях.
Из уравнения (5.63) видно, что условие нулевой кривизны (Рр = оо) может быть выполнено только при g0 = 0. Кроме этого кривизна элементов заготовки в этом участке в окружном и меридиональном направлениях может иметь одинаковые знаки, если Gp и g0 имеют различные знаки, и наоборот. Поэтому при разных знаках напряжений Gp и Ge образующая детали становится выпуклой с одинаковым знаком кривизны Вр и RQ.
Под действием окружных сжимающих напряжений G0 в кольцевой зоне, находящейся вне прижима и контакта с пуансоном, здесь может наблюдаться явление потери устойчивости материала, что приведет к образованию складок. Согласно условию пластичности Gp + |g0| = Gs, а это значит, что для уменьшения вероятности складкообразования необходимо увеличить растягивающие напряжения Gp, действующие в радиальном направлении. Одним из способов увеличения напряжений Gp является вытяжка с перетяжным ребром, схема которой представлена на рис. 5.20, а.
Форма и размеры перетяжных ребер определяются в зависимости от толщины и материала штампуемых деталей.
При вытяжке относительно низких конических деталей (с высотой конуса Н < 0,3d, где d — диаметр основания усеченного конуса), кроме штампов с перетяжными порогами для по-
5.6.
Вытяжка деталей конической формы
183
Рис. 5.20. Варианты интенсификации схем вытяжки:
а) с перетяжным ребром; б) с коническим прижимом; в) в матрице с радиусным переходом к конической части и правкой на конус в конце хода
лучения мелких деталей с небольшой толщиной (S < 2 мм) применяют штампы с коническим прижимом (рис. 5.20, б).
Для вытяжки деталей конической формы средней высоты (0,3d < Н < 0,7d) при относительной толщине заготовки S/Z>3100 > 2,5 применяют схему вытяжки без прижима (рис. 5.20, в) в закрытой матрице с конической рабочей частью и правкой на конусе в конце рабочего хода. При меньших относительных толщинах заготовки, т. е. при S/Z>3100 < 2,5 вытяжку необходимо проводить с прижимом за две операции (рис. 5.21, а). На первой операции вытяжкой с прижимом получают полуфабрикат торообразной поверхности диаметром d, равным диаметру изделия. На второй операции формируются окончательные размеры и форма детали.
Для деталей конической формы с большой высотой конуса (Н > 0,7d) и с большим углом наклона а образующей конуса
Рис. 5.21. Схемы вытяжки конических деталей при малых относительных толщинах:
а) с торообразным полуфабрикатом на первом переходе; б) за несколько переходов с промежуточным ступенчатым профилем
184
Глава 5. бытяжка
(30° < a < 60°) вытяжку проводят за несколько переходов с получением ступенчатого цилиндрического профиля с небольшими перепадами по высотам и диаметрам у соседних ступеней. Причем этот ступенчатый профиль должен вписываться в профиль изделия (рис. 5.21, б), которое деформируется на последней операции калибровкой. Однако этот способ не позволяет получить качественную поверхность детали, так как после калибровки на поверхности остаются следы в местах перегибов ступеней.
Для вытяжки конических деталей с большой высотой применяют способ, когда на первой операции проводят вытяжку цилиндрической заготовки диаметром, равным диаметру основания конуса, а за все последующие операции вытягивают постепенно увеличивающуюся коническую поверхность, как показано на рис. 5.22, а.
1,25 075
R9
Операция 3
Рис. 5.22. Схемы вытяжки высоких конических деталей: а) схема вытяжки; б) пример последовательности переходов
5.6.
Вытяжка деталей конической формы
185
Технологические расчеты в этом случае выполняют так же, как и для вытяжки цилиндрических колпачков с фланцем, только фланец в данном случае имеет коническую форму.
Наиболее важным является точный расчет перераспределения объема или поверхности металла по переходам при неизменных размерах фланца и основания конуса.
Диаметры плоской части дна полуфабрикатов предыдущих переходов должны быть больше соответствующих диаметров полуфабрикатов последующих переходов. Радиус перехода от дна к стенке предпоследнего перехода вытяжки должен быть равен соответствующему радиусу готовой детали. Предельно допустимую высоту конической детали, которую можно полу-ч;ить вытяжкой, определяют по формуле [21]:
ь <п _А_ tga + ц’
где ов и os — соответственно предел прочности и напряжение текучести детали [МПа] (определяются по справочникам); dr — диаметр плоской части дна детали [м]; а — угол наклона образующей конуса [град]; ц — коэффициент трения детали о стенку матрицы.
При вытяжке относительно высоких конических деталей требуется большее число операций по сравнению с вытяжкой цилиндрических деталей при равных наибольшем диаметре и высоте.
На рис. 5.22, б приведен пример последовательности шести технологических переходов вытяжки высокого конуса [35].
5.7.	ВЫТЯЖКА ДЕТАЛЕЙ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
Условия вытяжки сферических и им подобных деталей, например с поверхностью тора (куполообразных), сходны с условиями вытяжки конических деталей. Однако при вытяжке таких деталей вся поверхность заготовки, в том числе и поверхность, непосредственно контактирующая с пуансоном, деформируется пластически, а поверхность свободного, ненагруженного участка в начальный момент больше, чем при деформировании конических деталей с небольшой высотой. В центральной части заготовки происходит существенное утонение материала вследствие двухосного растяжения, что может привести к появлению
186
Глава 5. Вытяжка
Рис. 5.23. Схемы вытяжки деталей сферической формы из плоской заготовки:
а) в глухой матрице без прижима; б) с прижимом и с перетяжным ребром
здесь трещин и разрушения. В свободном же, ненагруженном участке заготовки возможна потеря устойчивости и образование складок.
Поэтому с учетом сказанного ранее применяют в зависимости от относительной толщины заготовки S/D3 различные способы вытяжки.
При деформировании относительно неглубоких заготовок с
-рг > 0,03 применяют однопереходную вытяжку1 в глухой мат
рице с формовкой и правкой в конце хода по схеме, показанной на рис. 5.23, а.
S
При деформировании деталей с ^- < 0,05 применяют вытяжку с прижимом заготовки в открытой матрице с перетяжным ребром (рис. 5.23, б).
При вытяжке крупных толстостенных деталей типа днищ применяют способ, в котором осуществляется совмещение прямого и обратного методов вытяжки, схема которого представлена на рис. 5.24. В рассматриваемом способе вытяжки [12], вследствие увеличения растягивающих напряжений в донной части заготовки при де
Рис. 5.24. Схема вытяжки деталей сферической формы со сложной криволинейной образующей
5.7.
Вытяжка деталей сферической формы
187
формировании ее рабочей кромкой кольцевого верхнего пуансона 1 происходит соответственно уменьшение сжимающих напряжений и вероятности появления складок. Причем в начальный период происходит прямая вытяжка наружной частью кольцевого пуансона 1 в матрицу 2 с уменьшением наружного диаметра заготовки, что повышает ее устойчивость. Кольцевой пуансон в последующие моменты вытяжки (после прекращения контакта заготовки с матрицей 2) является по своей внутренней поверхности матрицей для обратной вытяжки относительно неподвижного пуансона 3. Небольшие складки, возникающие в местах перегиба заготовки с наружной стороны, разглаживаются при протягивании заготовки в зазор между пуансоном 1 и матрицей 2. После окончания вытяжки полуфабрикат снимается с неподвижного пуансона 3 нижним выталкивателем 4.
5.8.	ВЫТЯЖКА ДЕТАЛЕЙ КОРОБЧАТОЙ ФОРМЫ
Вытяжкой можно получать детали и полуфабрикаты, имеющие коробчатую форму, самого разнообразного назначения: тару для консервного производства, различные детали электроприборов и бытовой техники, крупногабаритные детали типа топливных баков автомобилей и др. Форма поверхности коробчатых деталей и соотношение размеров имеют большое значение
при проектировании технологических процессов.
Коробчатые детали можно охарак
Рис. 5.25. Эскиз и параметры коробчатых деталей
теризовать следующими основными параметрами (рис. 5.25): относительной высотой Н/В, относительным радиусом округления угловых участков гу/В и относительной шириной В/А (где В — ширина, А — длина, Гу — радиус округления угловых участков коробчатых деталей).
В процессе вытяжки деталей коробчатой формы напряженное состояние в отличие от рассмотренных ранее деталей, обладающих осевой симметрией, будет иметь существенное отличие, заключающееся в том,
188
Глава 5. Вытяжка
что Op и ое уже не будут являться главными напряжениями вследствие того, что направления, нормальные к контуру детали, перестают быть главными. Напряженно-деформированные состояния в угловых и на прямолинейных участках фланца существенно различаются друг от друга. Так, напряженное состояние углового участка характеризуется наличием здесь помимо растягивающих напряжений ор и сжимающих ое еще и касательных напряжений тр0, что является следствием отсутствия осевой симметрии. Наличие касательных напряжений приводит к тому, что величина максимальных растягивающих напряжений ортах существенно уменьшается по сравнению с осесимметричными деталями. Это дает возможность деформировать такие детали с большими степенями деформации. Подробный анализ напряженно-деформированного состояния приведен в литературе [29].
При определении формы и размеров плоской заготовки в зависимости от характерных параметров применяют различные методы [35, 41].
Прямоугольные и квадратные низкие детали (с Н/В < 0,6—0,8)
1. Контур детали в плане вычерчивается в масштабе. Затем делается развертка прямолинейных участков контура на плоскость (рис. 5.26). Длина I развертки (размер от плоского дна детали до ее края) определяется как при обычной гибке по средней линии:
I = Н + 0,57гд - 0,228.	(5.64)
2. Определяется радиус заготовки 7?0, необходимый для вытяжки цилиндра радиусом гу и высотой И, мысленно вписанного в угол детали:
Рис. 5.26. Схема определения формы и размеров плоской заготовки для вытяжки прямоугольных и квадратных в плане низких коробчатых деталей
7?0 —
= Jr2 + 2гуН - гд(0,86гу + 0,14гд).
(5.65)
5.8.
Вытяжка деталей коробчатой формы
189
При равенстве радиусов скругления угловых участков гу и перехода от дна к стенке гд, т. е. при гу = гд = г получим
Rq = j2rH .	(5.66)
3; Полученным радиусом RQ из центра О проводится дуга а — Ь, до пересечения с прямыми Ос и Od, которые являются границами прямолинейных участков контура заготовки.
4. Делятся пополам отрезки ad и Ьс, полученные на прямых Ос и Od (точки тип соответственно). Через точки т и п проводятся касательные к дуге а — Ь.
5. Касательные к дуге а — Ь через точки т и п сопрягаются дугами радиусом RQ (mf и nk) с прямолинейными участками контура.
Квадратные высокие детали (с Н/В > 0,8)
Заготовки для таких деталей имеют форму круга, диаметр которого определяется из условия постоянства площадей поверхностей детали и заготовки без учета припуска на обрезку и без учета радиусов скругления углов гу и перехода от дна к стенке гд по формуле
D3 = 1,13 7В(В + 4Л),	(5.67)
где В — размер коробки в плане.
При гу = гд = г диаметр D3 определяют по формуле
Л=
= 1,137в2 + 4В(Н + Дй - 0,43г) - 1,72г(Н + Дй + 0,33г), (5.68) где Ah — припуск на обрезку коробки по высоте.
Прямоугольные высокие детали (с Н/В > 0,8)
Если деталь имеет относительно большие радиусы округления угловых участков (гу/В > 0,2), то заготовка имеет форму эллипса, который с достаточной степенью точности может быть заменен эллиптическим овалом или овалом, образованным двумя полуокружностями и параллельными, касательными к ним прямыми линиями по длинной стороне коробки А (рис. 5.27),
Размеры такой заготовки с длиной А и шириной В определяют мысленной разбивкой ее контура на четыре участка, два из которых представляют собой половинки квадрата, с разме-
190
Глава 5, Вытяжка
v n В
рами В x •=•, а два других — а
прямоугольники с длиной стороны I = А - В. Радиус округления овала Rq с центром в точке В/2 можно определить так же, как для квадратных коробок, по формулам (5.67) или (5.68). Тогда ширина овала равна К = 2J?0, а длина L = = 2R^ + A-B.
Так же, как и в случае вы
Рис. 5.27. Схема определения формы и размеров плоской заготовки для вытяжки прямоугольных высоких коробчатых деталей
тяжки осесимметричных деталей, при вытяжке коробчатых деталей следует учитывать припуск по высоте коробок А Л,
который необходимо обрезать (припуск на неравномерность коробок по высоте). Величина этого припуска зависит от относительной высоты детали Н/В, ее материала и состояния поставки. Ориентировочно можно назначать припуск на обрезку АЛ, равный (5—15)% высоты детали И, или определять его по формуле:
Дй = 0,75л/Н.
(5.69)
Определение сил деформирования
при вытяжке деталей коробчатой формы
На основании экспериментальных данных В. П. Романовский предложил универсальную формулу для определения силы вытяжки коробчатых деталей [35]:
Рк = LSg^K,	(5.70)
где L — длина периметра исходной заготовки; ов — предел прочности материала штампуемой детали; К — коэффициент, зависящий от формы и размерных параметров детали, рода материала и степени деформации (определяется по справочным данным [5] 0,3 < К < 1,1). При вытяжке с прижимом величина его силы определяется приближенно, как и для вытяжки осесимметричных деталей, по формуле
Q = ?Fnp,	(5.71)
где q — удельная сила прижима, определяемая по формулам (5.34) или (5.35).
5.8.
Вытяжка деталей коробчатой формы
191
Определение числа переходов, формы и размеров полуфабрикатов
Для расчета числа переходов используют понятие условного цилиндра. Это цилиндры, которые могут образовываться из угловых участков коробки в плане. Коэффициент вытяжки опреде-ляется по формулам:
d
тл = (для первого перехода),
т = ,  (для второго и последующих переходов), - 1)
где Rq — радиус .скругления углового участка заготовки; dy(1), dy(n), dy(n_1)— диаметры условных цилиндров, образующих угдовые участки соответственно после 1-го, n-го и (п - 1)-го переходов вытяжки.
Коэффициенты вытяжки выбирают по справочным таблицам [5] в зависимости от вида коробок и марки материала. Предельная величина коэффициента вытяжки за один переход характеризуется условным коэффициентом вытяжки, который определяется по формуле
^пр=^о.	(5.72)
где гу — радиус скругления сторон детали; RQ — условный радиус в угловом закруглении заготовки.
При вытяжке высоких деталей суммарный коэффициент вытяжки определяется по формуле
*	L
тТ = —,	(5.73)
ьо
где L, Lq — соответственно длины контура детали и заготовки.
Величины коэффициентов вытяжки по переходам (кроме последнего) определяют по справочным данным как при вытяжке цилиндрических деталей, а для послёднего перехода принимают т = 0,9—0,95. Существуют методы определения числа переходов по экспериментально полученным табличным данным, когда в зависимости от относительной .толщины S/B определяют максимально допустимую глубинуJвытяжки за одну операцию Н/В, либо когда определяют число операций в зависимости от суммарного коэффициента вытяжки и относительной толщины условной заготовки при вытяжке с прижимом [21].
192
Глава 5. Вытяжка
При получении высоких квадратных в плане коробчатых деталей вытяжку проводят из круглой заготовки. Все полуфабрикаты по переходам, кроме последнего, имеют форму цилиндров, размеры которых определяют как при вытяжке цилиндрических деталей, причем предпоследний полуфабрикат в плане имеет форму окружности, в которую вписан контур изделия с дном в виде квадрата (рис. 5.28). На последнем переходе коэффициент вытяжки рас?' считывают по формуле
Рис. 5.28. Схема вытяжки высоких квадратных в плане коробчатых деталей из круглой заготовки
тп=	(тп < 0,8—0,9),
Ьп-1
где Ln, Ln_r— соответственно периметры поперечного сечения
полуфабриката предпоследнего перехода и готового изделия.
Для уменьшения числа операций применяют специальный рабочий инструмент (с перетяжными ребрами) и специальные конструкции штампов [12].
Q КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛАВЕ 5
1.	Опишите схему распределения напряжений при вытяжке из плоской заготовки.
2.	Назовите факторы, влияющие на предельный коэффициент вытяжки.
3.	Опишите особенности деформирования на втором и последующих переходах вытяжки цилиндрических деталей.
4.	Опишите особенности деформирования при вытяжке деталей сферической формы.
5.	Опишите особенности деформирования при вытяжке деталей конической формы.
6.	Опишите особенности деформирования при вытяжке прямоугольных й квадратных низких коробчатых деталей.
7.	Опишите особенности вытяжки высоких прямоугольных и квадратных коробок.
5.8-
Вытяжка деталей коробчатой формы
193
ГЛАВА6
ДРУГИЕ ВИДЫ ВЫТЯЖКИ И ОПЕРАЦИИ
6.1-	ВЫТЯЖКА С УТОНЕНИЕМ
Вытяжка с утонением применяется в случае необходимости получения высоких пустотелых изделий с толщиной дна, превышающей толщину стенки. Вытяжка с утонением осуществляется путем проталкивания пуансоном заготовки в виде колпачка через матрицу. При этом зазор между пуансоном и матрицей (Z) всегда меньше толщины стенки исходной заготовки (<S)
В процессе вытяжки с утонением стенки происходит требуемое увеличение высоты заготовки за счет уменьшения первоначальной толщины стенки заготовки при относительно небольшом изменении (уменьшении) наружного диаметра изделия.
Вытяжкой с утонением стенки получают детали и полуфабрикаты типа глубоких цилиндрических сосудов, снарядных гильз и других изделий из различных материалов: медных и алюминиевых сплавов, малоуглеродистой стад и, нержавеющей стали и других сплавов, имеющих достаточно высокую пластичность в холодном состоянии.
В качестве исходных заготовок для вытяжки с утонет нием используют прлуфабри< каты, полученные вытяж-. кой из листового металла.
На рис. 6.1 представ л еш схема вытяжки с утонений ем. Из схемы видно, что в| очаге пластической деформа» ции, где происходит сжатий материала заготовки междЖ пуансоном и матрицей, силж
Рис. 6.1. Схема вытяжки с утонением
194	Глава 6. Другие виды вытяжки и onepai
трения имеют различные направления. Силы трения, действующие на наружной поверхности заготовки, имеют направление, противоположное направлению движения пуансона. Вследствие деформации происходит удлинение заготовки, которая как бы скользит в направлении, противоположном движению пуансона, поэтому силы трения на внутреннюю поверхность заготовки действуют в направлении движения пуансона. Таким образом, силы трения на наружной поверхности заготовки способствуют увеличению растягивающих напряжений, действующих в стенках продсформированной части заготовки, а силы трения на внутренней поверхности заготовки, наоборот, уменьшают эти растягивающие напряжения. Эта. особенность вытяжки с утонением и объясняет возможность получения больших приращений высоты стенки за один переход [29].
Вытяжка с утонением происходит в условиях объемного напряженного состояния (см. рис. 6.1) с двумя сжимающими и одним растягивающим напряжением и объемного деформированного состояния. Однако, если принять во внимание, что деформация заготовки в тангенциальном направлении (относительное уменьшение диаметра) мала по сравнению с деформациями в осевом (увеличение высоты) и в радиальном (уменьшение толщины стенки) направлениях, то можно принять условие плоского деформированного состояния с осевыми деформациями растяжения и радиальными деформациями сжатия.
Теоретический анализ напряженного состояния подробно изложен в литературе [29]. Для определения наибольшего нормального растягивающего напряжения, действующего в осевом направлении, можно использовать формулу
[ i So 1	( ч 1 1 So So \ г
~lns + а (	2 n S S	+
L	4tg g
+ ^(Н1 + Ц2)]I’	(6.1)
где S — толщина стенки после вытяжки; So — толщина стенки исходной заготовки; а — угол наклона образующей матрицы;
— коэффициент трения на поверхности контакта матрицы и заготовки; ц2 — коэффициент трения на поверхности контакта пуансона и заготовки.
6.1.
Вытяжка с утонением
195
Если исследовать на экстремум функцию oz, то при = О можно получить следующую формулу для оптимального угла конусности матрицы аопт (при условии равенства ц* = ц2 = ц):
J _ а°ПТ   Z1 ^ОУ-1	Л»
tg 2 Д1" 2ln S Л SoJ ’	6’2
Технологические расчеты
При определении размеров заготовок (полученных обычной вытяжкой) диаметр заготовки Do определяют из объема детали (V) по формуле
Do= 1,13^2,	(6.3)
где у — коэффициент, учитывающий объем металла, необходимый для операции обрезки кромки детали (у= 1,08... 1,15).
При определении диаметра заготовки Do в случае, если объем детали неизвестен, можно использовать формулу
Do = D2 + 4(Д' ~ S\h + Дй - S0)S,	(6.4)
V
где D — наружный диаметр детали после вытяжки с утонением; ДЛ — припуск по высоте на обрезку (определяется по справочнику [35]).
Усилие вытяжки с утонением определяют по формуле [29]:
D	, „ Г1 so . н	г, 1, Wsg-s2) ,
Р ndnSaspn s + 2tga/2 V 1 2 ln S J[ So-S j +
+ tg 1,	(6.5)
4Ы J
где dn — диаметр вытяжного пуансона.
Степень деформации при вытяжке с утонением определяется по относительному изменению площади поперечного сечения по формуле
Fn-\~Fn lzDn-lSn-l-llDnSn
• (6-6)
196
Глава в. Другие виды вытяжки и операции
Так как при вытяжке с утонением изменение диаметров заготовки незначительно, то, приняв Dn _ t ~ Dn, получим из формулы (6.6):
где Sn _ t и Sn — соответственно толщина стенок полуфабриката до и после вытяжки.
Отношение Sn/Sn_19 характеризующее изменение толщины стенки при вытяжке с утонением, называют коэффициентом утонения и обозначают буквой тпу, т. е.
тп =	= 1 - у.	(6.8)
У Ьп-1
Существуют предельно допустимые величины коэффициентов утонения тпуд и степеней деформации уд, при превышении значений которых процесс вытяжки с утонением становится нестабильным (заготовка может разрушиться). Они зависят от рода материала и определяются по справочникам [35]. Величины предельно допустимых коэффициентов утонения для первого перехода вытяжки находятся в интервале от 0,4 до 0,65, а для второго и последующих переходов — от 0,5 до 0,75.
Вытяжка с утонением может выполняться, как и вытяжка без утонения — за несколько переходов.
При расчете числа переходов вытяжки и размеров полуфабрикатов выбирают по справочным данным допустимые коэффициенты утонения тпу1, тпу2, ..., туп. Затем определяют толщины стенок полуфабрикатов по переходам и их число по формулам:
Si = S07nyl; S2 =	Sn = Sn_1myn,	(6.9)
где So — толщина стенки заготовки; п — число переходов вытяжки.
Общее число переходов вытяжки с утонением для получения изделия с требуемыми размерами определяют по формуле
IgSn-IgS0 (i + ™;p)
(6.10)
где дпур — среднеарифметический коэффициент утонения
ср =	+ ™уп
171 у	2
6.1.
Вытяжка с утонением
197
Диаметры заготовки определяют по формулам (6.3) или (6.4), а высоты полуфабрикатов по переходам определяют по формуле
2	2
Н' = [ 4(£>°я -	+ 1 ] So>	(6.11)
где DHi— наружный диаметр полуфабриката i-го перехода.
В связи с тем что в процессе вытяжки с утонением происходит значительное упрочнение материала заготовки, то после этой операции, а в некоторых случаях и между переходами вытяжки, следует проводить отжиг полуфабрикатов. При вытяжке с утонением необходимо применять специальные смазки, которые применяют при холодной объемной штамповке [7]. Стальные заготовки перед вытяжкой отжигают, фосфатируют и смазывают (в специальных ваннах на них наносят фосфатный слой, служащий носителем смазки, в качестве которой используют жидкое мыло). Во многих случаях с целью повышения производительности труда вытяжку проводят в штампах, имеющих не одну, а две или три рабочих матрицы (вытяжных кольца). Схема такой вытяжки показана на рис. 6.2, причем на первое и второе кольца обычно приходится около 90% степени деформации, а на последнее кольцо не более 10%, так как
Рис. 6.2. Типовая диаграмма «сила — путь пуансона» при вытяжке через три рабочих матрицы (вытяжных кольца)
198
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
последнее кольцо является калибрующим. При этом кольца располагают одно под другим, а заготовка может входить в последующее кольцо, не выходя полностью из предыдущего. Усилие вытяжки в этом случае будет больше и определяется оно как сумма усилий деформирования в этих кольцах (диаграмма изменения усилия от хода представлена на рис. 6.2).
6.2. КОМБИНИРОВАННАЯ ВЫТЯЖКА
Комбинированной вытяжкой называется операция, которая сочетает в себе вытяжку без утонения стенки и вытяжку с утонением стенки в одной матрице. Матрица устроена таким образом, что сначала происходит обычная вытяжка из плоской заготовки (рис. 6.3, а), затем одновременно с обычной вытяжкой начинается вытяжка с утонением стенки (рис. 6.3, б, в), а заканчивается процесс вытяжкой с утонением стенки (рис. 6.3, г). На рис. 6.3, д приведена также диаграмма «сила Р — перемещение пуансона Лп» при комбинированной вытяжке в конической матрице. Точки a, б, в, г соответствуют схеме последовательности деформирования.
Очаг пластической деформации можно разделить на зону/ вытяжки без преднамеренного утонения, сопровождающейся увеличением толщины периферийной части заготовки, и зону II вытяжки с преднамеренным утонением стенки (см. п. 6.1).
Рис. 6.3. Схема комбинированной вытяжки:
а) этап вытяжки без утонения; б), в) этапы комбинированной вытяжки;
г) этап вытяжки с утонением; д) диаграмма «усилие — путь пуансона»
6.2.
Комбинированная вытяжка
199
В процессе комбинированной вытяжки происходит значительное изменение и диаметра и толщины заготовки, при этом допустимая степень деформации оказывается больше, чем при обычной вытяжке. Так, например, при комбинированной вытяжке можно получить за один переход деталь с отношением высоты (Л) к диаметру (d) порядка h/d = 1,5, в то время, как при вытяжке без утонения такие соотношения получают после двух-трех переходов. Это объясняется тем, что при комбинированной вытяжке, как при вытяжке с утонением, силы трения между заготовкой и пуансоном существенно разгружают опасное сечение полуфабриката [1].
Комбинированная вытяжка должна осуществляться так, чтобы последующая стадия начиналась не раньше, чем произойдет снижение силы деформирования предыдущей стадии. В этом случае максимальные силы деформирования на стадиях не складываются, благодаря чему уменьшаются растягивающие напряжения в опасном сечении.
Размеры заготовки при комбинированной вытяжке определяют из условия постоянства объема, как и при вытяжке с утонением стенки по формуле (6.4).
Степень деформации определяют при комбинированной вытяжке по формуле
е = 1 - т • тпу,	(6.12)
где т — коэффициент вытяжки без утонения; ту— коэффициент утонения, тогда, используя формулы (5.7) и (6.8), получим из формулы (6.12):
где Sn — толщина заготовки; Sn_t — толщина детали.
Произведение т • ту называют коэффициентом формоизменения при комбинированной вытяжке и обозначают буквой 7Пк=7П-7Пу.
Коэффициент формоизменения тк характеризует одновременно уменьшение диаметра полуфабриката и толщины стенки. При определении допустимых величин тк за один переход используют литературные данные [7, 13, 30, 35], при этом определяют допустимые коэффициенты вытяжки т без преднамеренного утонения и коэффициенты утонения тпу. Используя величины т, ту, рассчитывают размеры полуфабрикатов по пере
200
Глава в. Другие виды вытяжкил операции
ходам вытяжки (в случае многопереходной комбинированной вытяжки) по формулам:
—	для первого перехода
d^rn^Dj
—	pjiH. второго перехода
d2 = TTlydy} S2 =
—	для третьего и последующих переходов
~ mnd(n - 1)’ &п ~~ ™ynS(n - 1)’
где d19 d2, ..., dn— соответственно срединный диаметр заготовки после 1-го, 2-го и n-го переходов; D3— диаметр исходной заготовки; тп15 тп2, тп— коэффициенты вытяжки без утоне*-ния по переходам; тпу1, тпу2, туп— соответственно коэффициенты утонения после 1-го, 2-го и n-го переходов; S — толщина исходной заготовки; S15 S2, ...,	— соответствен-
но толщина стенки полуфабриката после 1-го, 2-го и n-го переходов.
В случае, если в результате расчета мы получили dn < б/д (где б/д — срединный диаметр детали по чертежу), но Sn > (где 8Д — толщина стенки детали по чертежу), тр дальнейший расчет проводят как для вытяжки с утонением с необходимой корректировкой предпоследнего (п - 1)-го перехода. Если в результате расчета получается Sn < 8Д, но dn > dR, то расчет продолжают как для вытяжки без утонения с необходимой корректировкой п — 1-го перехода.
Высоты полуфабрикатов комбинированной вытяжки по переходам определяют из условия постоянства объема по формуле (6.11).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований комбинированной вытяжки приведены в работах [13, 30].
6.3.	ОТБОРТОВКА
Отбортовкой называют операцию, в результате которой образуется борт по внутреннему или наружному контуру заготовки (см. табл. 1.2). Отбортовку применяют в следующих случаях:
1)	для образования бортов в плоских деталях, необходимых для последующих сборочных операций (нарезки резьбы, сварки и т^ п»);
6.3.
Отбортовка
201
Рис. 6.4. Схема процесса отбортовки
2)	для сокращения числа переходов при изготовлении кольцевых деталей с фланцем или без него вместо вытяжки с последующей отрезкой или пробивкой дна;
3)	для получения в сочетании с вытяжкой кольцевых деталей и деталей типа колец и втулок с фланцем.
В процессе отбортовки по внутреннему контуру (отверстию), схема которой представлена на рис. 6.4, происходит удлинение (растяжение) волокон в тангенциальном направлении и уменьшение толщины материала.
В связи с тем что в процессе отбортовки происходит одновременно утонение металла и его упрочнение, то, приближенно считая действие этих двух факторов на наибольшие радиальные растягивающие напряжения ортах компенсирующим друг друга, эти напряжения можно определять по формуле [29]:
/	2г*	Q	о \
артах = as(»i “ ~D~ + 2ra + S + 4гм + 2S Z1 + 1’6^’ (619) где гот — радиус отверстия в заготовке в момент действия напряжению ортах: гот = ~ + 0,75(гп + гм + S); гм, гп — соответственно радиусы на матрице и пуансоне; D — срединный диаметр горловины (борта); S — толщина заготовки; d — диаметр пробитого отверстия. .
Максимальное усилие отбортовки определяют при выполнении условия D/2 - гот > гп по формуле
Рот = ТП]Р>£ортах,	(6-20)
где ортах определяют по формуле (6.19); Т| = 1,1—1,2 — коэффициент, который вводится с целью учета изменения таких фак
202
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
торов в процессе отбортовки, как толщина материала, упрочнение и условия трения.
Приближенно силу отбортовки можно определить по формуле [21]:
Рот = JtDSoB(l - тпот),	(6.21)
где ов — предел прочности материала заготовки.
Для определения силы отбортовки отверстий квадратной или прямоугольной формы используют формулу
{	' z г \	, Q ]
6,28rc 1--? +(a + fe-0,9rc)-^-g	, (6.22)
где а и Ъ — размеры борта по осям симметрии (для квадратной заготовки а — Ъ)-, гс — радиус сопряжения стенок бортов в плане; гп — радиус на пуансоне.
В некоторых случаях с целью уменьшения силы отбортовки применяют пуансоны не цилиндрической, а сферической или конической формы. Усилие отбортовки пуансоном конической формы с углом конусности от оси р = 30° при величине коэффициента трения ц = 0,15 определяют по формуле
Р„ = 0,45CSa.( 1 - % + In £ )( 1 + JZSZ ),	(в.231
где ов — предел прочности материала заготовки; г — радиус
. ( d пробитого отверстия в заготовке I г =
Величину диаметра отверстия d под отбортовку можно определить из условия, что борт получается за счет гибки, тогда:
d = D - 2(h - 0,43гм - 0,72S).	(6.24)
Из формулы (6.24) можно определить и величину высоты борта h:
h ==	+ 0,43rM + 0,72S.	(6.25)
Диаметр радиусной части борта определяют по формуле
Dr = D + 2гм + S,	(6.26)
где D — средний диаметр борта.
6.3.
Отбортовка
203
В процессе отбортовки происходит уменьшение толщины металла в зоне борта. Наименьшую толщину борта (у его кромки) определяют по формуле
«.-«Л-	<6-27»
d
Величина отношения характеризует степень деформации
при отбортовке, обозначается буквой тот = и называется коэффициентом отбортовки. При технологических расчетах необходимо соблюдать соотношение:
™от >
где znmin— минимально допустимая величина коэффициента отбортовки, которая определяется по справочным данным [35] и зависит от следующих факторов:
—	характера обработки и состояния кромок отверстий в заготовках под отбортовку (метод получения отверстий, наличие заусенцев и т. п.);
—	относительной толщины заготовки S/D -100;
—	марки материала и его механических свойств;
—	формы рабочей части пуансона (тппИп для пуансонов сферической и конической формы меньше, чем znmin для пуансонов цилиндрической формы).
Зная величину минимального коэффициента отбортовки, можно определить максимальную высоту борта по формуле
/ P(l-7nmin) + 2,4S + 0,9rM
Лтах =----------2---------•	(	)
Из формулы (6.28) видно, что максимальная высота борта зависит от минимального коэффициента отбортовки и не превы-
Рис. 6.5. Схема отбортовки после вытяжки
шает 0,2—0,3 диаметра горловины D при получении отверстия под отбортовку вырубкой или сверлением. Если отверстие под отбортовку подвергается предварительной зачистке, то высота борта может достигать Лтах = = (0,3—0,4)Z>. В случае если высота борта h > Лтах, то такой борт
204
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
получают предварительной вытяжкой полуфабриката с диаметром D и высотой Л', а затем в дне вытянутого углубления пробивают отверстие и проводят отбортовку до требуемой высоты h (рис. 6.5). Высоту горловины h' после вытяжки определяют из соотношения
Л' = h - 0,28(1 - тпот).
(6.29)
При проведении отбортовки следует учитывать, что при определенных соотношениях размеров вместо отбортовки может произойти вытяжка, если сила вытяжки окажется меныйе силы отбортовки. Если рассмотреть соотношение приближенных сил вытяжки и отбортовки по формулам (5.20) и (6.21), то получим:
Рв 1 - тъ
= Тл---->	(6.30)
Рот (1-™ОТ)™в
где тпв — коэффициент вытяжки.
При равенстве сил вытяжки и отбортовки начало обоих процессов равновероятно, тогда из формулы (6.30) получим
На рис. 6.6 представлена кривая зависимости тпот от тпв, полученная по формуле (6.31). Область, находящаяся под кривой, является областью вытяжки, а область над кривой — областью отбортовки.
6.3.
0,5	0,6	0,7	0,8	1,0 m* = D/DQ
Рис. 6.6. Области вытяжки и отбортовки в зависимости от размеров детали
Отбортовка
205
Рис. 6.7. Схемы нетрадиционных способов получения борта: а) с наложением сжимающих напряжений, нормальных к поверхности заготовки по кромке отверстия; б) с одновременной пробивкой отверстия коническим пуансоном; в) отбортовкой коническим пуансоном; г) отбортовкой с калибровкой полученного отверстия
Кроме рассмотренного традиционного способа получения борта существуют и другие, схемы которых представлены на рис. 6.7. На рис. 6.7, а цредставлена схема отбортовки с наложением сжимающих осевых напряжений по кромке отверстия. На рис. 6.7, б — схема отбортовки с одновременной пробивкой отверстия коническим пуансоном на рис. 6.7, в — схема отбортовки коническим пуансоном, на рис. 6.7, г — схема отбортовки с калибровкой полученного отверстия.
6.4.	ОБЖИМ
Обжимом называется операция, предназначенная для уменьшения поперечных размеров краевой части полой цилиндрической заготовки, в результате которой происходит увеличение толщины стенки и длины ее образующей в обжатой части.
Деформирование заготовки при обжиме происходит за счет заталкивания полой заготовки в матрицу, при этом краевая часть заготовки принимает форму полости матрицы. Схемы обжима типовых деталей различной формы (усеченного конуса, конуса и цилиндра, сферы), получаемых обжимом, показаны на рис. 6.8.
206
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
Рис. 6.8. Схемы операций обжима для получения деталей различной формы
Рис. 6.9. Схема ббжима в конической матрице без выхода в цилиндр
При обжиме в конической матрице без выхода в цилиндр (рис. 6.9) схема напряженного состояния близка к схеме плоского двухосновного сжатия. Этим и объясняется достаточно высокая пластичность материала заготовки в зоне деформации, так как при отсутствии растягивающих напряжений опасность появления трещин и разрушения мала. Однако существует возможность потери устойчивости заготовки с образованием складок из-за действия сжимающих напряжений, что накладывает существенные ограничения на возможности формоизменения заготовки.
Одним из видов потери устойчивости является образование кольцевых складок {гофр) в недеформируемой части заготовки под действием сжимающих напряжений ор. Величина напряжений ор тах, вызывающих потерю устойчивости, зависит от относительной толщины заготовки S/D*100 и может быть определена из соотношений: для заготовок толстостенных с (S/D)100 > 5:
max ~ ^8’ для заготовок тонкостенных с (S/Z))1OO < 5:
Ортах = (0Д—0,8)Gs.
6.4.
Обжим
207
Величину ор max можно определить (без учета упрочнения материала) по формуле [29]:
ар max = -tfsC1 + Ц Ctg а) 1 - J (3 - 2 COS а),	(6.32)
где as — напряжение текучести; ц — коэффициент трения между матрицей и металлом заготовки; а — угол конусности рабочей части матрицы; г0 — радиус срединной линии верхней кромки заготовки; R3 — радиус срединной линии исходной заготовки.
В результате обжима в очаге деформации происходит изменение толщины заготовки. Рассмотрим любой промежуточный момент деформирования (см. рис. 6.9), когда радиус срединной линии края равен г0. Элемент сечения очага пластической деформации с координатой р в результате предшествующего деформирования получает тангенциальную деформацию 80 =
= —ш — . Этот элемент в результате деформации подвергается действию напряжений ор в процессе изменения его радиуса от R3 до р. С учетом указанных факторов Е. А. Попов [29] получил следующую формулу для определения толщины заготовки в текущем сечении с координатой р:
1 + [1 + Hctgg(l-^)]
~ (R3\2 - Г1 + и cts “Г1 -
S =	L 1 pJJ •	(6.33)
Эта формула с приемлемой точностью позволяет определить значение толщины заготовки в любой точке конической части заготовки с координатой р и в любой момент деформирования при заданных величинах Л3, г0, аир.
Из формулы (6.33) можно получить выражение для определения толщины заготовки у ее края при р = г0:
SK = S0P.	(6.34)
Ч г0
При приближенных расчетах можно для определения толщины заготовки в обжатой части использовать формулу
2р ~ го
s“s°(p)₽+ro-	(6.35)
208
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
, Пользоваться формулами (6.33) и (6.35) неудобно из-за необходимости возведения в степень с дробным показателем.
Для приближенных расчетов можно еще упростить формулу (6.35), используя разложение в ряд степенной функции. В результате такого упрощения формула (6.35) примет следующий вид:
+ г0
S = So ,	.	(6.36)
0 Р + г0
В литературе [29] приводится формула для определения оптимального угла образующей обжимной матрицы аопт, при которой напряжения ор принимают минимально возможные значения:
sin«onT=3^.	(6.37)
Из формулы (6.37) видно, что при изменении коэффициента трения от ц = 0,05 до ц = 0,15 величина оптимального угла конусности изменяется от аопт = 17° до аопт = 25°.
Технологическую силу обжима приближенно можно определить по формуле [35]:
'	(6.38)
где ов — предел прочности материала заготовки.
Для более точных расчетов используют формулу [29]:
Л>б = УЛЛ-ЗОр max’	(6.39)
которая после подстановки выражения (6.32) для ортах принимает вид:
Роб = T^3S(1 4- ц ctg а)^ 1 -	J(3 - 2 cos а),	(6.40)
где у — коэффициент (у = 1,1—1,2), компенсирующий влияние неучтенных факторов (таких, как изменение толщины, изменение условий трения и интенсивности упрочнения материала заготовки).
Остальные обозначения в формуле (6.40) имеют тот же смысл, что и в формуле (6.32).
При расчете технологических параметров обжима важной
«_»	_т,	d
характеристикой является коэффициент обжима тпоб = уу
6.4.
Обжим
209
(d — средний диаметр обжатой части у кромки горловины, D3 — средний диаметр исходной заготовки). Величина коэффициента обжима тпоб не должна превышать предельно допустимых значений, при которых возможно появление дефектов из-за потери устойчивости заготовки в продольном или поперечном направлениях. Характеристикой таких предельных значений коэффициента обжима служит критический коэффициент обжи-маггь.
кр
Критический коэффициент обжима можно определить по формуле [1]:
ткр = 1 -
°,81°крУрГ^
ов(1 + |ictg а)(3 - 2cos а)
(6.41)
где окр — критическое напряжение, которое может быть определено с помощью графиков, представленных на рис. 6.10; ов — временное сопротивление (предел прочности) материала заготовки; \|/р— равномерное относительное сужение образца при растяжении.
Зная напряжение текучести материала можно определить критическую величину коэффициента обжима по графикам, представленным на рис. 6.10.
Величины критических коэффициентов обжима можно существенно уменьшить за счет применения специальных конструкций штампов, которые имеют устройства для подпора заготовки как снаружи, так одновременно снаружи и изнутри ее.
Рис. 6.10. Диаграммы для определения критической величины коэффициента устойчивости при обжиме в зависимости от напряжения текучести материала
210
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
Величину критического коэффициента обжима для некоторых материалов в зависимости от типа штампа можно определить по табл. 6.1.
Таблица 6.1. Значения критических коэффициентов обжима
Материал детали	Тип штампа		
	Без подпора	С подпором снаружи	С подпором снаружи и изнутри
Сталь мягкая типа сталей ст2, стЗ, стЮ, ст20 и т. п.	0,75	0,6	0,35
Латуни типа Л62, Л63, Л68	0,7	0,55	0,32
Алюминиевые сплавы типа АД 1, " АДО, АМГ, АМЦ и др.	0,72	0,57	0,32
Алюминиевые сплавы типа Д16, Д16Т и т. п. после отжига	0,8	0,63	0,4
Те же сплавы в закаленном состоянии	0,8	0,72	0,43
При определении размеров заготовки необходимо прежде всего рассчитать высоту заготовки Н. Эту высоту .определяют из условия постоянства объема при условии, что толщина заготовки в обжатой части меняется от S до SK по линейному закону и SK определяется по формуле (6.34). Тогда получим:
nD3HS = nD3h0S + | (D3 + d0)ZScp,	(6.42)
s + sK s(
где Scp = —g— = 2 t + JcT J — сРеДняя толщина стенки заготовки в обжатой части; I = 0,5(D3 - d0)/sin а — длина обжатой части заготовки; h0 — высота цилиндрической (необжатой части) детали (остальные обозначения те же, что и в формуле 6.41).
Из уравнения (6.42) получим формулу для определения высоты заготовки:
^заг = Y1 [ Ло + 8B3sin а ( 1 +	’	(6’43)
где — коэффициент, учитывающий объем металла в местах сопряжения цилиндрического и конического участков (Yi = 1,05—1,07).
6.4.
Обжим
211
Рис. 6.11. Схема обжима в конической матрице с выходом в цилиндр
При обжиме в конической матрице с выходом в цилиндр, схема которого показана на рис. 6.11, следует учитывать, что диаметр цилиндрической части заготовки может быть меньше диаметра отверстия матрицы на величину Ad.
Чтобы избежать этого, необходимо радиус скругления матрицы на переходе от конической части к цилиндрическому отверстию задавать равным или большим радиуса свободного изгиба краевой части, величину которого можно определить по формуле
р 7*3^
-ГЪ,,	:----- »
м	sin а
(6.44)
где В3 — средний радиус заготовки; SK — толщина кромки заготовки в обжатой части; 7?м — радиус кромки матрицы.
Силу обжима деталей такого типа можно определить по формуле
(	da \	1
Р =	1 -	(1 + g ctg а)^
\	Х/ з' J	LUo
1,82оХ[<*0 + -RM(1 - cos а)] 1
Г1
(6.45)
где П3 — средний диаметр заготовки до обжима; S и SK — соответственно толщина стенки заготовки и краевой части детали после обжима; d0 — средний диаметр обжатой части детали; os и ов — соответственно напряжение текучести и предел прочности материала заготовки; а — угол конусности матрицы; К — коэффициент, учитывающий скорость деформирования (К = 1,15 при работе на кривошипных прессах). Размеры заготовки определяются по аналогии с обжимом без выхода в цилиндрический участок.
212
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
Высоту заготовки определяют по формуле
^заг = Y1 [Ло + 8Z)3sin а ( 1 +	) + Й Л ] ’	(6’46)
где Ло— высота цилиндрического участка с диаметром d0 (остальные обозначения те же, что и в формуле (6.43)).
6.5.	РАЗДАЧА
Операция раздачи предназначена для увеличения диаметра краевой части полой цилиндрической заготовки. Раздача осуществляется внедрением в заготовку пуансона с увеличивающимся диаметром по длине. При этом в листовой штамповке применяют раздачу со сжатием, когда пуансон внедряется в заготовку, опирающуюся недеформированной частью исходного диаметра на плиту (рис. 6.12). Увеличение диаметра заготовки за один переход раздачи ограничено возможностью разрушения краевой части заготовки из-за возникновения здесь растягивающих напряжений либо потерей устойчивости недеформированной части заготовки [29].
Раздача применяется для получения деталей полуфабрикатов типа сепараторов подшипников, горловин баков, воронок
различного типа и т. п. из заготовок в виде трубы или из сварных кольцевых заготовок. Форма пуансона при раздаче может быть конической, конической с переходом в цилиндрическую, сферическую и др., соответственно различной может быть и форма полуфабрикатов или деталей после операции раздачи.
При раздаче коническим пуансоном с переходом в цилиндрическую часть (см. рис. 6.12) очаг пластической деформации в общем случае может состоять из трех участков. Первый участок — участок свободного из
kd
2г
Рис. 6.12. Схема очага деформации при раздаче коническим пуансоном с переходом в цилиндрическую часть
6.5.
Раздача
213
гиба находится на выходе из очага деформации, где напряжения Ср близки к нулю. Второй участок непосредственно примыкает к конической части пуансона. Третий участок — участок свободного изгиба на входе в очаг деформации, где напряжения ор сравнительно велики. Радиусы кривизны срединной поверхности на первом и третьем участках можно определить по формулам [29]:
для первого участка
R	.
р ^sin а ’
для третьего участка , 4о'(1-cos а) ’
(6.47)
(6.48)
где 7?и — радиус срединной поверхности заготовки в первом цилиндрическом участке очага деформации; а — угол конусности пуансона; — напряжение текучести материала заготовки; а' — меридиональные напряжения, действующие на границе третьего и второго участков очага деформации.
Из формул (6.47) и (6.48) можно определить радиусы 7?гр и ггр по формулам:
=	(6.49)
Ггр = Гз+	(6.50)
где г3 — радиус срединной поверхности недеформированной части заготовки.
Величину меридиональных напряжений в конической части очага деформации можно определить по формуле [29]:

где р — текущее значение радиуса элемента сечения, в котором действуют напряжения ор; ц — коэффициент трения между пуансоном и заготовкой.
214
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
s <В первом участке очага пластической деформации меридиональные напряжения с учетом изгиба и спрямления можно определить по формуле
api = “Gs(1 +(6’52)
Напряжения на границе третьего участка определяются по формуле (6.52) при подстановке сюда значения р = ггр:
=	+	+ 2В^ }•	(6,53>
Считая, что изгиб и спрямление элементов заготовки третьего участка приведут к увеличению ор на 2 Дор, и, заменив величину 7?р1 на Т?р2, получим
2 Дор =	= 2ор3(1 - cos а).	(6.54)
Напряжение ортах, действующее в стенках недеформи-руемой части заготовки, определяют как сумму напряжений ор3 и 2 Дор; заменив ггр на г3 и подставив сюда значение 7?р1 из формулы (6.47), получим
apmax = ~aS ( 1 + "7Г ) [ 1 “	] + sin а }(3 “ 2 cos а)-
(6.55)
Из формулы (6.55) можно получить оптимальные значения углов конусности пуансона аопт = (15—20)°, при которых значения ор тах будут минимальны.
При раздаче происходит изменение толщины в раздаваемой части заготовки, причем толщину краевой части заготовки можно определить по формуле
<5.50
где So — исходная толщина заготовки.
При раздаче, в отличие от обжима, изгибающий момент препятствует увеличению диаметра заготовки вблизи границы очага деформации. Это приводит к некоторому повышению устойчивости недеформируемой части заготовки, однако существует возможность разрушения краевой части заготовки, которая де
6.5.
Раздача
215
формируется в условиях, близких к линейному растяжению. Краевая часть заготовки деформируется в условиях, подобных условиям отбортовки, и при этом получает наибольшее тангенциальное удлинение, которое может привести к разрушению. Разрушение краевой части и служит ограничением величины допустимого увеличения диаметра заготовки при раздаче. Как и при отбортовке, на величину допустимого увеличения диаметра влияет состояние поверхности верхней кромки заготовки (наличие заусенцев, трещин, степень чистоты поверхности) и относительная ее толщина. Однако в отличие от отбортовки с уменьшением угла конусности пуансона а вероятность разрушения краевой части возрастает.
Для определения предельного формоизменения заготовки при раздаче используют такие характеристики, как коэффициент раздачи kp и степень раздачи тпр, которые определяют по формулам:
d
(6-57)
fep=J,	(6.58)
где d — диаметр исходной заготовки; D — наибольший диаметр деформированной части заготовки после раздачи.
Величины предельных коэффициентов раздачи определяют по справочным данным [35]. Ориентировочно при S/d > 0,025 и а = 20° степень раздачи можно определить из табл. 6.2.
Таблица 6.2. Предельные значения коэффициентов раздачи
S/d	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1	0,11	0,12	0,13	0,14
kp	1,42	1,44	1,52	1,53	1,54	1.55	1,57	1,58	1,59	1,6	1,61
Предельное (критическое) значение коэффициента раздачи можно определить и по формуле [1]:
/	2,2(pOs
^р.кр qoB(l + p,ctg а)(3 - 2cos а) + ’	(6.58)
где ф = — — коэффициент устойчивости (определяется по справочнику [35]; as — напряжение текучести материала заго^
216
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
товки; ав — предел прочности материала заготовки; ц — коэффициент трения между пуансоном и заготовкой; а — угол конусности пуансона.
С учетом упрочнения материала заготовки критическую степень раздачи можно определить по формуле
1- VP
Р кр	v 7
exp J—y sin а
У а
где \|/р — равномерное относительное сужение образца при растяжении.
Высоту заготовки определяют, как и при обжиме, из условия постоянства объема, причем диаметр d и толщина стенки заготовки S принимаются равными диаметру и толщине стенки не-дсформированного участка заготовки. Формула для определения высоты исходной заготовки при раздаче имеет вид
н=h0 +	(i+ /| 1+й /§.	(6.60)
0 8dsin а V yD ) yd
По аналогии с обжимом, если учесть объем металла, находящегося в зонах сопряжения участков 1 и 2 и участков 3 и 2 (см. рис. 6.12), получим формулу для определения высоты исходной заготовки в виде:
/Г = (1,03—1,05)#,	(6.61)
где величину высоты Н определяют по формуле (6.60).
При раздаче коническим пуансоном с выходом в цилиндрическую часть диаметр заготовки вследствие изгиба края заготовки в меридиональной плоскости будет больше диаметра пуансона на величину Ad, которую можно определить по формуле
Ad = JDS tg а/2.	(6.62)
Поэтому для получения требуемой величины диаметра детали D необходимо диаметр пуансона Dn определять по формуле
Du = D - JDS tg а/2 = D - A d.	(6.63)
Технологическую силу раздачи определяют по формуле [1]:
Pp = Y2JtdS<JpmaX>	(б-64)
где ортах— максимальные меридиональные напряжения, действующие в стенках заготовки (определяются по формуле (6.55); у2— коэффициент, учитывающий возможные отклоне
6.5.
Раздача
217
ния толщины стенки и диаметра заготовки от номинальных размеров, изменение прочностных характеристик материала заготовки и другие параметры.
Тогда после подстановки выражения (6.55) для ортах в формулу (6.64) ( заменяя в ней г3 на | и Rn на ) получим
pp-y!«iS0s[(i + 5l2)[i-^] +
|4S	1
+ /-yr-sin2 а м3 — 2 cos а).	(6.65)
6.6.	РОТАЦИОННАЯ ВЫТЯЖКА
Ротационной вытяжкой называют процесс формоизменения плоских или полых вращающихся заготовок приложением локализованной деформирующей нагрузки, перемещающейся по заданной траектории, для получения деталей или изделий в соответствии с заданными техническими требованиями.
Ротационная вытяжка выполняется на специальных давильных или токарно-давильшдх станках и по степени механизации и автоматизации подразделяется на ручную, механизированную и автоматизированную.
Автоматизированная ротационная вытяжка является одним из прогрессивных направлений развития технологии формообразования полых осесимметричных деталей. Основное применение ротационная вытяжка нашла в мелкосерийном и серийном производстве, где требуется быстрая смена номенклатуры и большая гибкость производства.
Ротационной вытяжкой получают детали и полуфабрикаты диаметром от нескольких мм до 6 м и толщиной от десятых долей мм до 75 мм (для алюминиевых сплавов) и до 38 мм (для сталей). Благодаря локальному очагу пластической деформации достигаются значительно большие степени деформации за 1 проход (до 80%) по сравнению с вытяжкой в штампах. При использовании нагрева заготовок толщина и степени деформации могут быть и больше. В последние годы ротационная вытяжка стала основным способом изготовления деталей из никеля, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала, титана [26].
218	Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
На автоматизированных токарно-давильных и давильных станках получают всевозможные полые осесимметричные детали машин и приборов типа рефлекторов, обтекателей, газовых баллонов, крышек подшипников, диффузоров, радиолокационных отражателей, деталей космических кораблей и другие.
Ротационная вытяжка может проводиться без утонения стенок и с заданным утонением стенок.
Ротационная вытяжка без утонения стенок может быть проведена по одной из следующих схем [26]:
—	однопереходная ротационная вытяжка с использованием простых траекторий движения инструмента, аналогичных по форме образующей готовой детали (рис. 6.13, а);
—	многопёреходная ротационная вытяжка с использованием сложных траекторий движения инструмента, постепенно приближающихся к форме образующей готовой детали (рис. 6.13, б, в);
— комбинированная ротационная вытяжка, сочетающая различные методы обработки пластическим деформированием и резанием (рис. 6.13, г).
Рис. 6.13. Схемы ротационной вытяжки:
а) однопереходная с использованием простых траекторий движения инструмента, аналогичных по форме образующей готовой детали; б), в) многопереходная с использованием сложных траекторий движения инструмента, постепенно приближающихся к форме образующей готовой детали; г) комбинированная, сочетающая различные методы обработки пластическим деформированием; д) с утонением стенок проецированием конических, эллиптических, и других оболочек из плоской или полой заготовки;
е) ротационное выдавливание из полых заготовок
6.6. Ротационная вытяжка
219
Ротационная вытяжка с утонением стенок может быть проведена по следующим схемам: ротационная вытяжка проецированием конических, эллиптических и других оболочек из плоской или полой заготовки (рис. 6.13, д); ротационная протяжка (выдавливание) (рис. 6.13, е), которую используют для изготовления цилиндрических деталей из полых заготовок.
При проектировании технологических процессов ротационной вытяжки необходимо правильно определять: геометрические параметры заготовки, полуфабриката, детали; зазоры между оправкой и роликом; силовые режимы процесса. Кроме того, надо правильно выбрать тип и спроектировать рабочий инструмент (ролики и оправки).
На рис. 6.14, а показана схема ротационной вытяжки с утонением по закону синуса из плоской заготовки с толщиной стенки [26]:
h = Hsih а,
где Н — исходная толщина заготовки; а — угол наклона образующей конуса к его оси.
Особенность такого формоизменения состоит в том, что диаметр заготовки остается неизменным в любой стадии процесса
Рис. 6.14. Схемы ротационной вытяжки с утонением:
а) с утонением по закону синуса из плоской заготовки; б) деталей с криволинейной образующей; в) траектория движения деформирующего ролика при получении деталей сложной формы
220
Глава 6.* Другие виды вытяжки и операции
формоизменения, поэтому необходимо, чтобы перемещение ролика происходило точно параллельно образующей конуса оправки с зазором между ними, определяемым по формуле
Z= h = H sin ос.
Исходную толщину заготовки рассчитывают по формуле
Н = Л/sin а.
По схеме рис. 6.14, а можно получать за один проход конические детали с углом конусности 2а > 30°. Детали с углами 2а < 30° получают за несколько операций, причем толщину стенки конуса на втором переходе можно найти по формуле
h2 = Н sin ах sin а2,
где а15 а2 — соответственно углы наклона образующей конуса к его оси на первом и втором переходах.
На рис. 6.14, б представлена схема получения деталей с криволинейной образующей. Толщина стенки детали в любой i-й точке определяется соотношением
ht = Н sin az,
где a* — угол наклона касательной к оси детали в i-й точке.
По этой схеме получают детали сложной формы, в том числе сферические, с постоянной и переменной толщиной стенок. Схема движения деформирующего ролика показана на рис. 6.14, в.
При ротационной вытяжке без утонения стенок можно пренебречь изменением толщины материала и определять размеры заготовок из равенства площади поверхности заготовки и готовой детали с учетом припуска на обрезку. Диаметр заготовки определяется по формуле [18]:
z> = i,13Vf = 1,1з7ё/,
где F — площадь поверхности детали; X/ =	4- f2 + ... + fn —
сумма площадей отдельных элементов поверхности детали (расчет проводят по наружным размерам). Припуск на обрезку принимают равным [18]:
6—10% длины готовой детали при L < 50 мм;
5—7% при L = 50—150 мм;
4—5% при L = 150—250 мм.
6.6.
Ротационная вытяжка
221
При ротационной вытяжке с утонением расчет размеров заготовки проводят из условия равенства объемов заготовки и готовой детали.
Для деталей, поверхность которых образована из произвольного числа п простых поверхностей (объемов V19 V2, Vn), размеры заготовок находят по формуле
D= j4/(nt0) Е Vj, 'V	i = l
где tQ — исходная толщина заготовки.
При многопереходной вытяжке цилиндрических деталей диаметром dn и длиной Ln из плоской заготовки диаметром D, диаметры полуфабрикатов по переходам определяют по формуле [18]:
d^m^D-, d2 = m2dx-, dn = mndn_1,
где m19 ..., mn— коэффициенты вытяжки по операциям (определяют по таблицам [35].
Число операций вытяжки (число переходов) определяется соотношением
n = 1 + [1g dn - lg (znpil/lg mt, где dn — диаметр готовой детали.
Силовые параметры вытяжки зависят от механических свойств металла, толщины заготовки, высоты фланца, подачи и радиуса при вершине давильного ролика. Подробно расчет силовых параметров изложен в литературе [18]. Цри этом следует учитывать, что наиболее благоприятный силовой режим обеспечивается при соблюдении перечисленных ниже требований:
1.	Зазор между роликом и оправкой А должен удовлетворять условию
f0<A<tf(f0±8),
где К = 1,1—1,2 — коэффициент, учитывающий утолщение заготовки после ротационной вытяжки; 8 — допуск на толщину исходной заготовки.
2.	Шероховатость поверхности роликов должна быть не менее R& = 0,16 мкм,
3.	Радиус скругления торца оправки г0 и радиус при вершине ролика Rr должны быть:
r0 5S0; Rr > 5S0. *
222
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
4.	Зазор Z по всей длине оправки не должен меняться.
5.	Поверхность металла должна быть чистой.
6.	Смазка должна хорошо удерживаться на поверхности заготовки.
7.	Давильный ролик дол-
жен быть установлен точно по высоте центров.
Основным рабочим инструментом при ротационной вытяжке являются давильные ролики и оправки. На рис. 6.15 представлены некоторые типы
Рис. 6.15. Основные типы рабочего инструмента при ротационной вытяжке:
а) нерегулируемый; б) для вытяжки с поднутрением; в) универсальный регулируемый
давильных роликов, а на
рис. 6.16 — некоторые типы давильных оправок, которые для деталей с диаметром до 150 мм могут быть сплошными, а для больших деталей полыми. Для вытяжки деталей сложной формы (например, с выпукло-вогнутой поверхностью) применяют
разъемные оправки.
В зависимости от условий работы и серийности производства ролики могут быть изготовлены из сталей 45, У7А, У8А, ХВГ,
Рис. 6.16. Основные типы давильных оправок:
а) сплошные (для деталей с диаметром до 150 мм); б), в) полые (для деталей больших размеров)
6.6.
Ротационная вытяжка
223
9ХС, Р9, Р18 и т. п. с последующей закалкой до HRC 58—62. Для оправок в крупносерийном производстве рекомендуются стали 45, 40Х и т. п. с закалкой до HRC 58—62. При мелкосерийном производстве рекомендуется для оправок чугун СЧ20, СЧ25, а для единичного производства оправки для вытяжки изделий из мягких цветных металлов рекомендуется изготавливать из сплавов алюминия, пластмасс или твердых пород дерева со стальной арматурой.
Более подробные сведения о конструкциях оправок, роликов, а также сведения о креплении оправок, типах прижимов, съемниках, копирах, щупах и т. п. можно найти в литературе [18, 26].
6.7.	ОСОБЕННОСТИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
К труднодеформируемым металлам и сплавам относятся титановые сплавы, молибденовые сплавы, нержавеющие стали, жаропрочные стали и т. п. Часто эти материалы невозможно деформировать в холодном состоянии из-за низкой пластичности и большого сопротивления деформированию. При холодной штамповке нержавеющих сталей рекомендуется применять малые степени деформации, хорошую смазку, а для изготовления рабочего инструмента — высокопрочные материалы.
Во многих случаях штамповку труднодеформируемых металлов и сплавов приходится проводить с применением нагрева, так как деформирование в холодном состоянии оказывается просто невозможным.
В настоящее время широкое применение в промышленности получают такие материалы, как титан и его сплавы. Для штамповки используют титан ВТ1-00, а также сплавы типа ОТ4-0; ОТ-4; ОТ4-1, ВТ-14, ВТ5-1, ВТ-6 и др. Титановые сплавы характеризуются следующими особенностями:
	высоким напряжением текучести, близким к напряжению (пределу) прочности;
	низкой пластичностью в холодном и высокой пластичностью в горячем состоянии;
	сильным упрочнением при холодной деформации;
	низкими антифрикционными свойствами (сильным налипанием);
224
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
	высокой чувствительностью к повышению скорости деформирования;
	большой анизотропией свойств листового металла.
При холодной листовой штамповке сплавов типа ВТ-1-00, ВТ1-1, ВТ1-2, ОТ4-1 и ОТ4 (с промежуточным отжигом) следует заметь в виду, что титановые сплавы сильно налипают на рабочий инструмент, поэтому рекомендуется, например, для вытяжки применять для изготовления матриц и пуансонов такие "материалы, как графитизированные стали, хромоникелевый и т^агниево-никелевый чугун, алюминиево-железистоникелевые бронзы и металлокерамические сплавы.
При вытяжке титановых сплавов следует применять малые скорости деформирования (в два—три раза меньше, чем для сЗфли).
>Для получения большинства изделий при штамповке из ти-тайа и его сплавов используют штамповку в нагретом состояний. В табл. 6.3 приведены рекомендуемые температуры нагре-вй для штамповки титановых сплавов [48].
;	Таблица 6.3. Оптимальные температуры нагрева
для штамповки титановых сплавов
Марка сплава	ВТ1-00	ОТ4-0, ОТ4, ОТ4-1	ВТ14	ВТ5-1,ВТ6
Температура нагрева,°C	350—400	500—600	550—700	600—750
Время нагрева титановых сплавов должно быть минимальны^, чтобы ограничить рост зерна, ведущий к снижению пластичности, поэтому рекомендуется проводить нагрев с большой скоростью токами высокой частоты.
Штампы должны снабжаться нагревательными элементами для матриц и вытяжных колец. Рабочие части штампов следует изготавливать из жаростойких сталей типа 4Х2В8Ф, 4Х2В5ФМ, Р18Ф2К8М, ЭИ437Б, ЭП200 и др. или из порошковых материалов типа ВК6, ВК8 и др. Рабочие поверхности штампов должны иметь высокую чистоту (полировка).
Перед штамповкой необходимо смазать заготовку и рабочий инструмент смазкой типа коллоидно-графитных препаратов В-0 или В-1. Смазка наносится распылением (или намазыванием), после чего необходимо поверхность высушить. После штамповки остатки смазки с детали удаляют путем механической или химической обработки.
225
6.7. Особенности листовой штамповки труднодеформируемых
металлов и сплавов
Ряд сплавов на основе титана, никеля, железа подвергают штамповке в состоянии сверхпластичности при температуре 800—1100 °C. Штамповка проводится на специальных установках для формовки сжатым газом (давлением до (6—10)5МПа), используют аргон или гелий. При этом обеспечивают регулй2 ровку температуры в рабочей зоне штампа, надежный прижим заготовки и герметичность полости под матрицей.
Детали из молибденовых сплавов рекомендуется штамповать при температуре 220—260 °C. Нагревательный элемент встраивают в штамп, при этом следует выносить из зоны нагрева буферные устройства, изолировать плиты штампа асбестовыми прокладками, а направляющие колонки — охлаждать. Рабочий инструмент изготавливают из твердых сплавов типа ВК6, ВК8, ВК10 или из сплава Р-18.
6.8-	ОСОБЕННОСТИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Неметаллические материалы в зависимости от их поведения под нагрузкой можно разделить на две группы [18]:
1.	Хрупкие листовые материалы: слоистые и волокнистые пластики, анизотропные стеклопластики, слюда, эбонит и др.
При деформировании при обычных температурах деформации малы, относительное удлинение 8 обычно не более (1—1,5)% (исключение составляют такие термопластичные материалы, как оргайическое стекло, листовой полистирол и др., у которых 8 достигает 5—8%).
2.	Пластичные (упруговязкие) листовые пластмассы: листовые термопластики, материалы на основе бумаги (фибра, картон и т. п.), материалы на основе каучука и резины (паронит, электронит) и др.
Остаточная деформация (80) для таких материалов имеет значительную величину (например, для поливинилхлорида 80 < 100%, для полиэтилена 80 < 600—800%).
Термопластичные материалы в зависимости от температуры могут находиться в трех состояниях: упругоэластичном, термоэластичном и термопластичном. Механические характеристики и возможность пластического формоизменения этих материалов также зависят в большой степени от температуры.
226
Глава 6. Другие виды вытяжки и Операции
v Разделительные операции применительно к неметаллическим материалам осуществляют следующими способами: без подогрева материала и инструмента; без подогрева материала, но с подогревом инструмента; с подогревом материала, но без подогрева инструмента; с подогревом материала и инструмента.
Листовые неметаллические материалы толщиной до 2,5 мм можно разрезать на ножницах при соблюдении следующих условий [18]:
	ножницы должны иметь параллельные ножи;
	зазор между режущими кромками ножей должен быть минимальным:, не более 0,01—0,03 мм;
	глубина опускания подвижного ножа не должна превышать 0,3—0,5 мм;
	геометрия режущих кромок подвижного ножа должна быть наиболее рациональной (задний угол 8—10°, передний угол 3—5°);
	необходим хороший прижим разрезаемого материала.
При резке материалов большей толщины, а также в случае необходимости получения качественной поверхности реза применяют подогрев материала. Материалы на основе бумаги, асбеста, каучука, ряд волокнистых материалов и т. п. можно разрезать на гильотинных ножницах.
Листовые полимерные материалы хорошо разделяются гидравлической резкой (тонкой струей жидкости, имеющей большую скорость), причем в рабочую жидкость для повышения эффективности вводят растворимые полимеры, что позволяет повысить производительность на 35—40%, уменьшить ширину реза и уменьшить отходы.
Вырубкой-пробивкой получают всевозможные детали и прокладки различной формы и размеров. Вырубку деталей простой конфигурации проводят в ножевых штампах-просечках обычной или упрощенной конструкции. Штампы-просечки имеют ножи с углом заточки для резки мягких материалов (бумага, картон, кожа и т. п.) — 15—20°, для резки более твердых материалов (фибра, текстолит, гетинакс и др.) — 30—35°. Для вырубки деталей сложной формы ножи делают из ленточной стали, изогнутой по форме детали. При вырубке бумажных и других тонколистовых прокладок применяют штамповку пачками (до 50 листов) йа специальной (деревянной, резиновой, полиуретановой) подкладке. Для расчета усилий штамповки необхо
6.8. Особенности листовой штамповки неметаллических матёриалов	227
димые значения параметров сопротивления сдвигу различных материалов при вырубке в обычных штампах и в штампах-просечках берут по справочным данным [18].
Вырубку деталей из гетинакса и текстолита проводят в совмещенных штампах с прижимом заготовки. Силу прижима определяют по формуле
Q = qLS,
где q — удельная сила прижима; L — периметр контура вырубаемой детали; S — толщина материала.
Значения удельных сил прижима зависят от толщины материала и определяются: при S < 1 мм q = 6—10 МПа; при S = 1—2 мм q = 10—15 МПа; при S = 2—3 мм q = 15—20 МПа.
Для получения качественной поверхности зоны разделения материала применяют операцию зачистки либо проводят нагрев заготовок в электрических термостатах, инфракрасными лампами, токами высокой частоты, в кицящей воде либо между нагретыми плитами. Применяют также штампы с встроенными элементами нагрева. Подробно режимы нагрева и точность получаемых деталей рассмотрены в литературе [18].
Расчет исполнительных размеров рабочего инструмента при вырубке-пробивке неметаллических материалов аналогичен расчету, рассмотренному ранее для штамповки металлических материалов, однако необходимо учитывать естественную и термическую усадку неметаллических материалов. При вырубке наружных контуров усадку можно не учитывать. При пробивке отверстий исполнительные размеры пуансонов определяют по формуле
/	До
^п=(^н+|+8п;	,
где DH— номинальный диаметр отверстия; А — допуск на отверстие; 8П — естественная усадка (значения берут по справочным данным [18]; Дп — допуск на изготовление пуансона.
При штамповке материалов с толщиной S < 1 мм естественной усадкой 8П можно пренебречь.
При вырубке-пробивке с нагревом исполнительные размеры определяют по формулам:
для матрицы
Z	Д	\+Дм
Dm = [ DH + 2 + 8нар )	’
228
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
для пуансона
/	Д	\"Дп
1)п= (^м+ 2 +8вн)	’
где 8нар — средняя (наружная) усадка при вырубке с нагревом материала; 5ВН— средняя (внутренняя) усадка при пробивке с нагревом материала.
Методика определения 8нар и 8ВН приведена в литературе [18].
Величины перемычек при вырубке-пробивке неметаллических материалов берут в 1,5—2 раза болыце, чем для металлов.
Технологический зазор между пуансоном и матрицей выбирают в зависимости от штампуемого материала по рекомендациям, приведенным в литературе [18].
При вырубке-пробивке стеклопластиков (например, печатных njiaf) применяют штампы последовательного действия с полиуретановым прижимом заготовки с удельным усилием прижима q = 300 МПа. Кроме этого применяют штамповку с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК) на пуансон-матрицу при обработке групп отверстий с малыми диаметрами [18].
Формоизменяющие операции при штамповке неметаллических материалов проводят с нагревом на специальном оборудовании типа литьевых машин, экструдеров, пневмоформовоч-ных машин или на прессах. Основными формоизменяющими операциями листовой штамповки неметаллических материалов являются: гибка, формовка, вытяжка и отбортовка.
Гибкой получают детали из слоистых пластиков: термопластиков, картона, фибры и др. материалов. Применяют гибку в штампах (для мелких деталей) и гибку на гибочных машинах (для крупных деталей). Режимы нагрева выбирают по справочным данным [18].
Формовкой и вытяжкой получают детали из термопластиков (полиэтилена, поликрилата, органического стекла и др.), фибры, картона и др. Формовкой и вытяжкой получают детали остекления самолетов, автомобилей, рассеиватели и отражатели всех видов, детали облицовки холодильников, корпуса приборов и др.
Технология формообразования неметаллических материалов основана на рациональном выборе режима нагрева материала с целью перехода его в вязкотекучее или высокопластичное состояние. Режимы нагрева неметаллических материалов приведены в литературе [18].
6.8. Особенности листовой штамповки неметаллических материалов
229
Различают два основных способа формовки-вытяжки.
1. Вакуумная или пневматическая формовка с применением одной матрицы или формы (без пуансона).
2. Формовка-вытяжка в штампах с жестким или эластичным пуансоном и жесткой матрицей.
Первый способ широко применяют при формовке деталей из термопластиков, например, для получения деталей сложной формы (сферической, коробчатой и т. п.).
Второй способ применяют в основном при формовке деталей из слоистых пластиков типа ванн, умывальников и аналогичных изделий с толщиной до 15—20 мм.
Кроме указанных способов применяют комбинированные методы, в которых пневматическая формовка сочетается с механической формовкой пуансоном. Пример комбинированной формовки в «упругой» матрице представлен на рис. 6.17, а. Форма состоит из пневматической камеры 1, рамки 2 с закрепленной в ней заготовкой 3, пуансона 4, прикрепленного к верхней крышке камеры 5, матрицы 6, вентиля 7 для сообщения камеры с атмосферой и вентиля 8 &л.я. подвода сжатого воздуха. При движении пуансона вниз (рис. 6.17, б) происходит свободная формовка заготовки, причем если вентиль 7 открыт, то заготовка примет коническую форму. Если вентили 7 и 8 закрыты, то заготовка будет отформовываться в виде поверхности параболической формы. В случае подачи сжатого воздуха в камеру через вентиль 3, при закрытом вентиле 7 заготовка будет принимать форму пуансона. В конце хода пуансона в донной части детали формируется рельеф по матрице 6. Допускаемые
Рис. 6.17. Схема комбинированной формовки в «упругой» матрице
230
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
степени деформации (степени вытяжки) в большинстве случаев определяют экспериментально, в зависимости от технических требований на изделие.
6.9.	СБОРОЧНЫЕ ОПЕРАЦИИ В ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКЕ
Штампосборочные операции применяют для соединения нескольких деталей в одну сборочную единицу. Достоинством штампосборочных операций является прочность и надежность соединений, а также низкая металлоемкость сборочных единиц.
Сборка штамповкой основана на использовании возможности пластического (упругого) деформирования соединяемых деталей при воздействии внешних, сил. Перечислим наиболее распространенные способы сборки штамповкой [18].
Сборку холодной штамповкой (объемной и листовой) осуществляют следующими способами:
	осадкой (например, головки заклепок);
	запрессовкой (например, соединение за счет натяга вала с отверстием, полученным отбортовкой, и т. п.);
	гибкой (например, соединения посредством соединяющего элемента типа скобы либо посредством загиба «лапок» на соединяемых деталях);
	упругим или упругопластическим изгибом;
	гибкой в замок (в фальц) элементов кровли и т. п.;
	соединение самопробивающей гайки с панелями (способ заключается в том, что гайка выполняет роль пуансона, который пробивает панель, при этом отход остается в матрице, а панель надежно соединяется с гайкой, попадая в ее кольцевую канавку);
	раздачей (например, соединение листовых деталей полыми заклепками и т. п.);
	обжимом (например, сборка подшипника качения с обоймой и др.).
Большое значение приобретает сборка холодной сваркой, позволяющая получать прочность в соединении (0,75—0,9) прочности соединяемых металлов. Холодную сварку применяют в основном для соединения и сборки цветных металлов и сплавов на основе алюминия, меди и т. п. В процессе холодной сварки
6.9.
Сборочные операции в листовой штамповке
231
происходит при местных больших пластических деформациях взаимодействие поверхностных слоев металла. При разрыве окисной пленки и взаимодействии чистых металлов на поверхности контакта происходит образование молекулярно-кристаллического соединения. Процесс соединения состоит из трех этапов: образование физического контакта, активизация контактных поверхностей, объемное взаимодействие [18]. Для осуществления холодной сварки требуется создание больших уси-лйй в зоне сварки и хороший контакт поверхностей соединяемых деталей.
Сборку холодной сваркой осуществляют следующими способами:
	точечной (соединяют листы путем приложения нагрузки пуансонами в месте сварки);
	шовной (применяют для соединения, в том числе герметичного, например, стаканчик с дном);
	стыковой (при этом необходимо создание встречного соосного давления на соединяемые детали, зажатые, например, в специальных губках, либо расплющиванием в специальных полузакрытых матрицах внахлест и т. п.).
Сборку импульсной обработкой применяют как для соединения металлических деталей, так и для соединения металлов с неметаллами (например, пластмассой, резиной и т. п.). К импульсным методам относят такие, у которых скорость приложения нагрузки достигает больших значений (до 1/50 • 103) с-1, а именно: магнитно-импульсная штамповка; электрогидравли-ческая штамповка; оборка-штамповка взрывом.
На рис. 6.18 представлена схема сборки узла «оправка-кожух» магнитно-импульсной штамповкой. Стальная оправка 1 имеет две кольцевые проточки, по которым происходит обжатие кожуха 2 после воздействия импульсного магнитного поля.
Данная деталь раньше собиралась по технологии закатки в четыре проточки. Применение магнитно-импульсной сборки значительно снизило трудоемкость изготовления, повысило точность
Рис. 6.18. Схема сборки узла «оправка-кожух» Магнитноимпульсной штамповкой
232
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
соединения и устранило брак по надрывам в зоне стыка. Магнитно-импульсной обработкой производят обжатие наконечников на пучках проводов, тросах, соединение (раздачей) труб с изоляторами, соединение труб (раздачей) между собой и другие операции.
Электрогидравлическая сборка предназначается для соединения трубчатых деталей за счет обжима, раздачи, отбортовки, формовки, запрессовки, гибки и т. п. На выпускаемых промышленных установках типа «Удар», ПЭГ-150 и др. можно осуществлять сборку деталей с диаметром до 2000 мм с достаточной производительностью.
Сборка-штамповка взрывом применяется в основном при единичном либо мелкосерийном производстве для сборки крупногабаритных узлов. Сборка-штамповка осуществляется в основном в водяных стационарных установках бассейнового типа либо в передвижных бронекамерах. Производительность данного способа невелика.
В последнее время в практике зарубежных технологий находит широкое применение совмещение операции штамповки и сварки в одном агрегате. Примером такой технологии служат станки типа BIHLER (ФРГ), на которых в условиях массового производства можно совмещать операции штамповки (вырубку-пробивку, отбортовку, гибку и др.) с операциями сварки.
6.10.	ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ,
ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКЕ
Смазка применяется для уменьшения вредного действия сил трения, приводящих к износу рабочего инструмента, увеличению усилий штамповки и к ухудшению качества поверхности штампуемых заготовок. В некоторых случаях смазка выполняет еще и роль охлаждающей жидкости, для отвода тепла от рабочего инструмента, в этом случае речь идет о смазочно-охлаждающих технологических средствах (СОТС). СОТС должны обладать свойствами, перечисленными в главе 5.
По механизму действия СОТС подразделяют на две группы с наполнителями и химически активные.
В первую группу входят различные минеральные масла и водные растворы (суспензии) с наполнителями типа графита; дисульфида молибдена, талька, мела и др* [18].
6.10* Вспомогательные операции, применяемые при листовой штамповке
233
Во вторую группу входят СОТС, в состав которых входят химически активные соединения, содержащие азот, фосфор, серу, хлор, либо поверхностно-активные соединения,, содержащие сульфогруппы, эфирные, амидные, аминные и др., а также медные и цинковые.
При осуществлении разделительных операций СОТС должны обеспечить: уменьшение сил трения между заготовкой и инструментом; исключить налипание металла заготовки на рабочий инструмент; обеспечить хорошее качество поверхности разделения. Для этого СОТС должны обладать высокой адгезией, теплопроводностью и небольшой вязкостью. Для повышения адгезии в качестве наполнителей применяют фосфор, хлор, сет ру. При чистовой вырубке-пробивке с увеличением толщины вырубаемой детали вязкость СОТС должна возрастать, причем при вырубке стали широкое применение в последнее время получили следующие марки СОТС: ХС-147, ХС-163, ХС-164 (состав: (1—2)% S, (17—21)% Cs; 0,03% Н2О, остальное— веретенное масло). При чистовой вырубке-пробивке деталей из алюминиевых сплавов применяют СОТС, состоящие на 30—50% из керосина и на 50—70% из скипидара. Для сплавов на основе меди в качестве СОТС рекомендуются мыльные водные эмульсии.
Для лучшего удержания смазки на контактной поверхности рекомендуется применять электроэрозионную обработку матриц и пуансонов, которая обеспечивает на поверхности «кратерную» структуру, хорошо удерживающую смазку.
Составы СОТС и рекомендации к их применению для операций вытяжки рассмотрены в главе 5. Более подробную информацию о применении СОТС для проведения формообразующих операций штамповки можно найти в литературе [18].
При нанесении СОТС на заготовку или на рабочий инструмент необходимо обеспечить равномерную толщину слоя. В условиях массового производства с большой степенью автоматизации жидкие СОТС на поверхности заготовок наносят вращающимися фетровыми валиками, находящимися в ваннах с СОТС. При выполнении разделительных операций (особенно операций чистовой вырубки-пробивки) применяют распыление СОТС на поверхность заготовки и рабочего инструмента.
Удаление СОТС с поверхности деталей проводят одним из следующих способов [18]:
1)	электролитическим либо горячим обезжириванием в ще-л очных ваннах;
234
Глава 6. Другие виды вытяжки и операций
2)	промывкой в бензине или трихлорэтилене;
3)	ультразвуковой обработкой;
4)	растворением в органических растворителях Р4, Р5 (для плёнки ХВЛ-21), либо в толуоле или ксилоле (для пленки Ф2-9).
Отжиг — вид термической обработки заготовок или полуфабрикатов, необходимый для восстановления пластических свойств металла и снятия деформационного упрдчнения. Применяется перед проведением формоизменяющих операций в случае применения материала в состоянии поставки в нагарто-ванном или полунагартованном виде (холоднокатаный металл) либо для проведения последующих операций штамповки, на-примёр, при многопереходной вытяжке.
Высокий отжиг проводят для листового металла и заготовок, а также для полуфабрикатов в качестве межоперационного отжига, когда низкотемпературный отжиг не дает хороших результатов. При этом происходит полная рекристаллизация зерен. Крупнозернистая структура металла после высокого отжига приводит к снижению прочности, особенно в тангенциальном направлении полуфабриката, что приводит, например, при вы-тджке к возникновению трещин и разрывов. Поэтому в качестве межоперационного отжига стальных и особенно изделий из цветных металлов и сплавов рекомендуется низкотемпературный отжиг, т. е. при температурах ниже нижней критической точки.
В табл. 6.4 приведены режимы Низкотемпературного отжига некоторых металлов.
Режимы высокого отжига приведены в справочной литературе [35].
Отжиг проводят в электрических печах обычного или шахтного типа, причем с целью улучшения качества поверхности рекомендуется проводить безокислительный отжиг в атмосфере водорода, азота, паров воды и т. п. Иногда проводят отжиг не всей заготовки, а только той ее части, которая получила максимальный наклеп, такой отжиг называют местным, а нагрев при этом применяют индукционный токами промышленной частоты. Местный отжиг фланцев полуфабрикатов при вытяжке проводят токами высокой частоты.
Травление применяют для очистки поверхности от окалины. При этом используют методы обычного травления в различных кислотах либо электролитическое травление. Состав ванн для
6.10м Вспомогательные операции.лрименяемые при листовой штамповке
235
травления зависит от марки материала и выбирается по справочным данным [35]. Температура раствора ванн для травления ~ 60—70 °C, время травления зависит от концентрации раствора и составляет 20—60 мин.
Таблица 6.4. Режимы низкотемпературного отжига
Марки материала	Температура нагрева в °C	Особенности проведения нагрева и охлаждения
Стали 08, 10, S <2 мм 15, 20 S > 2 мм	600—650 650—700	Время выдержки — 20—25 мин, охлаждение — на воздухе
Стали нержавеющие: марок 12X13, 20X13	780	Время выдержки — 25—30 мин, охлаждение вместе с печью или на воздухе
Медь Ml, М2, М5	400—450	Время выдержки 30 мин
Латуни Л62, Л68	500—540	Время выдержки — 15—30 мин, охлаждение — на воздухе
Алюминиевые сплавы: АД-0, АД-1, АМг, АМц	230—250	Время выдержки — 40—45 мин, охлаждение — на воздухе
Магниевые сплавы: MAI, МА8	260—350	Время выдержки — 60 мин
Титановые сплавы: ВТ1-1, ВТ1-2, ВТ5-1	550—600 650—700	Время выдержки — 20—30 мин, охлаждение на воздухе
Электролитическое травление проводят в ваннах с 5% -й серной кислотой при плотности тока 1,3—1,6 А/см2 и напряжением 6 В, причем детали подвешиваются в растворе к аноду. После травления детали обрабатывают в следующей последовательности:
а)	промывка в проточной воде (при t = 20 °C);
б)	нейтрализация в слабом щелочном растворе (при t = = 60—80 °C);
в)	промывка в горячей воде.
Обезжиривание деталей проводят с целью удаления с поверхности жиров и масел (остатков СОТС). Обезжиривание проводят обычно перед травлением и гальваническим покрытием в два приема: сначала детали промывают в ваннах с растворителями (бензин, керосин и т. п.), затем в ваннах с густым водным
236
Глава 6. Другие виды вытяжки и операции
раствором венской извести или мела. Хорошие результаты дает электрохимическое обезжиривание.
Обрезка стенок и фланцев деталей проводится после формоизменяющих операций (вытяжки, формовки и др.) с целью удаления технологического припуска.
Существуют следующие основные способы обрезки кромок стенок и фланцев:
1)	обрезка плоского фланца ступенчатым пуансоном на провал (с разделением отхода на части);
2)	обрезка в специальных клиновых штампах движущимися секторами;
3)	обрезка по частям с поворотом заготовки;
4)	обрезка в специальных штампах с планетарно движущейся матрицей;
5)	обрезка с совмещением операций вытяжки (первой либо последней).
Подробные сведения по способам обрезки стенок и фланца деталей и по конструкциям обрезных штампов можно найти в литературе [12, 18, 35].
ГЛАВА 7
__________________________________:____114
ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ
7.1.	КЛАССИФИКАЦИЯ ШТАМПОВ, ИХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ
ГОСТ 15830—84 «Обработка металлов давлением. Штампы» предлагает разделять штампы на виды по следующим критериям: универсальности применения, по особенностям сборки и технологическому признаку (рис. 7.1).
По универсальности применения различают штампы специальные, предназначенные для изготовления только одной заданной детали, и штампы универсальные, предназначенные для изготовления различных изделий.
Специальные штампы собираются из узлов и деталей, используемых только в данном штампе, поэтому затраты на изготовление такого штампа должны быть полностью списаны на
Рис. 7.1. Классификация штампов
238
Глава 7. Основы конструирования штампов
себестоимость изготавливаемой с его помощью партии деталей. Если размеры партии деталей невелики (например, при мелкосерийном производстве), то себестоимость штампованных деталей может оказаться чрезмерно высокой, поэтому специальные штампы обычно применяют при средне-, крупносерийном и массовом производстве.
Штамп состоит из большого числа узлов и деталей.
По функциональному назначению в штампе выделяют два больших комплекса деталей: блок и пакет.
Блоком называют комплекс деталей, предназначенных для крепления пакета штампа и совмещения рабочих элементов при штамповке. В состав блока входят верхняя и нижняя плиты и направляющие узлы (направляющие колонки и втулки). Если в конструкции штампа предусматривается хвостовик, то его также следует отнести к блоку.
Все прочие детали штампа составляют так называемый пакет. Верхняя часть блока крепится к ползуну пресса, нижняя — к подштамповой плите, устанавливаемой на стол пресса, и, таким образом, с помощью блока осуществляется соединение штампа с рабочими элементами пресса.
В универсальных штампах предусматривается возможность быстрой смены некоторой группы деталей, в том числе пуансонов и матриц, вследствие чего часть деталей и узлов штампа используется при изготовлении многих изделий (группы), а для штамповки конкретной детали требуется изготовить и установить лишь комплект сменных деталей. В этом случае на себестоимость штампованных изделий полностью списываются затраты на изготовление лишь комплекта сменных деталей, которые существенно меньше, чем затраты на изготовление штампа в целом.
Указанное обстоятельство обусловливает преимущественное применение универсальных штампов в единичном и мелкосерийном производствах.
С учетом особенностей сборки различают универсальные штампы со сменными пакетами, сменными основными рабочими деталями (пуансоном и матрицей) и сборными пакетами.
В специальных штампах пакет предусматривает эксплуатацию со своим блоком, однако возможна и установка различных пакетов в одном блоке. В этом случае блок становится универ-
7.1.
Классификация штампов, их узлов и деталей
239
сальным, он постоянно закрепляется на прессе, и при смене штампуемых деталей заменяется только пакет.	>
Штампы подобной конструкции называют универсальными штампами со сменными пакетами, стоимость таких штампов составляет 50—70% от стоимости специальных штампов.
Применение таких штампов позволяет существенно сократить время наладки пресса при смене штампуемых деталей, упрощает организацию хранения и транспортировки инструмента (на складе хранятся только пакеты, имеющие меньшие размеры и массу, чем штампы с индивидуальными блоками), создает возможность автоматизации переналадки технологических комплексов.
Универсальные штампы со сменными рабочими элементами — пуансонами и матрицами — имеют специальную конструкцию держателей, обеспечивающую быструю смену рабочих элементов. Кроме того, такие штампы обычно снабжаются переставными упорами, направляющими планками, делительными линейками.
Универсально-сборные штампы (УСПГ) отличаются тем, что их собирают из готовых взаимозаменяемых деталей и узлов (за исключением пуансонов и матриц). После выполнения заданной технологической операции штамп разбирают на составные частй для монтажа новой конструкции.
По технологическому признаку различают штампы простого, последовательного и совмещенного действия (см. п. 1.2, гл. 1).
В наименовании специального штампа обычно указывается его вид по технологическому признаку и перечисляются операции, для выполнения которых этот штамп предназначен. Например, штамп последовательного действия для пробивки и вырубки, штамп совмещенного действия для вырубки и вытяжки ит. д.
В наименовании универсальных штампов обычно присутствует слово «универсальный». Например, универсальный штамп для гибки.
Названные выше. классификационные признаки штампов являются основными. На производстве и в научно-технической литературе нередко применяют дополнительные частные признаки, уточняющие ту или иную особенность штампа. Например, в инструментальном производстве, для которого штампы являются товарной продукцией и где технологический маршрут изготовления деталей зависит от их массы и габаритных
240
Глава 7. Основы конструирования штампов
размеров, штампы разделяют по массе на мелкие (до 150 кг), средние (до 1500 кг), крупные (до 8000 кг) и особо крупные (свыше 8000 кг). Этот же признак учитывается при организации хранения штампов, их транспортировки и ремонта в листоштамповочных цехах.
Иногда, прежде всего в целях упрощения поиска штампа, бывает целесообразным выделить некоторые конструктивные особенности штампа или марку материала, из которого изготавливаются его основные рабочие детали. Например, штамп последовательного действия с неподвижным (жестким) съемником для вырубки и пробивки, штамп последовательного действия для пробивки и вырубки с подвижным съемником, штамп с применением твердых сплавов, штампы с применением пластмасс и другие.
Узлы и детали штампов удобнее всего классифицировать по их функциональному назначению. По этому признаку в штампах можно выделить следующие группы деталей и узлов:
	основные рабочие элементы штампов (матрицы, пуансоны, пуансоны-матрицы, ножи), т. е. элементы, выполняющие данную технологическую операцию;
	базовые детали (обычно верхняя и нижняя плиты);
	детали и узлы, обеспечивающие направление* перемещения подвижной части штампа относительно неподвижной (направляющие колонки, втулки, хвостовики);
	детали, обеспечивающие центрирование и крепление основных рабочих элементов (пуансоно- и матрицедержатели);
	детали и узлы, обеспечивающие направление и ориентацию заготовки при ее подаче в штамп (направляющие планки, шпильки, упоры, трафареты, прижимы боковые);
	детали, предназначенные для ограничения шага подачи (шаговые ножи, упоры);
	детали, обеспечивающие фиксирование заготовки перед штамповкой;
	детали и узлы, обеспечивающие удаление изделия и отходов из рабочей зоны штампа (съемники, выталкиватели, толкатели, сбрасыватели);
	детали и узлы, обеспечивающие создание усилий прижима, съема полосы, выталкивания и др. (пружины, буферные устройства);
	прочие детали (ограничители, противоотжимы, плитки подкладные и другие).
7.1.
Классификация штампов, их узлов и деталей
241
Определенность функций, выполняемых отдельными узлами и деталями штампов, позволяет унифицировать конструкций многих деталей и узлов. В настоящее время на многие узлы и детали имеются государственные стандарты и стандарты предприятий. Унификация конструкций отдельных узлов и деталей существенно сокращает сроки конструирования штампов, способствует обеспечению их технологичности, создает базу для автоматизации конструирования штампов и проектирования технологии их изготовления, позволяет организовать групповое производство в инструментальных цехах.
7.2.	ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИЯМ ШТАМПОВ
Конструкция штампа должна обеспечивать требуемую точность и качество изготавливаемой детали, безопасность эксплуатации и оптимальную производительность, минимальную трудоемкость и стоимость изготовления, необходимую для заданных производственных условий стойкость.
Точность и качество штампованных деталей зависят от вы-бранйого способа (технологии) штамповки, типа штампа, точности изготовления его основных рабочих элементов и направляющих узлов, жесткости базовых деталей (плит), наличия или отсутствия элементов, обеспечивающих фиксацию заготовки перед штамповкой, равномерности зазора между пуансоном и матрицей, т. е. как от самой конструкции штампа, так и от точности pro изготовления. Чем выше требования к точности и качеству изготавливаемой детали, тем сложнее оказывается конструкция штампа и, следовательно, увеличивается трудоемкость и стоимость его изготовления.
Общие требования безопасности к конструкциям и эксплуатации штампов установлены ГОСТ 12.2.109—85, часть этих требований отражается в техническом задании (ТЗ) на проектирование штампа.
В частности, в ТЗ на проектирование штампа указываются:
	тип штампа;
	вид заготовки и способ ее подачи;
	способ удаления отштампованных деталей (вручную; вручную с использованием вспомогательных средств — пинцетов, клещей, магнитных захватов; пневмосдувом; универсальными устройствами, встроенными в пресс, например
242
Глава 7. Основы конструирования штампов
^совковым сбрасывателем или механической рукой; устрой-язвами, встроенными в штамп; под действием собственного веса — по склизу, в ящик для деталей);
в величина и форма отходов, в том числе необходимость раз-и резки отхода в штампе;
способ удаления отходов (такие же способы, как для удаления деталей);
	способ крепления штампа к прессу (крепление с помощью хвостовика, крепление винтами, крепление прихватами, крепление с помощью пневмогидравлического зажимного устройства);
	способ смазки (местная, централизованная);
	способ защиты рук рабочего от попадания в опасную зону (двурукое включение пресса, включение пресса с централизованной панели управления, защитным устройством пресса, ограждением штампа).
Помимо описанных выше требований безопасности, указываемых в ТЗ на проектирование штампа, отметим еще ряд требований, непосредственно влияющих на его конструкцию.
Штампы, их узлы и детали массой более 20 кг должны иметь места захвата для безопасной их транспортировки (приливы, транспортные штыри, рым-болты, резьбовые или гладкие отверстия).
При опасности прилипания штампуемой детали или отхода к рабочим частям штампа необходимо устанавливать отлипатели, толкатели или другие элементы того же назначения (см. п. 7.6).
В штампах с неподвижным съемником для исключения травмирования пальцёв рабочего должны быть соблюдены зазоры безопасности между подвижными и неподвижными частями:
	не более 8 мм при верхнем положении ползуна пресса (рис. 7.2, а);
Рис. 7.2. Зазоры безопасности между подвижными и неподвижными частями штампов
7i2.
Общие требования к конструкциям штампов
243
	не менее 25 мм при нижнем положении ползуна пресса (рис. 7.2, б).
При невозможности выполнения этих требований необходимо обеспечить соответствующие меры защиты, например, применять двуручное включение пресса или защитное ограждение на штампе (рис. 7.2, в).
Защитные устройства должны исключать возможность попадания рук работающего в опасную зону, исключать возможность травмирования самим защитным устройством, позволять производить осмотр, наладку и смену штампа, смазку и текущий ремонт оборудования.
Конструкции защитных устройств рассматриваются в специальной литературе [38], некоторые конструкции регламентированы государственными стандартами (ГОСТ 122062—81).
Крепление штампа к прессу должно быть надежным. Для крепления штампа к прессу болтами или прихватами плиты должны иметь пазы или площадки. Крепление при помощи болтов является предпочтительным. Ширина полки плит под прихваты должна быть не менее 16 мм.
При необходимости ограничения нижнего положения ползуна при работе или наладке штампа на прессе в штампе должны быть установлены ограничители закрытой высоты (см. ГОСТ 18802—80, ГОСТ 18803—80, ГОСТ 18805—80, ГОСТ 18807—80, ГОСТ 24536—80).
Штампы с направляющими колонками следует проектировать так, чтобы при верхнем положении ползуна колонки не выходили из направляющих втулок. При невозможности соблюдения этого требования необходимо предусматривать предохранительные устройства, исключающие возможность травмирования оператора — например, установку телескопических оградительных кожухов на колонках (см. ГОСТ 24573—80, ГОСТ 24539—80).
При проектировании штампов следует максимально использовать стандартные и унифицированные детали, узлы и другие проверенные практикой конструктивные решения, обеспечивающие как безопасность конструкции, так и снижение трудоемкости и стоимости изготовления штампа.
В конструкциях штампов следует предусматривать меры, уменьшающие уровень шума, создаваемого штампом при работе. Для этих целей применяют, например, лотки для удаления
244
Глава 7. Основы конструирования штампов
отщтампованных деталей и отходов с пластмассовым покрытием, не допускают выхода клиньев клиновых механизмов из ползушек и т. п.
Элементы штампа, представляющие опасность для оператора, должны окрашиваться в сигнальный цвет (желтый).
К эксплуатации допускаются штампы, прошедшие испытания. Во время испытания проверяется надежность работы защитных устройств, надежность крепления всех деталей штампов, правильность смыкания и размыкания частей штампа, особенно рабочих, отсутствие заедания штампуемой полосы при подаче, надежность удаления отштампованных деталей и отходов.
При эксплуатации штампа необходимо систематически проверять его крепление к элементам пресса, состояние защитных устройств, прочищать каналы для смазки и выхода воздуха.
7.3.	КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ
И ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАКЕТОВ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ШТАМПОВ
Пакет штампа является узлом, предназначенным для фиксации и крепления рабочих элементов штампа. В комплект деталей, составляющих пакет, помимо основных рабочих элементов — пуансонов, матриц, пуансонов-матриц — входят пуансоно-и матрицедержатели, съемники, направляющие планки и другие детали.
Форма и размеры деталей пакета зависят от формы и размеров штампуемых изделий. При штамповке круглых и близких к ним в плане изделий детали пакетов штампов простого и совмещенного действия обычно выполняются цилиндрическими. В прочих случаях детали пакетов штампов имеют форму прямоугольных в плане пластин с необходимой толщиной.
Учитывая подобие формы деталей многих типов штампов, на заготовки этих деталей государственными стандартами утверждены унифицированные ряды размеров (ГОСТ 15861—81 — ГОСТ 15864—81. Штампы для холодной штамповки. Плиты пакетов разделительных штампов. М., 1982).
245
7.3.
Конструктивные исполнения и порядок проектирования пакетов
разделительных штампов
план низа
{для пакетов с L до 160 мм)
для пакетов с L> 160 мм
в)
Рис. 7.3. Эскиз прямоугольного в плане пакета штампа х; неподвижным съемником
Стандартный пакет заготовок прямоугольных в плане пакетов разделительных штампов с жестким съемником (рис. 7.3) включает в себя заготовки матрицы 2, направляющих планок 2, съемника 3, пуансонодержате-Ля 4У подкладной плитки 5. Взаимная фиксация положения деталей нижней и верхней частей . пакета, а также фиксация этих частей относительно нижней 11 и верхней 12 плит штампа осуществляется с помощью штифтов 7, 3, 9.
Крепление верхней и нижней частей пакета к соответствующим плитам осуществляется винтами 6 и 10. При длине пакета L до 160 мм предусматривается четыре таких винта, при большей длине пакета — шесть винтов.
Подкладная плитка 5 предназначена для предотвращения смятия поверхности верхней плиты головкой
пуансона. Подкладная плитка устанавливается всегда при диаметре головок пуансонов до 10 мм или если давление ойорной части пуансона на плиту превышает 50 МПа для чугунных плит и 100 МПа для стальных плит, а также если в плите над пуансоном выполнено отверстие (например, под хвостовик).
На рис. 7.4 показан стандартный пакет прямоугольных в плане заготовок разделительного штампа совмещенного действия. В состав этого пакета входят заготовки матрицы 2, верхнего 5 и нижнего 4 пуансонодержателей, верхней 14 и нижней 2 подкладных плиток, съемник 3, резиновая буферная прокладка 139 создающая усилие съема полосы с пуансона-матрицы.
246
Глава 7. Основы конструирования штампов
план низа
(для пакетов с L до 160 мм)
Рис. 7.4. Эскиз прямоугольного в плане пакета штампа совмещенного действия
Взаимная фиксация положения деталей нижней и верхней частей пакета, а также фиксация этих частей относительно нижней 11 и верхней 12 плит штампа осуществляется с помощью штифтов 8, 9 й винтов би 10. Перемещение съемника вверх ограничивается ступенчатыми винтами 7. С помощью этих же винтов осуществляется предварительное сжатие буфера 13.
На рис. 7.5 показан стандартный круглый в плане пакет заготовок разделительного штампа совмещенного действия. Состав этого пакета такой же, как и прямоугольного в плане пакета по рис. 7.4, заготовки деталей отличаются лишь формой в плане.
7.3.
Конструктивные исполнения и порядок проектирования пакетов
разделительных штампов
247
a)	A-A
10	8	7
план низа
Рис, 7,5, Эскиз круглого в плане пакета штампа с неподвижным
съемником
Рис. 7-6; Эскиз заготовки матрицы прямоугольного в плане пакета штампа
Основной деталью пакета, определяющей его размеры, является матрица (рис. 7.6). Размеры матрицы, в свою очередь, зависят от размеров ее рабочей зоны, толщины и механических свойств штампуемого материала.
Толщину матрицы можно рассчитать по эмпирической формуле
Нм = S + Кк Jap + Ьр + 7, (7.1)
где Км — коэффициент, зависящий от механических свойств штампуемого материала (табл. 7.1), ар и др— габаритные размеры рабочей зоны матрицы соответственно по горизонтали и вертикали.
Полученное значение Нм округляется конструктором до ближайшего большего значения из унифицированного ряда размеров.
Габаритные размеры заготовки матрицы в плане могут быть определены по формулам: ширина матрицы
Вм = др + 2,5Нм,	(7.2)
длина матрицы
LM = Zp + 2,5HM.	(7.3)
Полученные значения Вм и Вм округляются до ближайших больших значений из унифицированного ряда размеров.
248
Глава 7; Основы конструирования штампов
Таблица 7.1. Значения коэффициента Км
Предел прочности штампуемого материала, МПа	До 120	Св. 120 до 200	Св. 200 до 300	Св. 300 до 500	Св. 500 до 1000
К»	0,5	0,6	0,8	1,0	1,3
ГОСТ 15861—81 устанавливает следующие ряды размеров: по толщине заготовок — 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 55, 60:
для размеров в плане (Вм и LM) — 50, 60, 80, 100, 125, 140, 160,180,200,220,250,280,320,360, 400, 450,500.
Размеры винтов и штифтов, а также расположение крепежных элементов в плане можно установить по данным табл. 7.2.
Таблица 7.2. Размеры заготовок пакетов, мм (см. рис. 7.3,7.4, 7.5)
	вм	А		1	Диаметр резьбы винтов (с^)	Диаметр штифтов (d2)	Толщина плитки подкладной
1	2	3	4	5	6	7	8
60	50	45	34	12	Мб	6	4
80		65					
100		85					
80	60	60	40				
100		80		16	М8		
125		105					
100	80	80	55				
125		105					6
140		115		20	М10	8	
160		135					
125	100	100	75				
140		115					
160		135					
180		150					
200		170					
7.3. Конструктивные исполнения и порядок проектирования пакетов
разделительных штампов
249
Продолжение табл. 7.2
1	2	3	4	5	6	7	. 8
140	125	115	100				6
160		135					
180		150					8
200		170					
220		190					
250		220					
160	140	130	110	25	М12	10	
180		150					
200		170					
220		190					
250		2?0					
280		250					
160	160	130	130				
200		170					
220		190					
250		220					
280		250					
320		280					
200		170	J 150				
220	180	190					
250		220					
280		250					
320		280					10
360		320					
220	200	190	170				
250		220					
280		250					
320		280					
360		320					
400	200	360	170				
250
Глава 7. Основы конструирования штампов
Окончание табл. 7.2							
	2	3	4	5	6	7	8
250	220	220	180	32	М16		10
280		250				12	
320		280					
360		320					
400		360					
450		410					
280	250	250	210				
320		280					
360		320					12
400		360					
450		410					
500		460					
320	280	280	240				
360		320					
400		360					
450		410					
500		460					
360	320	320	280				
400		360					
450		410					
500		460					
400	360	360	320				
450		410					
500		460					
450	400	410	360				
500		460					
7.3. Конструктивные исполнения и порядок проектирования пакетов	251
разделительных штампов
Размеры в плане всех прочих заготовок деталей пакета, а также расположение отверстий для крепежных деталей принимаются такими же, как у матрицы.
Толщина съемника и пуансонодержателя принимается равной 0,8Нм с округлением до ближайшего большего значения из унифицированного ряда размеров заготовок по толщине.
В пакет заготовок штампа последовательного действия с неподвижным съемником входят направляющие планки (см. рис. 7.3, поз. 3). Конструктивное исполнение направляющих планок и определение их размеров рассмотрено в п. 7.5.
После определения габаритных размеров пакета штампа и его элементов могут быть выбраны размеры блока и его деталей, выполнены расчет и проектирование контуров рабочих отверстий деталей (матрицы, съемника, пуансонодержателя и др.), выбрано конструктивное исполнение пуансонов и решены другие вопросы, связанные с особенностями технологии штамповки данного изделия.
7 А.	КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ И ВЫБОР
ТИПОРАЗМЕРОВ БЛОКОВ ШТАМПОВ И ИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Блок является одним из основных узлов штампа, предназначенных для крепления пакета, совмещения рабочих элементов при штамповке и соединения штампа с исполнительными органами пресса. В состав блока входят комплект верхней и нижней плит и направляющие узлы.
Блоки различают по относительному расположению, типу и числу направляющих узлов, точности изготовления. Государственными стандартами регламентированы формы и размеры блоков с направляющими узлами скольжения и качения.
Стандартами предусматривается изготовление плит блоков из чугунных или стальных отливок. В тех случаях, когда предприятие не имеет возможности получать чугунное или стальное литье, плиты изготавливаются из то лето л истового стального проката.
Стандартные блоки изготавливают в соответствии с нормами точности по ГОСТ 13139—74: с направляющими узлами качения — по первому классу точности; с направляющими узлами скольжения при их диагональном и осевом расположении, а также блоки с четырьмя направляющими узлами — по второ-
252
Глава 7. Основы конструирования штампов
Плита верхняя по ГОСТ 13112-83 QDH7ls6
Плита нижняя по
P—тулка направляющая поГОСТ 13121-83
Колонка направляющая по ГОСТ 13119—83
0dH7/s6
ГОСТ 13112-83
План верха
Рис, 7,7, Блок с задним расположением направляющих узлов
му и третьему классам точности; с направляющими скольжения при их заднем расположении — по третьему классу точности. Поля допусков диаметров направляющих поверхностей колонок и втулок в блоках с направляющими узлами скольжения второго класса точности выполняют по Л 5 и Н6, в блоках третьего класса точности — по Кб и Н7.
Выбор типа блока зависит от габаритных размеров й толщины штампуемой детали, требований к ее точности, способа загрузки заготовки в штамп.
Блоки с задним расположением направляющих узлов (рис. 7.7) применяют, когда требуется свободный доступ к рабочей зоне штампа, например при ручной штамповке в штампах совмещенного действия, при загрузке заготовки в штамп с помощью робота.
Лучшее совмещение рабочих элементов обеспечивают блоки с диагональным (рис. 7.8) и осевым расположением (рис. 7.9) направляющих узлов, а также блоки с четырьмя направляющими узлами (рис. 7.10), при этом последние применяют обычно при штамповке крупных и средних деталей.
7.4. Конструктивные исполнения и выбор типоразмеров блоков штампов	253
и их элементов
Плита верхняя по
ГОСТ 13111 -83	0DH7/S6
0dH7/h6
ГОСТ 13110-83
Втулка направляющая ' поГОСТ 13121-83
Колонка направляющая поГОСТ 13119-83
План верха
Рис- 7-8- Блок с диагональным расположением направляющих узлов
Плита верхняя по ГОСТ 13113—83	0DH 7/s6
ГОСТ 13113-83
Рис. 7.9. Блок с осевым расположением направляющих узлов
254
Глава 7. Основы конструирования штампов
®DH7/s6
Рис, 7,10. Блок с четырьмя направляющими узлами
На рис. 7.11 представлены эскизы литых заготовок плит с задним расположением направляющих колонок с полками по ширине в соответствии с ГОСТ 13112-^-83, предназначенными для крепления плит к столу и ползуну пресса с помощью прихватов.
7.4, Конструктивные исполнения и выбор типоразмеров блоков штампов	255
и их элементов
Рис. 7.12. Эскиз верхней плиты без полок
Верхние плиты мелких штампов, крепящихся к ползуну
пресса с помощью хвостовика, могут быть выполнены без полок
(рис. 7.12).
Рис. 7.13. Направляющий узел качения;
1 — плита верхняя;
2 — плита нижняя;
3 — колонка направляющая; 4 — шарик;
5 — сепаратор
Блоки с направляющими узлами качения (рис. 7.13) применяют, когда требуется особо точное направление подвижной части штампа относительно неподвижной: при выполнении разделительных операций с пуансонами и матрицами из инструментальной стали при двухстороннем зазоре между ними не более 0,026 мм, а также с пуансонами и матрицами из твердых сплавов при двухстороннем зазоре не более 0,1 мм.
Направляющие узлы качения собирают, обеспечивая натяг между втулкой 4, колонкой 3 и шариками 5 от 0,006 до 0,015 мм.
Втулки шариковых направляющих, как правило, закрепляют в плите клеем на базе эпоксидных смол. Прочность соединения проверяют приложением в течение 5 минут усилия, равного 10 кН, направленного вдоль втулки.
256
Глава 7. Основы конструирования штампов
Рис. 7.14. Варианты исполнения направляющих колонок: а) гладкая; б) ступенчатая
Двухсторонний зазор между поверхностью отверстия и втулкой при применении эпоксидного клея составляет 0,5 мм, при этом на поверхности отверстия выполняют винтовые канавки глубиной 0,3—0,4 мм с шагом 2,5—3,5 мм.
Направляющие колонки блоков могут быть гладкимщ (рис. 7.14, а) и с проточкой (рис. 7.14, б). Гладкие колонки из
готавливаются с допускаемыми отклонениями по системе вала, колонки с проточкой — с допускаемыми отклонениями по сис
теме отверстия.
В штампах, рабочие элементы которых расположены симметрично, следует использовать блоки со встречным расположением направляющих узлов (рис. 7.15).
Направляющие колонки работают на изгиб и на истирание, поэтому они должны иметь твердую поверхность и относительно вязкую сердцевину. По этой причине направляющие колонки изготавливают обычно из малоуглеродистой стали 20 с цементированием поверхности на глубину 0,8—1,2 мм и последующей термообработкой на твердость HRC 59...63.
Рис. 7.15. Блок со встречным расположением направляющих узлов
7.4.	Конструктивные исполнения и выбор типоразмеров блоков штампов
257
и их элементов
Рис. 7.16. Варианты исполнения направляющих втулок: а) гладкая; б) ступенчатая
Направляющие втулки могут быть гладкими (рис. 7.16, а) и ступенчатыми (рис. 7.16, б). Втулки направляющих узлов скольжения обычно устанавливаются в плитах по посадке с натягом (H7/s6). Изготавливают направляющие втулки, как и колонки, из стали 20 с термообработкой на твердость HRC 55...59.
На внутренней поверхности направляющих втулок выполняются канавки, предназначенные для удержания смазки.
Между торцом втулки и верхней плоскостью плиты должен быть зазор, а на плоскости плиты — канавка (см. рис. 7.11) для того, чтобы при рабочем движении верхней части штампа воздух, находящийся во втулке, не вытеснял смазку.
Параметрами, по которым выбирается блок для проектируемого штампа, являются размеры L и В его рабочей плоскости. Эти размеры должны быть не меньше размеров пакета в плане с тем, чтобы детали пакета не выходили за пределы рабочей плоскости плиты. По значениям размеров рабочих плоскостей плит блока могут быть определены с помощью таблиц соответствующих стандартов все необходимые размеры заготовок плит, направляющих колонок и втулок (см. рис. 7.11).
При выборе размеров блока необходимо следить за тем, чтобы его закрытая высота, т. е. высота при нижнем (рабочем) положении верхней плиты, не выходила за пределы регулировки закрытой высоты рабочей зоны пресса (расстояния между столом и ползуном при нижнем положении ползуна).
258
Глава 7. Основы конструирования штампов
0,80
А-А
Рис. 7.17. Эскиз плиты из толстолистового проката
В настоящее время централизованно литые заготовки плит блоков производятся в ограниченном количестве, поэтому использовать литые заготовки плит блоков могут лишь крупные предприятия, например автомобильные, имеющие собственные производства чугунного и стального литья. Большинство же ма-шино- и приборостроительных предприятий применяют плиты штампов, изготавливаемые из толстолистового проката.
При проектировании таких плит следует ориентироваться на размерные ряды, регламентированные государственными стандартами на литые заготовки плит.
На рис. 7.17 представлен эскиз нижней плиты из толстолистового проката блока с диагональным расположением направляющих. В плите предусмотрены пазы для крепления к столу пресса с помощью болтов. Размеры плит, изготавливаемых из толстолистового проката, могут быть определены с помощью тех же стандартных размерных рядов, что и заготовок литых плит.
Блок (и штамп в целом) центрируется в рабочей зоне пресса с помощью хвостовика. Верхняя часть мелких штампов с помощью хвостовика закрепляется в ползуне, крупные штампы крепятся к ползуну с помощью болтов, хвостовик же (если он предусматривается) служит только для центрирования.
Государственными стандартами регламентируются формы и размеры нескольких типов хвостовиков.
7.4. Конструктивные исполнения и выбор типоразмеров блоков штампов	259
и их элементов
Рис. 7.18. Хвостовик с резьбой и буртиком:
1 — плита верхняя;
2 — хвостовик; 3 — штифт
Рис. 7.19. Хвостовик с фланцем
Рис. 7.20. Хвостовик с буртиком: 1 — плита верхняя; 2 — хвостовик; 3 — штифт
Рис. 7.21. Плавающий хвостовик: 1 — плита верхняя; 2 — хвостовик; 3 — фланец; 4 — подпятник; 5 — штифт; 6 — винт
Хвостовики с резьбой и буртиком (рис. 7.18) и хвостовики с фланцем (рис. 7.19) удобны при переточке рабочих элементов штампа, так как могут быть удалены из штампа без его разборки.
Хвостовики с буртиком, устанавливаемые в верхнюю плиту по посадке с натягом (рис. 7.20), обеспечивают лучшую фиксацию положения плиты относительно ползуна пресса, однако менее удобны при переточке штампа.
В штампах с направляющими узлами качения рекомендуется использовать плавающие хвостовики (рис. 7.21).
Хвостовик следует располагать так, чтобы его ось проходила через центр давления штампа, с тем, чтобы исключить внецент-ренное нагружение штампа и связанный с этим изгиб направляющих колонок.
260
Глава 7. Основы конструирования штампов
Если предусматривается выталкивание отштампованной детали или отхода из верхней части штампа с помощью выталкивающей системы пресса, то в хвостовике выполняется отверстие, через которое проходит толкатель, взаимодействующий с названной системой. В штампах последовательного действия это отверстие в хвостовиках не выполняется.
Параметром, определяющим все размеры хвостовика данного типа, является диаметр d его верхнего конца, который принимается равным диаметру отверстия под хвостовик в ползуне выбранного пресса.
7.5.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ НАПРАВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ, ФИКСАТОРЫ, УПОРЫ, ПРИЖИМЫ
В штампах для листовой штамповки используется большая группа деталей и узлов, предназначенных для направления и ориентации заготовки при ее подаче в штамп, ограничения шага цодачи, фиксирования заготовки перед штамповкой.
Для направления заготовки (полосы) в штампах последовательного действия наиболее часто применяются направляющие планки, являющиеся элементом пакета штампа.
Толщину направляющих планок можно определить с помощью данных табл. 7.3 [41].
Таблица 7.3. Толщина направляющих планок, мм
Толщина штампуемого материала, мм	Толщина планок		
	При наличии шагового упора и длине направляющих планок		При отсутствии шагового упора
	до 200 мм	св. 200 мм	
до 1	4	6	4
св. 1 до 2	8	12	4
св. 2 до 3	10	14	6
св. 3 до 4	12	16	6
св. 4 до 6	16	20	8
св. 6 до 8	20	24	10
св. 8 до 10	20	26	14
св. 10 до 12	26	30	16
св. 12 до 16	30	34	20
7.5.
Устройства для направления заготовки, фиксаторы, упоры, прижимы
261
Рис. 7.22. Узел направления полосы в штампе последовательного действия:
1,2 — направляющие планки; 3 — матрица; 4 — упор шагового ножа; 5 — штифт; 6 — полоса
Конструктивное исполнение направляющих планок зависит от наличия и конструктивного исполнения ряда других элементов штампа — шаговых ножей, прижимов, разовых упоров, — поэтому в структуре штампа комплекс этих деталей целесообразно рассматривать как некоторый функциональный узел — узел направления полосы
(рис. 7.22).
Шаговые ножи служат для фиксации шага подачи полосы, области их рационального применения были рассмотрены ранее (см. п. 3.3).
Конструкции и размеры шаговых ножей регламентированы
государственными стандартами.
На рис. 7.23 приведены эскизы шаговых ножей, закрепляемых в держателе с помощью расклепки верхнего торца, для чего верхняя часть ножа после закалки до твердости HRC 55...59 отпускается до твердости HRC 42...51.
шаг штамповки
шаг штамповки
Рис. 7.23. Эскизы шаговых ножей без фланца:
а) без противоотжима; б) с противоотжимным выступом
262
Глава 7. Основы конструирования штампов
6,3
a)i
v
h:
1,60
15
острые кромки
42—51 НВСэ
б)
0,5В
с 3-х сторон
штамповки
Рис. 7.24. Эскизы шаговых ножей с фланцем:
а) без противоотжима; б) с противоотжимным выступом
На рис. 7. 24 приведены эскизы шаговых ножей, закрепляемых в держателе с помощью фланца.
Государственный стандарт предусматривает выполнение шаговых ножей как с противоотжимным выступом (см. рис. 7.23, б, 7.24, б), тац и без него (см. рис. 7.23, а, 7.24, а).
Шаговые ножи без противоотжимного выступа применяют только при штамповке тонких материалов (толщиной до 0,5 мм) и в том случае, когда в конструкции штампа предусмотрен специальный противоотжим для ножа.
При применении шаговых ножей в направляющую планку врезается дополнительный упор для того, чтобы продвигаемая полоса не разбивала планку. Упор к шаговому ножу изготавливается из инструментальной углеродистой стали У10А с термообработкой на твердость HRC 57—61, в то время как сама направляющая планка обычно изготавливается из конструкционной стали 45 с термообработкой на твердость HRC 40—45.
Положение упора к шаговому ножу фиксируется с помощью паза в направляющей планке и штифта (см. рис. 7.22).
С целью уменьшения ширины полосы последнюю часто прижимают к одной из направляющих планок, называемой в этом
7.5.
Устройства для направления заготовки, фиксаторы, упоры, прижимы
263
5	4
Рис. 7.25. Эскиз узла направления с прижимом к базовой направляющей планке:
1 — базовая направляющая планка; 2 — направляющая планка; 3 — матрица; 4 — прижим колодочный;
5 — пружина; 6 — полоса
матривается некоторый зазор,
случае базовой, с помощью специальных прижимных устройств. Известно несколько конструкций этих устройств, регламентированных государственными стандартами. На рис. 7.25 приведен эскиз узла направления полосы штампа последовательного действия с использованием колодочных прижимов полосы к базовой направляющей планке.
При использовании прижимов между направляющей планкой, противоположной базовой, и полосой предус-величина которого зависит от
выбранного конструктивного исполнения прижима и составляет от 0,5 до 4 мм.
При отсутствии прижима полосы к базовой направляющей
планке размеры направляющих планок устанавливаются так, чтобы между ними и полосой сохранялся гарантированный зазор Zr (см. табл. 3.1 и рис. 7.22).
Ширина и длина направляющих планок устанавливается конструктивно.
Обычно края направляющих планок совпадают с краями матрицы (см. рис. 7.22).
Для облегчения условий труда и увеличения надежности направления длину направляющих планок часто делают большей
длины матрицы, при этом к концам направляющих планок прикрепляют так называемую поддерживающую планку.
Часто эту же задачу решают с помощью специального поддерживающего кронштейна, прикрепляемого к нижней плите или к матрице.
Верхняя и нижняя плоскости направляющих планок, соприкасающиеся соответственно со съемником и матрицей, шлифуются одновременно с одной установки для обеспечения их одинаковой толщины с тем, чтобы исключить перекос съемника относительно матрицы.
В штампах последовательного действия положение заготовки перед штамповкой часто дополнительно фиксируется по ра-
264
Глава 7. Основы конструирования штампов
Рис. 7.26. Способы фиксирования положения заготовки в штампах последовательного действия:
1 — пуансон пробивной; 2 — фиксатор; 3 — винт
нее пробитому отверстию с помощью деталей, называемых по своему функциональному назначению, т. е. фиксаторами. На рис. 7.26 представлены схемы фиксации заготовки с помощью стандартных фиксаторов нескольких типов.
Фиксаторы устанавливаются в вырубном пуансоне по подвижной посадке и закрепляются с помощью фланца (см. рис. 7.26, а) или с помощью винта (см. рис. 7.26, б, в).
Фиксаторы стержневого типа по ГОСТ 18773—80 (см. рис. 7.26, а) применяются для отверстий диаметром от 1,5 до 9,8 мм, фиксаторы с резьбовым отверстием по ГОСТ 18770—80 (см. рис. 7.26, б) применяют для отверстий диаметром от 10 до 18 мм, фиксаторы со ступенчатым отверстием по ГОСТ 18771— 80 (см. рис. 7.26, в) — для отверстий диаметром от 18 до 50 мм.
Диаметр фиксаторов устанавливается меньшим исполнительного размера соответствующего пуансона для пробивки (поз. I, рис. 7.26) на величину Яф (табл. 7.4).
Таблица 7.4. Параметры фиксаторов
Толщина штампуемого материала S, мм	Величина зазора между фиксатором и заготовкой, мм	Высота фиксирующего пояска h, мм
ДО 1	0,05	2
св. 1 до 1,5	0,08	2
св. 1,5 до 2,5	0,08	3
св. 2,5 до 3,5	0,08	4
св. 3,5	0,1	h = S
7.5.
Устройства для направления заготовки, фиксаторы, упоры, прижймы
265
Рис. 7.27. Схема фиксации положения штучной заготовки с помощью трафарета:
1 — трафарет; 2 — заготовка
Рис. 7.28. Схема фиксации заготовки по отверстию: 1 — фиксатор; 2 — заготовка '
При штамповке из штучной заготовки ее положение может фиксироваться по наружному контуру с помощью упоров или трафаретов (рис. 7.27). Для упрощения укладки заготовки 2 в трафарете 1 на его верхней плоскости выполняются заход-ные фаски под углом 15—20°.
Более надежной является фиксация штучной заготовки по ранее пробитым отверстиям (рис. 7.28). Если в
конструкции штампуемой детали нет отверстий, которые мож-
но использовать для фиксации положения заготовки, то часто пробивают дополнительные технологические отверстия.
При фиксации штучной заготовки как по Трафарету, так и по фиксатору между заготовкой и трафаретом или фиксатором нужно предусмотреть зазор [19].
В штампах совмещенного действия для направления полосы и фиксации шага штамповки при ручной подаче обычно ис
пользуются различного типа упоры> устанавливаемые в съемнике, и упорные шпильки (см. рис. 9.4).
7.6.	КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ОТШТАМПОВАННЫХ ДЕТАЛЕЙ И ОТХОДОВ
В штампах совмещенного действия для разделительных операций и в штампах для формоизменяющих операций возникает необходимость выталкивать отштампованную деталь или
266
Глава 7. Основы конструирования штампов
отход из матрицы. Для этих целей используют выталкивающие устройства различных конструкций.
Современное листоштамповочное оборудование снабжается механическими, пневматическими или гидравлическими выталкивающими устройствами, встроенными в ползун (и стол) пресса и создающими усилие выталкивания.
Совокупность деталей, обеспечивающих выталкивание, как правило, не образует самостоятельной сборочной единицы, однако в структуре штампа эту совокупность целесообразно
Рис. 7.29. Схема выталкивания отштампованного изделия из штампа совмещенного действия на прессе с механическим выталкивающим устройством
выделить как функциональ-
ный узел. На рис. 7.29 приведена схема выталкивания отштамг
пованного изделия из разделительного штампа совмещенного действия на прессе с механическим выталкивающим устройством, выполненного в виде планки 1, расположенной в пазу ползуна 2 пресса и подвешенного к нему на пружинах 3. В момент начала выталкивания, показанного на рис. 7.29, а, планка выталкивателя пресса упирается в неподвижные упоры 4, установленные на станине пресса, и останавливается. Останавливаются и связанные с планкой выталкивателя детали штампа — толкатель 5, траверса 3, толкатели 7 и выталкиватель 3, в то время как другие детали штампа — матрица 9, пуансонодер-жатель 10, плитка подкладная 11, плита верхняя 12, пуансон 13 — вместе с ползуном пресса продолжают двигаться вверх, в результате чего происходит выталкивание изделия 14 из матрицы (рис. 7.29, б).
На рис. 7.29 элементы штампа и пресса, обеспечивающие выталкивание (1, 4, 6, 3, кроме цилиндрических толкателей 5 и 7) заштрихованы, а прочие детали изображены тонкими линиями в виде обстановки.
Государственными стандартами регламентированы формы и размеры некоторых видов траверс (рис. 7.30), во многих случаях проектируют и нестандартные траверсы в зависимости от формы штампуемой детали и расположения элементов конструкции штампа.
7.6.	Конструктивные исполнения устройств для удаления отштампованных	267
деталей и отходов
Рис. 7.30. Стандартные формы траверс узлов выталкивания: а) круглая; б), в) трехопорная; г) четырехопорная
В тех случаях, когда для выталкивания оказывается сложно использовать выталкивающее устройство пресса, усилие выталкивания создают с помощью пружин.
Вытолкнутые из матрицы отштампованные детали удаляют из рабочей зоны штампа или сжатым воздухом, или специальными устройствами, встроенными в пресс или штамп.
Съем отштампованных деталей и отходов с пуансонов в разделительных штампах осуществляется с помощью съемников. Некоторые конструктивные исполнения съемников были рассмотрены в п. 2.7.
Отходы от пробивки обычно проталкиваются через матрицу под нижнюю плйту штампа (см. рис. 9.4). Дальнейшее удаление отходов зависит от расположения пробиваемых отверстий относительно центрального отверстия в столе (подштамповой плите) пресса. Если пробиваемые отверстия располагаются над отверстием в подштамповой плите пресса, то отходы удаляют через это отверстие под стол пресса, где их собирают в тару или выносят дальше с помощью транспортера. Если удалить отходы через центральное отверстие в подштамповой плите пресса не удается, то в нижней плите штампа на всю ее ширину выполняют нишу, закрывают ее пластиной и удаляют отходы из этой нишы с помощью сжатого воздуха (см. рис. 9.6). В крупный штампах, имеющих большую толщину нижней плиты, в подобную нишу может быть установлен лоток для сбора отходов.
268
Глава 7. Основы конструирования штампов
\ 7-7- БУФЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Для создания сил прижима, съема, выталкивания в штампах широко применяются различного типа пружины, а также специальные устройства, называемые буферными, силовыми элементами в которых являются пружины.
Наибольшее распространение в штампах получили цилиндрические пружины сжатия с круглым сечением проволоки.
В большинстве случаев конструктор штампа определяет требуемые параметры пружин, используя данные отраслевых или государственных стандартов (ГОСТ 18793—80).
Пружины устанавливаются в штамп с предварительным сжатием так, чтобы в результате этого сжатия пружины создавали требуемую технологическую силу (съема, прижима и т. п.). Величина предварительного сжатия F1 обычно составляет (0,4—0,7)F3, где F3 — предельное сжатие пружины до соприкосновения витков, за которым нарушается линейный характер характеристики пружины (рис. 7.31).
В результате рабочего хода допускается сжатие пружины до величины F2, на 10—15% меньшей предельного сжатия F3, с учетом переточки штампа, а также возможную неточность наладки пресса.
Таким образом, при выполнении технологической операции пружина может быть сжата на величину Hrab = F2 - Fx. Тогда г2=л(1 + ^),
где НгаЪ — величина рабочего хода подвижной части штампа.
Рис. 7.31. Схема деформации цилиндрической пружины сжатия: а) исходное положение; б) предварительное сжатие; в) наибольшее технологическое сжатие; г) диаграмма «деформация— усилие»
269
7.7.
Конструктивные исполнения устройств для удаления отштампованных
деталей и отходов
Учитывая линейный характер характеристики пружины, можно определить величину наибольшей силы, развиваемой пружиной в конце рабочего хода:
Р2 = РХ(1 + ^),
где — сила пружины в состоянии предварительного сжатия.
По величине Р2 по таблицам стандартов определяются размеры пружины: диаметр Р, диаметр проволоки d, шаг t, длина в исходном состоянии HQ (см. рис. 7.31, а), а по величине F2 — необходимое число витков пружины.
В разделительных штампах совмещенного действия за счет пружин обычно обеспечивается съем заготовки с пуансона-матрицы. Величина рабочего хода в разделительных операциях невелика, поэтому предварительное сжатие пружины может быть принято большим. Принимая, например, F± = 0,7F3, F2 = 0,85Р3 и НгаЬ = (S + 1), получим
Г2=7,7(8Н)иР2 = 1,2^,
где S — толщина штампуемого материала; Рс — расчетная сила съема; п — количество пружин съемника.
В штампах для выполнения формоизменяющих операций, наоборот, величина рабочего хода может быть значительной, например, при вытяжке она равна глубине вытягиваемой детали, поэтому предварительное сжатие пружин целесообразно назначать минимальным.
Принимая, например, F± = 0,4Р3 и Р2 = 0,9Р3, получим
F2 = 2,2Hrab и Р2 = 2,25^,
где Рпр — расчетная сила прижима, необходимая для выполнения операции.
Другим широко применяемым в штампах видом пружин являются пружины из эластичных материалов: резины и полиуретана. Методика расчета параметров таких пружин (рис. 7.32) имеет следующие особенности:
— наибольшее сжатие пружины не должно превышать 30% от ее начальной высоты, т. е. F3 = О,ЗНо;
,— предварительное сжатие рекомендуется назначать, в пределах Fx = (0,1—О,15')Но, а наибольшее сжатие в конце рабочего хода составляет F2 = О,25Но;
270
Глава 7. Основы конструирования штампов
Рис. 7.32. Схема деформации буфера из эластичного материала:
а) исходное состояние; б) предварительное сжатие; в) наибольшее технологическое сжатие; г) диаграмма «деформация—усилие»
— размеры пружины в плане определяются исходя из ее необходимой полезной площади
где qe— удельная сила, развиваемая пружиной при соответствующей относительной деформации ее сжатия (см. табл. 7.5).
Таблица 7.5. Удельная сила резиновых пружин
в зависимости от степени сжатия
Относительная деформация сжатия е, %	Удельная сила qz (МПа) при твердости резины по Шору	
	50 ±4	60 ±4
5	25	35
10	50	75
15	75	125
20	120	170
25	150	225
30	180	275
Учитывая, что F2 - F± = Hrab, получим, что высота пружины в свободном состоянии HQ = 10Hrab, поэтому пружины из эластичных материалов применяют в основном при разделительных операциях, когда величина рабочего хода невелика.
7.7.
Конструктивные исполнения устройств для удаления отштампованных
деталей и отходов
271
Рис. 7.33. Схема буфера с эластичными пружинами: 1 — пружина; 2 — прокладка; 3 — шайба верхняя; 4 — шайба нижняя; 5 — шток; 6,7 — гайки (Lq — высота буфера в исходном состоянии; h2 — наибольшая деформация буфера)
Если необходимо получить значительный рабочий ход при использовав нии пружин из резины или полиуретана, то такой буфер составляют из нескольких пружин, разделенных ме- j таллической прокладкой (рис. 7.33). о
При расчете пружин из полиуретана необходимо учитывать, что удельная сила, развиваемая полиуретаном, в 2—2,5 раза больше удельной силы, развиваемой резиной при тех же значениях относительной деформации сжатия.
Часто оказывается удобным буферные пружины располагать не в самом штампе, а выносить их в виде специального узла за пределы штампа.
На рис. 7.34 приведены некоторые конструкции таких буферов, прикрепляемых к нижней плите штампа и располагаемых в центральном от-
верстии стола пресса. Если одновременно требуется удалять отходы штамповки напровал под стол пресса, то буфер собирают на трубчатом штоке (см. рис. 7.34, б).
Рис. 7.34. Схемы установки буферов:
а) буфер, собранный на сплошном штоке; б) буфер, собранный на трубчатом штоке; в) буфер, установленный в держателе (1 — нижняя плита штампа;
2 — подштамповая плита пресса)
272
Глава 7. Основы конструирования штампов
Буфер может быть установлен и независимо от штампа с использованием специального держателя в подштамповой плите пресса (см. рис. 7.34, в).
Средние и крупные прессы снабжаются пневматическими, гидропневматическими и гидравлическими буферными устройствами, встроенными в стол, а в крупных прессах — ив ползун пресса. В технической характеристике прессов, оснащенных буферными устройствами, указывается наибольшая сила, развиваемая буфером, и его наибольший рабочий ход.
7-8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА ДАВЛЕНИЯ ШТАМПА
Центром давления штампа называют точку приложения равнодействующей всех действующих в нем сил. Для нормальной работы штампа необходимо, чтобы ось ползуна пресса (ось хвостовика, если он имеется в штампе) проходила через центр давления. В противном случае активная сила, развиваемая прессом и действующая по оси ползуна, и реакция стола пресса, приложенная в центре давления, образуют пару сил с соответствующим изгибающим моментом, вследствие чего может возникнуть перекос пуансонов относительно матрицы, несимметричность зазора, повышенный износ направляющих’узлов штампа и ползуна пресса, а в крайних случаях — и поломка штампа.
Определение положения центра давления наиболее важно для сложных вырубных, многопуансонных пробивных штампов и штампов последовательного действия для разделительных и формоизменяющих операций.
Координаты центра давления могут быть определены с помощью известной теоремы теоретической механики, утверждающей, что момент равнодействующей некоторой системы сил относительно выбранной оси равен сумме моментов сил, составляющих систему, относительно этой оси:
п
RXq = X i = l
п
при этом R = Е Pi9 где х0, yQ — координаты центра давления от-i = l
носительно выбранных осей, xz, yt — координаты точек приложения отдельных сил Pz.
7.8.
Определение положения центра давления штампа
273
В разделительных штампах сила деформирования распределяется по границам разделяемых контуров и пропорционально их периметру:
Л = %р^г, поэтому координаты центра давления могут быть определены по формулам:
п	п
хо~ i , ’Уо~ д ]
2* f't	- 2* t't
где — длина рассматриваемого участка контура разделения; xz, yt — координаты центра тяжести этого участка контура.
В тех случаях, когда штамп не удается расположить на столе пресса так, чтобы ось ползуна пресса проходила через центр давления штампа, необходимо уделить особое внимание обеспечению жесткости базовых деталей штампа и его направляющих узлов.
7.9.	ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ШТАМПОВКИ
7.9.1.	Система условных обозначений оборудования
Проектиррвайие штампа должно выполняться с учетом технологических возможностей и параметров технической характеристики оборудования.
Для листовой штамповки используются кривошипные прессы простого и двойного действия, автоматизированные комплексы на базе кривошипных прессов, многопозиционные листоштамповочные прессы-автоматы, гидравлические прессы и другое оборудование.
Характерные признаки видов прессов отражаются в их обозначениях.
В соответствии с конструктивными особенностями все прессы объединены в серии, подразделяющиеся на виды.
Обозначение всех видов кривошипных прессов начинается с буквы К. Имеются серии прессов К, КД, КА и т. д., при этйм конструкция прессов серии К является базовой, а серии КД и КА отличаются от базовой конструктивным исполнением.
Все серии прессов-автоматов обозначаются буквой А, гидравлические прессы — буквой П.
274
. Глава 7. Основы конструирования штампов
Для заготовительных операций обработки листовых материалов используются ножницы (Н) — листовые, дисковые, вы-сечные и другие.
После буквенного обозначения серии пресса следует четырехзначное обозначение его вида и силовой характеристики. Первые две цифры, следующие за обозначением серии, отражают дополнительную конструктивную особенность соответствующего вида прессов. Например, однокривошипные не наклоняемые одностоечные прессы простого действия с передвижным столом и рогом имеют обозначение К14 или КД 14 в зависимости от серии, однокривошипные ненаклоняемые двухстоечные прессы с неподвижным столом — соответственно К21 и КД21, однокривошипные наклоняемые двухстоечные прессы с неподвижным столом — К23 и КД23.
Две цифры, следующие за обозначением вида пресса, условно характеризуют его основной параметр. Для прессов в качестве основного параметра принимается номинальная сила, для ножниц — наибольшая толщина разрезаемого материала. Размерность числового значения основного параметра не влияет на его обозначение. Обозначения, принятые для наиболее распространенных значений основного параметра, приведены в табл. 7.6.
Таблица 7.6. Условные обозначения числовых значений основного параметра кузнечно-прессовых машин
Числовые значения параметра	Обозначение	Числовые значения .параметра	Обозначение	Числовые значения параметра	Обозначение
1,6	12	.31,5	25	630	38
2,5	14	40	26	1000	40
3,15	15	63	28	1250	41
4,0	16	100	30	1600	42
6,3	18	125	31	2000	43
10,0	20	160	32	2500	44
12,5	21	200	33	3150	45
16,0	22	250	34	4000	46
20,0	23	315	35	6300	48
25,0	24	400	36		
7.9.
Выбор оборудования для штамповки
275
Буква, следующая за последними двумя цифрами, обозначает конструктивную разновидность машины — ее модификацию в группе машин данного вида.
В целом, например, однокривошипный наклоняемый двухстоечный пресс простого действия с неподвижным столом и силой 63 тс (630 кН) имеет обозначение КД2328 (КД2328Г,1 КД2328Е), кривошипные листовые ножницы с наклонным ножом для резки металла толщиной до 1 мм имеют обозначения — Н3312 (НБ3312, НД3312Г) и т. д.
7.9.2.	Технологические параметры прессов для листовой штамповки
Наиболее часто для листовой штамповки применяются кривошипные прессы.
Исполнительный механизм кривошипных прессов (см. рис. 7.35, а) образуют кривошип 4, вращающийся с постоянной угловой скоростью относительно оси 5 коленчатого (эксцентрикового) вала, шатун 3 и ползун 2, совершающий возвратно-по-
а)	_ -L
Рис. 7.35. Кинематическая схема (а) и график рабочей нагрузки кривошипного пресса (б)
276
Глава 7. Основы конструирования штампов
ступательное движение в направляющих, установленных на станине пресса. К ползуну крепится верхняя часть штампа, к столу 1 — нижняя.
Относительно стола ползун имеет два крайних положения — нижнее (К. Н. П.) и верхнее (К. В. IL). Расстояние между этими положениями, которое ползун проходит за время половины оборота кривошипа, равное удвоенной длине шатуна ОА, составляет ход ползуна Ло. Ход ползуна пресса можно регулировать от наибольшего значения Лтах до наименьшего ftmin за счет изменения положения эксцентриковой втулки, посаженной на эксцентриковый вал пресса.
Расстояние между столом и ползуном при его крайнем нижнем положении называют закрытой высотой пресса. Закрытую высоту пресса можно регулировать путем изменения длины шатуна АВ за счет винтовой пары 6, а в прессах с подвижным столом — и за счет изменения положения стола. В технической характеристике прессов приводится так называемая номинальная закрытая высота Н, соответствующая наименьшей длине шатуна, нижнему положению стола и наибольшему ходу ползуна.
На стол пресса обычно устанавливается подштамповая плита (поз. 5, рис. 7.36, а) толщиной Нпл.
Названные выше параметры пресса определяют максимальную и минимальную закрытую высоту штампа, который может быть установлен на данный пресс:
Нш тах = н - Нпл + 1/2(йтах - йт1п),
^Штт = ^-^пл-Аш-Ас.
где Аш и Ас — диапазоны регулировки длины шатуна и положения стола пресса.
В прессах с постоянным ходом ползуна и неподвижным столом пределы изменения закрытой высоты штампа определяются только возможностями регулировки длины шатуна:
ншюах = н-нпл,
Особенность кривошипных прессов состоит в том, что допускаемая нагрузка на ползун, определяемая прочностью элементов привода, зависит от угла а поворота кривошипа и соответственно — от текущего перемещения ha ползуна. Для каждого
7.9.
Выбор оборудования для штамповки
277
пресса строится график допускаемых сил на ползуне, который вносится в паспорт пресса.
Наибольшая сила, которой без нарушения прочности деталей пресса может быть нагружен ползун, называется Номинал ь-ной силой пресса Рн.
Номинальная сила является основным параметром кривошипных прессов.
Типовой график изменения допускаемой нагрузки на ползун в зависимости от его перемещения приведен на рис. 7.35, б.
Основные технологические и эксплуатационные параметры кривошипных прессов как с неподвижной, так и с наклоняемой станиной (см. рис. 7.36, а, б) используют при проектировании
Рис. 7.36. Эскиз мест крепления штампов открытого кривошипного пресса:
1 — станина пресса; 2 — ползун; 3 — стол пресса; 4 — вкладыш ползуна;
5 — подштамповая плита; 6 — планка выталкивателя
278
Глава 7. Основы конструирования штампов
Вид Б
Рис. 7.37. Эскиз мест крепления штампов закрытого кривошипного пресса
технологических процессов и штампов, помимо номинального усилия и закрытой высоты, приведены в табл. 7.7.
При проектировании штампов, эксплуатируемых на закрытых прессах, помимо параметров, определенных в табл. 7.7, необходимо учитывать расположение и размеры отверстий под толкатели в подштамповой плите и ползуне (рис. 7.37). Координаты и размеры отверстий под толкатели приводятся на эскизах подштамповой плиты и ползуна в паспорте пресса.
7.9.
Выбор оборудования для штамповки
279
Таблица 7.7. Основные технологические и эксплуатационные параметры кривошипных прессов
Параметр	Определение	Примечание
Технологические параметры		
Номинальная сила Рн,кН	Наибольшая сила, которая может быть приложена к ползуну без нарушения прочности пресса	
Номинальная закрытая высота Н, мм ч	Наибольшее расстояние между столом и ползуном в нижнем положении ползуна при наибольшем ходе	
Допускаемая сила при заданном расстоянии ha ползуна до К. Н. П.	Наибольшая сила на ползуне при его расстоянии ha до крайнего нижнего положения	Устанавливаются по графику допускаемых усилий на ползуне из паспорта пресса
Расстояние ha ползуна от К. Н. П., при котором задается допускаемое усилие		
Ход ползуна, мм: — наибольший Лтах — наименьший	Расстояние между верхним и нижним положениями ползуна	
Диапазон регулировки закрытой высоты мм	Разность между наибольшей и наименьшей длиной шатуна	Определяет пределы высоты устанавливаемого штампа
Толщина подштамповой плиты		
Частота движения ползуна п, 1/мин	Число двойных ходов (вниз и вверх) ползуна в минуту в режиме непрерывных ходов	Определяет производительность пресса
Расстояние между стойками в свету Lc	Наименьшее расстояние между стойками станины	Указывается для открытых двухстоечных и закрытых прессов
280
Глава 7. Основы конструирования штампов
Окончание табл. 7.7
Параметр	Определение	Примечание
Угол наклона станины а, град.	См. рис. 7.36, б	Наклон станины используется для упрощения удаления отштампованных деталей и отходов
Технологическая работаА, кДж	Работа, которую способен выполнить пресс за один рабочий ход	
Размеры мест установки штампов
Размеры стола в плане: слева направо Ас спереди назад Вс		Размеры подштамповой плиты равны размерам стола
Размеры отверстия в подштамповой плите (см. рис. 7.36): в верней части Впл в нижней части с/пл		Определяет габаритные размеры встраиваемого в стол буферного устройства
Размеры ползуна: слева направо Апз спереди назад Впз		Определяют наибольшие размеры верхней плиты штампа
Размеры центрального отверстия в ползуне для крепления верхней части штампа dn3		В закрытых прессах отверстие используется для установки штампа по оси ползуна
Эксплуатационные параметры		
Габаритные размеры пресса, мм: слева направо Ас спереди назад Вс		
Значения технологических параметров некоторых групп прессов приведены в табл. 7.8 и 7.9.
7.9.
Выбор оборудования для штамповки
281
Таблица 7.8. Основные технологические параметры; однокривошипных ненаклоняемых двустоечных
Модель	р.' кН	Н, мм	Ход ползуна, мм		it	Нпл, мм	^тах’ 1/мин	а, град.	Л-кДж
			^шах	^min					
К2114	25	150	30	4	/25	25	200	—	0,014
КД2114	25	180	36	4	32	36	200	—	0,014
К2116Б	40	160	45	—	32	32	320	—	
КД2118	63	200	50	5	40	40	150	—	0,056
КД218А	63	200	50	5	40	40	150	—	
КД2120	100	200	50	5	40	32	120	—	0,12
КД2120Е	100	200	50	5	45	65	180	—	0,12
КД2122	160	220	55	5	45	40	120	—	0,22
КД2122Е	160	220	55	5	45	70	180	—	0,22
К2124	250	250	65	10	55	50	120	—	
КД2124	250	250	65	5	55	50	120	—	0,42
КД2124Г	250	280	80	5	55	75	100	—	0,42
КД2124Д	250	340	80	5	55	75	175	—	0,81
КД2124Е	250	250	65	5	55	75	160	—	0,42
КД2126	400	280	80	10	65	65	100	—	0,90
КД2126А	400	280	80	10	65	65	70	—	1,75
КД2126Г	400	300	90	10	80	80	140	—	0,90
КД2126Д	400	340	90	10	80	80	71	—	1,75
КД2128	630	340	100	10	80	80	90	—	
КД2128Г	630	340	100	10	85	85	125	—	1,75
КД2128Д	630	340	100	10	85	85	125		1,75
К2130	1000	400	130	25	100	100	80	—	7,0
К2130А	1000	400	130	25	100	100	40	—	7,0
К2130Б	1000	400	130	25	100	100	80	—	7,0
К2130Г	1000	400	130	10	100	100	56	—	7,0
КД2130	1000	400	130	25	100	100	95	—	5,0
КЕ2130	1000	400	130	10	100	100	100	—	5,0
К2132	1600	480	160	25	120	120	70	—	14,0
К2132А	1600	480	160	25	120	120	50	—	14,0
КВ2132	1600	480	160	25	120	120	71	—	14,0
КО 134	2500	550	200	' —	140	140	32	—	20,0
К2234	2500	500	200	—	140	140	35	—	20,0
282
Глава 7, 'Основы конструирования штампов
открытых прессов простого действия снеподвижным столом
А> ММ	Вс,мм	</пл, ММ	£>пл, мм	Дв.ММ	•Вдз.мм	dn3, мм	Lc> мм
t260	170	50	70	110	80	25	120
280	180	50	70	120	95	25	130
280	180	50	120	95	95	25	130
360	280	60	120	170	145	32	1401
360	280	60	120	170	145	32	140
360	240	60	80	195	162	32	170^
360	240	60	80	195	162	32	160
360	240	60	150	220	190	40	120
360	240	60	150	220	190	40	200
520	340	100	130	190	245	40	240
500	340	100	130	280	225	40	240
560	420	100	130	355	235	40	240
630	460	100	130	355	235	40	240
500	340	100	130	280	225	40	240
600	400	100	130	350	285	50	290
600	400	100	130	350	285	50	280
630	460	100	130	400	285	50	280
710	580	100	130	400	285	50	280
710	480	140	170	370	310	< 50	340
800	500	140	170	450	310	50	340
710	480	140	170	370	310	50	340
850	560	200	240	330	295	60	400
850	560	200	240	330	295	60	400
850	560	200	240	330	275	60	400
850	560	200	240	450	285	60	400
850	560	200	240	450	285	60	400
950	630	200	240	450	410	60	400
1000	670	200	240	560	460	. 75	480
1000	670	200	240	560	460	60	480
1000	670	200	240	568	480	75	480
1120	750	200	240	930	730	100	480
1120	750	200	240	860	570	75'	500
7.9. Выбор оборудования для штамповки
283
Таблица 7.9 Основные технологические параметры однокривошипных наклоняемых двухстоечных
Модель	Рн, кН	Н, мм	Ход ползуна, мм		Дш. мм	Ния, мм	Птах» 1/мин	а, град.
			^тах	^min				
КД2318	63	200	50	5	40	45	150	30
КД238А	63	200	50	5	40	45	150	30
КД2320	100	200	50	5	40	32	170	30
КД232ОЕ	100	200	50	5	40	65	120	30
К2322	160	220	55	5	45	71	120	30
КД2322	160	220	55	5	40	40	120	30
КД2322Е	160	220	55	5	55	70	180	30
К2324	250	250	65	10	55	50	120	3
КД2324	250	250	65	5	55	50	75	30
КД2324А	250	250	80	5	55	75	100	30
КД2324Г	250	280	80	5	55	75	100	30
КД2324Е	250	250	65	5	55	75	160	, 30
КД2326	400	280	80	10	65	65	100	30
КД2326А	400	280	80	10	65	65	70	30
КД2326Г	400	300	90	10	65	80	70	30
КД2326Е	400	280	80	10	65	80	70	30
КД2328	630	340	100	ю	80	80	90	30
КД2328Г	630	340	100	10	80	85	125	30
КД2328Е	630	340	100	10	88	85	125	30
КД2330	1000	400	130	25	100	100	95	30
КА2330	1000	400	130	—	100	100	100	30
КБ2330	1000	400	130	—	100	100	95	30
К2332	1600	480	160	25	160	120	50	30
КА2332	1600	480	160	—	120	120	50	—
284
Глава 7. Основы конструирования штампов
открытых прессов простого действия ^неподвижным столом
А, кДж	Ас, мм	Вс, мм	<*ПЛ, мм	^ПЛ» ММ	Дхз>мм	Впа, мм	^пз’ 1/мин	Ьо. град.
0,056	360	280	60	180	170	145	32	140
0,056	360	280	60	80	170	145	32	140
0,12	360	240	60	80	195	162	32	170
0,12	360	240	60	80	195	162	32	160
0,22	420	280	80	ПО	220	190	40	220
0,22	42	28	8	11	220	190	40	220
0,22	360	240	60	150	220	190	40	200
0,42	50	340	100	130	290	245	40	240
0,81	500	340	100	130	280	225	40	240
0,42	560	340	100	130	280	255	40	240
0,42	560	420	100	130	355	235	40	240
0,42	500	340	100	130	280	225	40	240
0,90	600	400	100	130	350	285	50	290
1,75	600	400	100	130	350	285	50	280
0,90	630	460	100	130	400	285	50	280
0,90	600	400	100	130	350	285	50	280
1,75	710	480	140	170	370	310	50	340
1,75	800	560	140	170	450	310	50	340
1,75	710	480	140	170	3700	310	50	340
7,0	850	560	200	240	400	390	60	400
7,0	850	560	200	240	400	415	60	400
7,0	850	560	200	240	400	405	60	400
14,0	1000	670	200	240	520	470	75	480
14,0	1000	670	200	240	520	460	75	480
7.9. Выбор оборудования для штамповки
285
7.9.3.	Основные принципы выбора оборудования
При выборе пресса исходят из следующих соображений:
	номинальная сила пресса должна быть больше силы, необходимой для выполнения технологической операции;	>
	закрытая высота штампа должна находиться в пределах из-менения закрытой высоты пресса;	<
	величина хода ползуна и технологическая работа пресса должны быть достаточными для выполнения технологической операции;
	габаритные размеры стола и ползуна должны давать возможность установки и закрепления штампа;
	параметры пресса должны позволять рационально организовать подачу заготовки, удаление отштампованной детали и отходов;
	частота ходов пресса и его производительность должны соответствовать условиям производства;
	условия работы на прессе должны отвечать требованиям тех-никц безопасности и охраны труда рабочего.
Допускаемая величина силы, которой может быть нагружен кривошипный пресс, переменна на протяжении хода ползуна. Наибольшую (номинальную) силу кривошипный пресс допускает на сравнительно небольшом участке хода ползуна, называемом номинальным недоходом до К. Н. П. (см. рис. 7.35, а) и составляющим 5—7% от полного хода ползуна Ло. По этой причине выбор кривошипного пресса по требуемой технологической силе возможен только для операций, в которых наибольшее рабочее нагружение осуществляется при положении ползуна, близком к крайнему нижнему. К таким операциям относятся, например, разделительные операции (см. рис. 7.35, б).
Сила пресса, необходимая для выполнения разделительных технологических операций, определяется следующим образом:
Лтр =	+
где k3— коэффициент загрузки пресса по усилию (при работе пресса на единичных ходах fe3 = 1,25 и k3 = 1,5 — при работе пресса йа автоматических ходах); Рт— технологическая сила, рассчитываемая по соответствующим формулам; РБ— сила сжатия буфера (если в штампе используется буфер для создания силы прижима или выталкивания).
Выбирают пресс с номинальной силой Рн, ближайшей большей расчетной силы Рпр.
286
Глава 7. Основы конструирования штампов
Рис. 7.38. Кривые нагружеция кривошипного пресса при выполнении технологических операций: 1 — вытяжка; 2 — совмещенная вырубка и вытяжка; 3 — гйбка с правкой
Для выполнения формоизменяющих операций (вытяжки, гибки и др.) требуется значительная величина хода ползуна пресса. Например, для вытяжки величина хода ползуна пресса обычно берется в 2,5 раза больше высоты вытягиваемой детали для того, чтобы обеспечить удобство установки заготовки и удаление готовой детали. Наибольшая сила деформирования возникает при недоходе ползуна до
К. Н. П., равном (0,15—О,2О)Ло, когда допускаемая сила на ползуне в 2—3 раза меньше номинальной (см. рис. 7.38, б), поэтому при выборе пресса только по технологической силе может быть его значительная перегрузка.
Перегрузка пресса может произойти и при совмещении разделительных и формоизменяющих операций, например, при совмещении вырубки заготовки и ее вытяжке (рис. 7.38, кривая 2), так как вырубка выполняется в самом начале технологического нагружения (рабочего хода) при большом недоходе ползуна до К. Н. П. Наоборот, при гибке с правкой (рис. 7.38, кривая 3) наибольшая сила возникает в конце рабочего хода и перегрузки пресса не будет.
Выбор пресса для формоизменяющих операций следует выполнять по необходимой величине хода ползуна и производить проверку нагружения пресса путем наложения графика рабочей нагрузки на кривую допускаемых сил на ползуне.
При использовании для штамповки гидравлического пресса его выбор можно производить по технологической силе, так как у гидравлических прессов допустимая сила на ползуне постоянна по всей длине хода.
После выбора пресса по основному технологическому параметру (силе или величине хода) необходимо проверить его прочие параметры па соответствие требованиям технического задания на проектирование штампа, а также учесть значения технологических параметров пресса в конструкции штампа (закрытую высоту пресса, размеры центральных отверстий в подштамповой плите и ползуне, расположение отверстий для толкателей и др.).
7.9.
Выбор оборудования для штамповки
287
ГЛАВА8
МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ И СТОЙКОСТЬ ШТАМПОВ
8.1.	ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР МАТЕРИАЛА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПУАНСОНОВ И МАТРИЦ ШТАМПОВ
Выбор материала для изготовления пуансонов и матриц штампов зависит прежде всего от объема производства. В настоящем параграфе приводятся рекомендации по выбору материалов для изготовления пуансонов и матриц штампов при среднесерийном, крупносерийном и массовом производстве. Материалы, применяемые для изготовления основных рабочих элементов штампов в мелкосерийном производстве, рассмотрены в гл. 14.
Основные рабочие элементы штампов — пуансоны, матрицы, пуансоны-матрицы — подвергаются ударному нагружению с сильной концентрацией нагрузок на рабочих кромках и истиранию рабочих поверхностей при высоких значениях давления в зоне контакта трущихся элементов. Поэтому общим требованием к материалам, предназначенным для изготовления пуансонов и матриц, является высокая прочность, износоустойчивость и возможно большая вязкость.
В настоящее время нет единого показателя (или системы показателей), определяющего преимущественное применение того или иного материала при конкретных условиях штамповки, поэтому рекомендации по выбору материалов для изготовления пуансонов и матриц штампов основаны на результатах экспериментальных исследований и анализа производственного опыта.
Наиболее широкое распространение для изготовления пуансонов и матриц штампов для листовой штамповки получили углеродистые и легированные стали, которые можно разделить по прокаливаемости на три группы:
1)	стали невысокой прокаливаемости (до 25 мм) — углеродистые инструментальные стали У8, У8А, У10, У10 А, У11, У11А;
8.1. Основные факторы, влияющие на выбор материала для изготовления 289
пуансонов и матриц штампов
2)	стали повышенной прокаливаемости (до 50 мм) — легированные стали ШХ9, ШХ15, 9Х, 9ХС, 9ХФ и др.;
3)	стали высокой прокаливаемости, износостойкие, малоде-формируемые при термообработке — легированные стали Х12Ф, Х12Ф1, Х12М, Х12, Х6ВФ и др.
Стали всех трех названных групп после термообработки позволяют получить примерно одинаковую твердость деталей — HRC 58—62, однако область применения сталей разных групп различна и определяется, главным образом, их прокаливаемо-стью.
Применение сталей первой группы ограничивается пуансонами и матрицами простой формы толщиной или диаметром до 25 мм.
При применении этих сталей для пуансонов и матриц больших сечений после термообработки сохраняется незакаленная сердцевина с пониженной твердостью. Вследствие неоднородности структуры возникают значительные термические напряжения, приводящие к искажению размеров деталей после термообработки и необходимости трудоемкой доводки этих размеров.
Стали второй группы позволяют изготавливать пуансоны и матрицы толщиной до 40 мм.
Высокохромистые стали высокой прокаливаемости применяют для изготовления пуансонов и матриц больших сечений и сложной формы.
Стали одной группы имеют некоторые различия по механическим свойствам'после закалки. Например, сталь Х12Ф1 несколько пластичней сталей Х12Ф и Х12М, но сталь Х12М имеет несколько большую твердость и износостойкость.
Следует иметь в виду, что стали третьей группы наряду с достоинствами обладают и. определенными недостатками, а именно: повышенной карбидной неоднородностью, которая может стать причиной выкрашивания рабочих кромок, высокой температурой закалки (1020—1090 °C) и чувствительностью к возможным колебаниям температуры закалки.
По названным причинам технология обработки высокохро-мистых инструментальных сталей усложняется. В частности, для снижения карбидной неоднородности заготовки из этих сталей перед механической обработкой обычно подвергают ковке.
290
Глава 8. Материалы деталей и стойкость штампов
Кроме размеров и формы пуансонов и матриц на выбор марки материала для их изготовления влияют: вид штамповочной операции, марка, механические свойства и толщина штампуемого материала.
Так, если для вырубки и пробивки деталей простой формы из малоуглеродистых сталей, цветных металлов и их сплавов толщиной до 3 мм обычно используются углеродистые инструментальные стали У8А и У10А, то при штамповке деталей из среднеуглеродистых конструкционных сталей 45—50 той же толщины независимо от их формы пуансоны и матрицы изготавливают из высокохромистых сталей третьей группы.
Твердость пуансонов, прежде всего разделительных штампов, должна быть на две-три единицы меньше, чем твердость матриц, так как пуансон в штампе обычно бывает подвижным, он наносит удар по штампуемому материалу и в большей степени подвержен выкрашиванию. Кроме того, в случае поломки из-за соударения с матрицей пуансон бывает проще изготовить вновь.
При выборе материала для пуансонов й матриц нужно также учитывать технологичность их изготовления. Так, для пуансонов и матриц крупных размеров для формоизменяющих операций, в том числе для сложной вытяжки, применяют специальный хромоникелевый чугун, что позволяет получить их заготовки с помощью литья.
Дополнительные рекомендации по выбору материалов для изготовления пуансонов и матриц для конкретных условий штамповки приводятся в справочной литературе [24].
8.2.	ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ
РАБОЧИХ ЭЛЕМЕНТОВ ШТАМПОВ ИЗ ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
При массовом производстве штампованных деталей с целью повышения стойкости штампов для изготовления пуансонов и матриц применяют так называемые твердые сплавы — композиты, состоящие из частиц карбида вольфрама, спеченных в монолит с использованием кобальта в качестве связующего материала.
В штампах применяют вольфрамо-кобальтовые твердые сплавы марок ВК8ВК, ВК15ВК, ВК15ВС, ВК20ВС, ВК20УС*
8.2.	Особенности конструирования основных рабочих элементов штампов 291 из твердых сплавов
Первые две буквы в обозначении марки твердого сплава указывают на его химический состав (вольфрам, кобальт), следующее за ними число — процентное содержание кобальта, буква после цифры указывает способ восстановления вольфрама (в водороде или углероде), последняя буква характеризует величину зерен карбида вольфрама (С — среднезернистый, К — крупнозернистый).
Твердые сплавы обладают значительно большей твердостью и прочностью на сжатие, чем инструментальные стали. Например, сплав ВК15ВС имеет твердость HR А = 87, предел прочности на сжатие асж = 4300 МПа.
С другой стороны, спеченные твердые сплавы являются хрупкими материалами, плохо работающими на растяжение и изгиб (предел прочности сплава ВК15ВС при изгибе аи = 2000 МПа), поэтому основная особенность проектирования штампов с рабочими элементами, выполненными из твердого сплава, заключается в обеспечении высокой жесткости базовых деталей штампа, точности направляющих узлов, надежности удаления отштампованных деталей и отходов с тем, чтобы снизить до минимума растягивающие напряжения в рабочих элементах.
Повышенная жесткость и прочность плит достигается увеличением их толщины. В штампах с использованием твердых сплавов толщина плит обычно назначается в 1,5 раза большей, чем в штампах с пуансонами и матрицами, изготовленными из инструментальных сталей. Точное и надежное направление верхней части штампа по отношению к нижней достигается за счет применения направляющих узлов качения, как правило, трех или четырех.
Для компенсации неперпендикулярности перемещения ползуна относительно стола пресса используются плавающие хвостовики.
Твердосплавные матрицы, как правило, изготавливают в виде вставок, устанавливаемых с натягом в держатель и закрепляемых в нем различными способами.
Наиболее надежным и универсальным является механическое крепление. Цельные (монолитные) твердосплавные матрицы обычно устанавливают в обоймы с натягом. Запрессовку вставки можно производить как без подогрева, так и с подогревом державки.
292
Глава 8. Материалы деталей и стойкость штампов
Рис. 8.1. Схемы крепления твердосплавных матриц с натягом:
а) — матрица малого размера; б) матрица значительного размера (1 — матрица; 2 — промежуточная опора)
При изготовлении разделительных штампов можно получить надежное соединение, если посадочную поверхность вставки выполнить с уклоном а = 0,5—1° (рис. 8.1, а) и осуществить посадку с натягом 0,1—0,2 мм.
Матрицы малого диаметра обычно запрессовывают в несквозное отверстие державки. Матрицы значительных размеров запрессовывают в державку с использованием промежуточной опоры (рис. 8.1, б).
Горячую посадку применяют только в особых случаях и, глав
ным образом, при формообразующих операциях. В этих случаях производят нагрев державки до 300—400 °C.
Фиксация от поворота матриц из твердого сплава, как и матриц из инструментальных сталей, обеспечивается с помощью штифтов. При несложных формах штампуемых деталей матрицу изготавливают цельной и фиксируют одним штифтом (рис. 8.2, а), при сложном рабочем контуре — матрицу изготавливают секционной с установкой не менее двух штифтов на линиях разъема секций (рис. 8.2, б). Установка штифтов значительно упрощается, если к матрице из твердого сплава припаять металлические втулки (рис. 8.2, в).
Твердосплавные матрицы можно также надежно крепить одним из способов, показанных на рис. 8.3.
Рис. 8.2. Способы фиксации матриц от поворота
8.2.	Особенности конструирования основных рабочих элементов штампов 293
из твердых сплавов
Рис.8.3. Способы крепления матриц с помощью клиньев
Секции составных твердосплавных матриц крепят к держателю с помощью диффузионной сварки или специальных методов пайки, однако надежность паяных соединений в ряде случаев часто оказывается недостаточной.
Мелкие пуансоны выполняют целиком из твердого сплава и закрепляют в пуансонодержателе так же, как стальные пуансоны (рис. 8.4, а). Средние и крупные пуансоны изготавливают сборными, состоящими из стального держателе и твердосплавных вставок (рис. 8.4, б).
Основными методами обработки спеченных твердосплавных заготовок пуансонов и матриц являются профильное и координатное шлифование алмазными кругами и электроэрозия.
Качественно изготовленные и правильно эксплуатируемые штампы с твердосплавными рабочими элементами показывают в 30—50 раз большую стойкость, чем штампы со стальными пуансонами й матрицами. Однако стоимость изготовления твердосплавных штампов в несколько раз превышает стоимость сталь-
Рис. 8.4. Способы крепления пуансонов из твердого сплава:
а) цельный пуансон; б) составные пуансоны
294
(Глава 8. Материалы деталей и стойкость штампов
ных штампов вследствие высокой трудоемкости обработки и доводки рабочих элементов из твердых сплавов, а также высокой стоимости самих твердых сплавов.
Сравнительно невысокое сопротивление твердых сплавов изгибу иногда не позволяет изготавливать из них монолитные или надежно соединенные сборные тонкие пробивные пуансоны.
В таких случаях целесообразно сочетать твердосплавную матрицу с пуансоном из высоколегированной инструментальной стали, например, Х12М. Установлено, что при таком сочетании стойкость стального пуансона повышается в пять-шесть раз по сравнению с обычным вариантом, когда матрицу и пуансон изготавливают из инструментальной стали [38].
Объясняется такое явление тем, что, по данным исследований, наибольшая стойкость при разделительных операциях достигается при притупленной режущей кромке пуансона и острой кромке матрицы.
8.3-	МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БАЗОВЫХ, НАПРАВЛЯЮЩИХ, ФИКСИРУЮЩИХ, УДАЛЯЮЩИХ И ДРУГИХ ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ
Как уже отмечалось выше, конструкции и размеры многих деталей штампов регламентированы государственными стандартами, отраслевыми нормалями, стандартами предприятий. В этих случаях стандарты и нормали определяют предпочтительные марки материалов для изготовления этих деталей.
В табл. 8.1 приведены марки материалов, применяемых для изготовления различных деталей штампов.
Таблица 8.1. Марки материалов, применяемых для изготовления деталей штампов
Наименование детали штампа	Применяемые марки материалов /	Термообработка, твердость
Плиты блоков с направляющими узлами скольжения	СЧ25 Сталь ЗОЛ, 40Л СтЗ, Ст4	
Плиты блоков с направляющими узлами качения	Сталь 45 Сталь 40Л	
8.3.
295
Материалы для изготовления базовых, направляющих, фиксирующих,
удаляющих и других деталей штампов
Окончание табл. 9.1
Наименование детали штампа	Применяемые марки материалов:	Термообработка, твердость
Колонки направляющих узлов скольжения	Сталь 20	Цементация на глубину 0,8—1,2 мм, закалка НЯСэ 59...63
Втулки направляющих узлов скольжения	Сталь 20	Цементация на глубину 0,8—1,2 мм, закалка HRCs 55...59
Колонки направляющих узлов качения	ШХ15	Закалка HRC& 61...65
Втулки направляющих узлов качения	ШХ15	Закалка HRCs 59...63
Хвостовики неподвижные	Сталь 35	
Хвостовики плавающие	Сталь 45	HRCd 40...45
Пуансонодержатели, мат-рицедержатели	СтЗ, Сталь 35	
Съемники ненаправляющие	СтЗ	
Съемники направляющие	Сталь 45, 45Х	HRCq 42...46
Плитки подкладные, планки направляющие, толкатели, выталкиватели	Сталь 45	HRC& 42...46
Упоры к шаговым ножам Л	Сталь У10А	7£КСэ 57...61
Упоры прочие	Сталь 45	HRCz 42...46
Фиксаторы	Сталь У8А	#ВСэ51...55
Траверсы	Сталь 45	HRCa 42...46
Шпильки упорные	Сталь 35	
Пружины цилиндрические	Проволока классов I, II, ПА, стали 60С2А, 70СЗА, 65Г	НКСэ46...52 ННСэ 45...50 /
Клинья, ползушки	Сталь 45	HRCa 42...46
Штифты	Сталь У8	HRCs 45...50
Винты	Сталь 45	Закалка головки HRCa 42...46
296
Глава 8. Материалы деталей и стойкость штампов
8.4.	ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВ
Высокая стойкость штампов — основное условие рентабельной работы цехов холодной штамповки. Стойкость штампов в большой мере определяет точность и качество штампованных деталей, а также их себестоимость. Повышение стойкости штампов обеспечивает рост производительности труда и культуры производства в лйстоштамповочных цехах.
При крупносерийном и массовом объемах производства недостаточная стойкость штампов приводит к простоям высокопроизводительных и дорогостоящих прессов-автоматов, изготовлению большого числа штампов-дублеров, что отрицательно сказывается на себестоимости штампованных деталей.
Условия трения и износа основных рабочих деталей штампов (пуансонов и матриц) весьма специфичны и сложны. Различают, по крайней мере, пять видов износа деформирующего инструмента: адгезионный, диффузионный, абразивный, окислительный, усталостный. Все эти виды износа наблюдаются на вышедшем из строя инструменте, но с различной полнотой, поэтому прогнозирование износа инструмента на основании расчетных оценок невозможно без существенных допущений и соответствующего снижения точности этих оценок.
Стойкость штампов зависит от многих факторов, в том числе: химического состава, механических свойств и толщины штампуемого материала, конфигурации детали, конструкции штампа и вида штамповочной операции, материала и термообработки основных рабочих деталей штампа, состояния оборудования, состава технологической смазки и способа ее нанесения.
Учитывая сложность механизма износа основных рабочих деталей штампов и влияние на него большого числа факторов, средние нормативы стойкости штампов обычно устанавливают по результатам математической обработки опытно-статистических и экспериментальных данных.
Различают два показателя стойкости штампов: полную стойкость штампа, или так называемый полный установленный ресурс Тр, и стойкость между восстановительными ремонтами (переточками), называемую установленной безотказной наработкой Тб.
Полный установленный ресурс Тр измеряется количеством деталей, отштампованных до полного износа основных рабочих деталей, определяемого невозможностью их восстановления и
8.4i Прогнозирование стойкости штампов	297
получением постоянного брака штампуемых деталей, и определяется по формуле1
Т = С *Е *К •К •К
где Ср — номинальный ресурс, тыс. дет. (табл. 8.2); Кт — коэффициент, учитывающий толщину штампуемого материала (табл. 8.3); Кп — коэффициент, учитывающий прочность штам1 пуемого материала (табл. 8.4); Кк — коэффициент, учитывающий конструктивные особенности штампа (табл. 8.5); Км— коэффициент, учитывающий марку материала основных рабочих деталей штампа (табл. 8.6); п — число одновременно штампуемых деталей.
Установленная безотказная наработка Тб, измеряется количеством деталей, отштампованных между ремонтами и определяется по формуле
Т =С .К •К 'К •К 'п, б б vt vn	’
где Сб — номинальная наработка, тыс. дет. (см. табл. 8.2).
Таблица 8.2. Значения номинального ресурса Ср и номинальной наработки Сб (тыс. шт.)
Тип штампа	Номинальная наработка Сб	Номинальный ресурс Ср
Простого действия для вырубки	28	400
Простого действия для пробивки и отрезки	22	30(К
Последовательного действия для разделительных операций	20	285> <’
Последовательного действия для разделительных и формоизменяющих операций	14	200
Совмещенного действия для разделительных операций	15	210
Совмещенного действия для разделительных и формоизменяющих операций	10	14оГ
Гибочные	35	500
Вытяжные	25	350<
Формовочные	22	300 (/
г	?	' 1 ГОСТ 22472—87 (СТ СЭВ 3137—81). Штампы для листовой штамповки. Общие технические требования. Издательство стандар^ой. М., 1987.	,	;		
298	Глава 8. Материалы деталей и стойкость штам^'В|'
Таблица 8.3. Значения коэффициента Кт
Толщина штампуемого материала, мм	к.
до 0,2 включ.	0,8
св. 0,2 до 0,8	0,9
св. 0,8 до 1,2	1,0
св. 1,2 до 2,0	0,9
св. 2,0 до 3,5	0,8
вв. 3,5 до 5,0	0,6
вв. 5,0 до 7,0	0,5
Таблица 8.4. Значения коэффициента Кп
Штампуемый материал	Временное сопротивление разрыву ов, МПа	
Металл	до 200 включ.	1,5
	св. 200 до 360	1,2
	св. 360 до 520	1,0
	св. 520 до 900	0,8
	св. 900	0,6
Гетинакс, текстолит, фибра	—	1,15
Картон, бумага, кожа, асбест	—	1,25
Таблица 8.5. Значения коэффициента Кк
Конструктивные особенности штампа	
Штамп с клиновым приводом рабочих деталей	0,8
Штампы последовательного действия с числом шагов более двух или штампы с числом пуансонов более трех	0,8
Штампы для вырубки, пробивки контуров размерами более 500 мм	0,8
Штамповка отверстий, пазов, выступов и других элементов, размеры которых на рабочих деталях штампа меньше 1,5 толщины штампуемого материала	0,7
В штампах, рабочие детали которых имеют консольно расположенные элементы	0,7
В остальных случаях	1,0
8.4.
Прогнозирование стойкости штампов
299
Примечание: при наличии в одном штампе нескольких конструктивных особенностей применяется только один коэффициент Кк (минимальный).
Таблица 8.6. Значения коэффициента Км
Материал рабочих частей штампа	
Углеродистая инструментальная сталь	1,0
Легированная инструментальная сталь	1,25
Твердый сплав	12,0
Повышения стойкости штампов можно достичь различными способами: за счет правильного выбора материала для изготовления основных рабочих деталей штампов и режимов его термообработки; применения специальных смазочно-охлаждающих жидкостей; поверхностного пластического деформирования рабочих деталей штампов; применения различных методов химико-термической обработки; электроэрозионного легирования, лазерной термообработки, нанесения износостойких покрытий.
В работе [18] указывается, например, что при вырубке деталей из электротехнических сталей стойкость основных рабочих деталей штампов, изготовленных из стали Х12М, превышает стойкость тех же деталей из стали У10А — в 5,8 раза, из стали ХВГ — в 3,1 раза, из стали ШХ15 — в 2,9 раза.
Применение специальной технологической смазки при вырубке таких же деталей позволяет повысить стойкость штампов в 2—4 раза по сравнению с машинным маслом.
В результате химико-термической обработки также удается повысить стойкость штампов в несколько раз: при азотировании — в 1,5—3 раза; при борировании — до трех раз; при карбонитрации — в 1,7—4 раза; при ионной имплантации — до браз [18].
В настоящее время получили развитие различные способы создания на поверхности инструмента тонких твердых покрытий типа карбидов, нитридов, боридов титана и других металлов. Применение таких покрытий позволяет повысить стойкость штампов в среднем в три-четыре раза, а иногда — в 1^-сколько десятков раз [18].	4
300	Глава 8. Материалы Деталей И стойкость штам!
При выборе экономически рационального способа повышения стойкости штампа должна решаться комплексная задача выбора марки инструментальной стали и метода ее термической обработки, вида и способа нанесения смазочно-охлаждающей жидкости, способа нанесения и типа покрытия.
ГЛАВА9
ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ
9.1. ПРИМЕР РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ТИПОВОГО ШТАМПА ДЛЯ ВЫРУБКИ И ПРОБЙВКИ
Рассматриваемая в примере подлежащая штамповке деталь представлена на рис. 9.1. Форма детали предполагает наклонное расположение ее контура в полосе. Как показывает анализ вариантов раскроя (рис. 9.2), однорядный наклонный раскрой обеспечивает большее значение коэффициента раскроя по сравнению с другими вариантами. На рис. 9.2, г представлены размеры рабочей зоны штампа совмещенного действия для выбранного варианта раскроя.
Размеры рабочей зоны матрицы, толщина и марка штампуемого материала позволяют определить необходимую толщину матрицы (см. п. 7.3):
Нк = S + Кк Jl/+b~p + 7 = 21 мм.
Материал:
лист 1,5-ГОСТ 19904-90/ К260В-ГОСТ 16523-89 Точность размеров: Н14; hl4 + IT14 /2.
R7.5
Рис. 9.1. Эскиз детали
В штампах совмещенного действия в рабочем отверстии матрицы располагается выталкиватель (рис. 9.3), поэтому в верхней части матрицы должна быть предусмотрена полость для размещения фланца выталкивателя, предотвращающего выпадение выталкивателя из матрицы. Глубина этой полости определяется величиной перемещения выталкивателя при штамповке, толщиной его фланца и величиной зазора между верхней плоскостью выталкивателя и пуансонодержате-лем, который обеспечивает возможность переточки матрицы при ее износе.	”
302
Глава 9. Типовые конструкции штампе
Рис. 9.2. Варианты раскроя полосы:
а) однорядный наклонный, Кр = 0,576; б) однорядный прямой, Кр = 0,48; в) однорядный встречныйКр = 0,517; г) размеры рабочей зоны матрицы для выбранного варианта
Примем, что при штамповке вырубной пуансон заходит в матрицу на толщину материала (S = 1,5 мм). Тогда рабочее перемещение выталкивателя составит 3 мм, а полная толщина матрицы — 30 мм.
Используя формулы (7.1) и (7.2), определим необходимые размеры заготовки матрицы в плане, округляя их до ближайших значений стандартного ряда (см. табл. 7.2):
длина матрицы
LM = 1р + 2,5НМ = 149,3
—»160 мм;
ширина матрицы вм = Ьр + 2,5НМ = 160,1 —»160 мм.
Рис. 9.3. Схема пуансона-матрицы с выталкивателем:
1 — матрица; 2 — пуансон-матрица; 3 — выталкиватель; 4 — пуан-сонодержатель; 5 — толкатель
9.1.
Пример расчета и конструирования типового штампа для вырубки
и пробивки
303
Положим в основу конструкции стандартный прямоугольный в плане пакет штампа совмещенного действия (см. рис. 7.4) и стандартный блок с диагональным расположением направляющих узлов (см. рис. 7.8).
Размеры матрицы Нм, LM, Вм являются ключевыми для определения размеров деталей как пакета, так и блока.
Размеры деталей пакета штампа в плане совпадают с теми же размерами матрицы 1 (рис. 9.4).
Толщины держателей 4 и 5 составят 20 мм, толщина подкладной плитки 6—8 мм, толщина съемника 7—20 мм. Диаметр резьбы винтов & и 9 крепления пакета к блоку составит 12 мм, диаметр штифтов 10,11 — 10 мм.
Диаметр резьбы стандартных специальных винтов 12 съемника, обеспечивающих первоначальное сжатие буфера 13 и ограничивающих перемещение съемника вверх при обратном ходе верхней части штампа, составляет 10 мм.
Толщину эластичного буфера 13 в свободном состоянии примем равной 20 мм. В рабочем (сжатом) состоянии с учетом предварительного сжатия и рабочего хода, равного толщине штампуемого материала, толщина буфера составит 15,5 мм.
Высота пакета штампа составит (снизу вверх):
Нпак = 20 + 15,5 + 20 + 1,5 + 30 + 20 + 8 = 115 мм.
Для выбранных размеров пакета в плане в соответствии с ГОСТ 13111—80 толщина нижней плиты 14 составит 56 мм, толщина верхней плиты 15—50 мм, а закрытая высота штампа — 221 мм.
Диаметр направляющих колонок для выбранных размеров блока составит 32 мм.
Рассчитанные размеры штампа следует согласовать с технологическими параметрами пресса.
Сила вырубки и пробивки Р определяется по формуле (2.4). Приняв предел прочности штампуемого материала равным 330 МПа, получим
Р=138кН.
К усилию вырубки и пробивки необходимо прибавить усилие, развиваемое буфером в конце рабочего хода (см. п. 7.7). Площадь поверхности буфера можно определить по размерам пакета в плане за вычетом отверстий под пуансон-матрицу 2 и винты 12. буфера из резины при выбранных размерах паке-
304
Глава 9. Типовые конструкции штампов .
Пример расчета и конструирования типового штампа для вырубки
и пробивки
9.1.
305
та усилие, развиваемое буфером в конце рабочего хода, составит 28 кН.
Таким образом, технологическая сила составит Рт = 166 кН.
В соответствии с рекомендациями по выбору оборудования (см. п. 7.9) для штамповки данной детали достаточен пресс с нО-^ минальной силой 250 кН.
Выберем пресс ненаклоняемый двухстоечный с неподвижным столом модели, КД2124Г. Этот пресс имеет следующие тех-ио логические параметры:
	номинальная сила, кН	250
	расстояние между столом и ползуном при нижнем положении ползуна при наименьшей длине шатуна и наибольшем ходе (номинальная закрытая высота), мм 280
	величина регулировки закрытой высоты, мм	55
	толщина подштамповой плиты, мм	75
	величина хода, мм:
максимальная	80
минимальная	5
	размеры стола (подштамповой плиты) в плане, мм: слева направо	560
спереди назад	420
	диаметр отверстия в ползуне под хвостовик штампа, мм	40
	диаметр провального отверстия
в подштамповой плите, мм	100
Наибольшая и наименьшая высота штампа, который может быть установлен на пресс (см. п. 7.9.2), составят:
Я“ах = 280 - 75 + 1/2(80 - 5) = 242,5 мм;
H™in = 280 - 75 - 55 = 150 мм.
Таким образом, штамп с закрытой высотой, равной 221 мм, может быть установлен на выбранный пресс. Габаритные размеры штампа в плане (см. рис. 9.4) не превышают размеров стола пресса.
Для крепления верхней части штампа к ползуну пресса используем стандартный хвостовик 16 с фланцем и центральным отверстием под толкатель. При диаметре хвостовика 40 мм диаметр отверстия составляет 13 мм и, следовательно, диаметр толкателя 17—12 мм.
306
Глава 9. Типовые конструкции штампов
< Выталкивание отштампованной детали из матрицы будет выполняться с помощью
06
4 толкателя
контур флан-
1	oz»	цц пуансона
:щяталкивающего устройства 03о	>
[пресса (см. п. 7.6), Для осу- / ществления выталкивания не-	4^7
обходимо спроектировать тра-версу 18 и определить распо- „ „ -
Рис. 9.5. Возможная конструкция ложение промежуточных тол- траверсы кате лей 19. Диаметр толкателей 19 можно определить из условия, что их суммарная площадь сечений равна площади сечения центрального толкателя 17, т. е.
TtD2 nd2
4 ~П 4
где D— диаметр толкателя 17; d— диаметр толкателей 19*, п — число толкателей 17.
Принимая п = 4, получим d = тг = 6 мм. а
Траверсу 18 в плане можно выполнить подобной форме штампуемой детали, а толкатели 19 разместить по возможности симметрично (рис. 9.5). Размеры траверсы в плане следует установить так, чтобы толкатели 19 не пересекались с фланцем пуансона 3 для пробивки отверстия в детали (см. рис. 9.4). Толщину траверсы следует принять равной 10—12 мм. В верхней плите штампа необходимо предусмотреть полость, соответствующую форме и размерам траверсы.
Пуансон-матрица 2 крепится в держателе 5 с помощью переходной посадки и буртика. Высота пуансона-матрицы определяется в соответствии с размерами деталей нижней части пакета (держателя 5, буфера 13 при рабочем сжатии, съемника 7).
Для пробивки отверстия используется стандартный цилиндрический пуансон 3 (см. п. 2.7). Длина этого пуансона равна сумме толщин матрицы 1 и держателя 4.
Отход от пробивки удаляется через провальное отверстие в нижней плите под стол пресса в ящик для отходов.
Шаг штамповки фиксируется по стандартному утопающему упору 20. Направление полосы осуществляется с помощью стандартного цилиндрического упора 21 и направляющей шпильки 22 (см. п. 7.5).
94. Пример расчета и конструирования типового штампа для вырубки	307
и пробивки
Исполнительные размеры матрицы, пуансона-матрицы и пуансона для пробивки рассчитываются в соответствии с рекомендациями п. 2.8.	j
9.2.	ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ ДЛЯ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
На рис. 9.6 представлен штамп совмещенного действия для вырубки и пробивки детали «пластина» при однорядном раскрое и ручной подаче полосы.
Отличия конструкции данного штампа от штампа, рассмотренного в п. 9.1, обусловлены большей толщиной штампуемого материала, типом плит блока и эксплуатационными особенностями используемого технологического оборудования, хотя методика расчета размеров деталей штампа в целом остается такой же.
Значительная толщина штампуемого материала требует увеличения толщины деталей пакета штампа и блока для обеспечения прочности этих деталей.
Плиты блока изготавливаются из толстолистового проката, и предусмотрена иная по сравнению с примером п. 9.1 компоновка направляющих узлов блока. Так как плиты 7 и 20 являются весьма массивными деталями, в них выполнены транспортные отверстия.
Штамп спроектирован для эксплуатации на прессе ЗИЛ-80, в котором предусмотрена возможность крепления верхней части штампа к ползуну пресса с помощью болтов. Для этой цели в верхней плите штампа выполнены резьбовые отверстия 24. Хвостовик 25 в данном случае выполняет лишь роль центрирующего элемента.
В столе пресса расположено буферное устройство, поэтому удалять отходы от пробивки отверстий в детали напровал под стол пресса невозможно. По этой причине в нижней плите 7 выполнен так называемый выгребной паз, закрытый снизу пластиной 9. Удаление отходов от пробивки осуществляется через этот паз с помощью сжатого воздуха.
Верхняя часть пакета штампа содержит детали такого же функционального назначения, что и штамп, показанный рис. 9.4: матрицу 12, пуансонодержатель 21, плитку подкладную 22, выталкиватель 13.
308
Глава 9. Типовые конструкции штампов
Операционный эскиз
Схема,обработки заготовки
Материал: лист 2,5-ГОСТ 19904-90/К260В-ГОСТ16523—89
План низа
Рис. 9.6. Штамп совмещенного действия для вырубки и пробивки детали «пластина»
&2. Типовые конструкции штампов для разделительных операций
309
Выталкивание отштампованной детали из матрицы 12, как и в штампе, рассмотренном в п. 9.1, осуществляется от механизма выталкивания, расположенного в ползуне пресса. Однако, так как на вертикальной оси штампа отсутствует пуансон для пробивки (в штампе, показанном на рис. 9.4, такой пуансон имеется), выталкивание, учитывая небольшие размеры детали, можно выполнить с помощью двух толкателей 14 и. 16 с промежуточной траверсой 15 в виде круглого диска. Для смягчения соударения этих толкателей при выталкивании детали из матрицы в хвостовике предусмотрена пружина 17, упирающаяся в шайбу 18, положение которой фиксируется штифтом 19.
Съем полосы с пуансона-матрицы 6 осуществляется с помощью пружинных пакетов 8. Использование пружинных пакетов, в отличие от простых пружин, обеспечивает большую безопасность эксплуатации штампа* прежде всего, при его разборке и сборке при ремонтах.
Ограничение движения съемника 3 вверх при обратном ходе верхней части штампа осуществляется с помощью планок 10 и 11.
Так как заготовка (полоса) из-за значительной толщины имеет большую массу, то для облегчения условий работы штамповщика к съемнику приварены поддерживающие полосу на входе в штамп и при выходе из него планки 26.
Направление полосы осуществляется по направляющим планкам 1 и 2, установленным на съемнике, и по утопающему упору 4. Шаг штамповки фиксируется с помощью утопающего упора 5.
Пуансон-матрица 6 имеет фланец, выполняющий роль держателя, и крепится к нижней плите с помощью винтов и штифтов, при этом фланец выполнен лишь по двум большим сторонам пуансона-матрицы, что упрощает технологию ее изготовления. Подобным образом выполнен фланец и у выталкивателя 13.
Для удобства наладки штампа предусмотрены ограничители 23. В рабочем положении штампа, соответствующем концу вырубки, зазор между ограничителями 23 и верхней плитой 20 должен составлять 1—2 мм.
Ня рис. 9.7 представлена еще одна конструкция штампа совмещенного действия для вырубки и пробивки. В этом штампе одни детали конструктивно выполнены так же, как в штампе по рис. 9.4, другие — как в штампе по рис. 9.6. Кроме того, детали
310
Глава 9. Типовые конструкции штампов
Рис. 9,7. Штамп совмещенного действия для вырубки и пробивки детали «шайба специальная»
пакета штампа по рис. 9.7 круглые, соответственно форме изделия.
Штампы, представленные на рис. 9.4, рис. 9.6 и рис. 9.7, относятся к одному типу, содержат детали, имеющие одинаковое функциональное назначение (и наименование), однако конструктивное исполнение этих деталей и штампов в целом существенно отличается, и это отличие подчеркивает решающее влияние на конструкцию штампов параметров штампуемой детали и ее материала, эксплуатационных характеристик используемого оборудования и технологических возможностей инструментального производства предприятия.
На рис. 9.8 представлен штамп простого действия для двухсторонней отрезки. Так как толщина штампуемого материала значительна (5 мм), то матрица, выполненная из двух секций 1 и 2, врезанных в нижнюю плиту 3. Секции матрицы крепятся к плите с помощью винтов 4.
9l2. Типовые конструкции штампов для разделительных операций
311
Раскрой полосы
Материал: СтЗ
Рис. 9.8. Штамп простого действия для двухсторонней отрезки
5
Так как линии отрезки расположены под углом 45° к направлению подачи полосы, то при штамповке возникает усилие, отжимающее пуансон 5 от матрицы. По этой причине в штампе предусмотрен так называемый противоотжим 11, врезанный, как и секции матрицы, в нижнюю плиту.
Пуансон 5 выполнен с постоянным поперечным сечением по всей длине, установлен по переходной посадке (по системе вала) в держатель 6 и дополнительно крепится к верхней плите 7 с помощью винтов 8. При затуплении режущих кромок пуансона его можно при ремонте перевернуть, для чего крепежные резьбовые отверстия выполнены с обоих его торцов.
Держатель крепится к верхней плите с помощью винтов 9 и штифтов 10.
Направление полосы осуществляется с помощью направляющих планок 12 и 13, первая из которых является базовой, а ее фигурный левый конец является еще и шаговым упором.,
Плиты блока штампа выполнены из литых заготовок.
За один рабочий ход отрезается две детали. Одна деталь (14) удаляется под стол пресса, другая (15) сползает по скосу, выполненному на нижней плите.
312
ГлЬва 9. Типовые конструкции штампов
На рис. 9.9 представлен штамп простого действия с неподвижным (жестким) съемником для вырубки детали из толстолистового материала.
Нижняя часть пакета штампа содержит матрицу 1 и съемник 2, в котором выполнен направляющий паз для полосы. Нижняя часть пакета крепится к нижней плите 3 с помощью винтов 4 и штифтов 5. Дополнительно от сдвига матрица фиксируется с помощью шпонок 6, врезанных в нижнюю плиту. На входе в штамп и на выходе из него установлены поддерживающие полосу кронштейны 7 с направляющими планками 8 и 9.
Шаг штамповки фиксируется с помощью неподвижного шагового упора 10, установленного в матрице. Для свободного продвижения полосы между упором и съемником должен быть предусмотрен необходимый зазор (см. табл. 7.3).
Пуансон 11 установлен в держателе 12 по переходной посадке и закреплен с помощью фланца.
Плиты блока штампа изготовлены из литых заготовок с задним расположением направляющих узлов.
Рйс. 9.9. Штамп простого действия с неподвижным съемником для вырубки детали из толстолистового материала
9.2.
Типовые конструкции штампов для разделительных операций
313
На рис. 9.10 представлен штамп последовательного действия для вырубки и пробивки с верхним подвижным съемником-прижимбм. Подобные штампы применяют при штамповке листовых материалов толщиной, меньп1ей 1 мм. Изготовить деталь в штампе совмещенного действия оказывается невозможным из-за очень малых расстояний между контурами отверстий в центральной части детали, при использовании же штампа последовательного действия с жестким съемником заготовка (полоса) и штампуемая деталь будут сильно деформироваться, что усложнит условия работы и снизит качество отштампованных деталей.
Расчет размеров деталей пакета штампа может быть выполнен по той же методике, что и в примере, рассмотренном в п. 9.1, при этом могут быть использованы рекомендации стандарта на пакеты заготовок деталей штампов с неподвижным съемником (см. рис. 7.3).
Нижняя часть пакета штампа содержит матрицу 5, направляющие планки 11,12, которые крепятся к матрице с помощью винтов 24 и штифтов 29, 31. Сама матрица крепится к нижней плите 1 с помощью винтов 19 и штифтов 29.
Верхняя часть пакета штампа содержит съемник 8, эластичный буфер 7, пуансонодержатель 4 с установленными в нем пуансонами 6, 14, 15, 16 и шаговым ножом 17, подкладную плитку 13. Крепится верхняя часть пакета к верхней плите 2 с помощью винтов 18 и штифтов 28.
Предварительное сжатие буфера осуществляется с помощью специальных винтов 24. Эти же винты ограничивают перемещение съемника вниз при обратном ходе верхней части штампа.
На входе в штамп закреплен с помощью винтов 20 и штифтов 30 поддерживающий кронштейн 10, на котором с помощью винтов 22 и штифтов 32 установлена дополнительная направляющая планка 9. Целесообразность установки поддерживающего кронштейна в данном случае обусловлена не большой массой заготовки, а ее малой толщиной и возможностью значительного изгиба полосы при отсутствии такого кронштейна.
Плиты блока штампа выполнены из толстолистового Проката, в блоке предусмотрено три направляющих узла скольжения, включающих направляющие колонки 26 и направляющие втулки 25. Крепление верхней части штампа к ползуну пресса осуществляется с помощью стандартного резьбового хвостовика 27.
314
Глава 9. Типовые конструкции штампов
Типовые конструкции штампов для разделительных операций	315
34 24 4
1 5 19 3 23 20 10
План низа
Операционный эскиз
Материал: Лист ВТ-0,8 ГОСТ 19904-90/1-ОСВ-08Ю ГОСТ 9045-93
Рис. 9.10..Штамп последовательного действия для вырубки и пробивки с подвижным съемником-прижимом
Схема обработки заготовки
Для транспортирования как штампа в целом, так и отдельных его частей в плиты установлены стандартные резьбовые транспортные штыри 38.
Направление полосы осуществляется по направляющим планкам 9, 11 и 12, первые две из которых являются базовыми для направления. Шаг подачи обеспечивается с помощью шагового ножа 17.
Вырубленная деталь удаляется (периодически выталкивается рабочим) через выгребной паз. Отходы пробивки на первом шаге штамповки удаляются также через выгребной паз, отход от пробивки центрального отверстия на втором шаге штамповки удаляется на провал. Оба выгребных паза снизу закрыты планками 3, которые крепятся к нижней плите винтами 23.
Следует отметить, что хотя штамп содержит более тридцати деталей, только половина деталей являются оригинальными, и для них выполняются рабочие (деталировочные) чертежи. Другая же половина деталей штампа относится к стандартным, и такое соотношение оригинальных и стандартных деталей имеет место в конструкциях большинства штампов, что существенно упрощает организацию их проектирования с использованием средств компьютерной графики.
9.3-	ПРИМЕР РАСЧЕТА И КОНСТРУИРОВАНИЯ ТИПОВОГО ШТАМПА для вытяжки ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ДЕТАЛИ С ФЛАНЦЕМ
Рассматриваемая в примере деталь и конструкция штампа приведены на рис. 9.11.
По справочным данным [35] назначаем припуск на обрезку фланца после вытяжки: он составляет 3,5 мм, а диаметр фланца будет равен 87 мм.
Из условия равенства поверхностей заготовки и полуфабриката после вытяжки (см. операционный эскиз на рис. 9.11) получим диаметр плоской заготовки равным 114 мм.
Коэффициент вытяжки, рассчитанный по такой же форму-d ле, что и для детали без фланца (см. п. 5.4), составит тп = уг- =
= 0,56. Наименьшая величина коэффициента первой вытяжки для цилиндрической детали с фланцем при данных толщине и диаметре заготовки составляет тг = 0,53 [35]. Таким образом,
316
Глава 9. Типовые конструкции штампов
Чертеж детали
065	_
080
Материал Сталь 0,8 кп Толщина 0,5 мм
Операционный эскиз
План низа
150
Рис. 9.11. Штамп совмещенного действия для вырубки и вытяжки из штучной заготовки
03. Пример расчета й конструирования типового штампа для вытяжки	317
цилиндрической детали с фланцем
рассматриваемая в примере деталь может быть получена за одну операцию вытяжки, при этом степень деформации матера ала будет далека от предельной.	о
Технологический процесс изготовления такой детали будет включать в себя следующие операции: вырубку заготовки ^вытяжку и обрезку припуска. При серийном и крупносерийные производстве обычно вырубку заготовки и вытяжку совмёща^ ют. При мелкосерийном производстве заготовку часто выруба-’ ют в универсальном штампе (см. гл. 14), вырезают на лазерных установках, вибрационных ножницах.
Примем, что в данном случае мы имеем дело с мелкосерийным производством. В таком случае плоская заготовка получается одним из названных выше способом, а вытяжка выполняется из так называемой штучной заготовки, при этом конструкция штампа будет выполнена по схеме, подобной показанной на рис. 9.11, т. е. на прессе простого действия с буферным устройством в столе пресса, обеспечивающим прижим заготовки к матрице.
Вытяжку в данном случае удобно выполнять по схеме «дном вверх», тогда вытяжной пуансон 1 располагается в нижней части штампа, а матрица 3 — в верхней. Вытяжной пуансон 1 крепится к нижней плите с помощью пуансонодержателя 5 винтами 9 и штифтами 18 (см. сечение Б—Б). Толщина пуансонодержателя может составлять 20—25 мм. Заготовка укладывается на съемник 4 по трем направляющим упорам 20 (см. сечение В—В).
Сила вытяжки определяется по формуле (5.32)
'	-P = TrtdcpSoB
и составляет 30 кН.
Функцию прижима и складкодержателя выполняет съемник 4. Необходимую величину силы прижима можно определить по формуле (5.33):
Q = F^q, где — площадь поверхности заготовки, на которую действует прижим в начале вытяжки; q — удельная сила прижима.
При заданных размерах заготовки и детали необходимая сила прижима составляет 70 кН.
Таким образом, полная сила вытяжки рассматриваемой детали составляет 100 кН.
Усилие прижима создается буферным устройством 8 и передается на съемник с помощью толкателей 15.
318	Глава 9. Типовые конструкции штампов
v ^Величина рабочего хода верхней части штампу равна глубине вытяжки (19 мм), а необходимый ход ползуна пресса должен быть не менее 50 мм.
дМатрица 3 крепится к верхней плите штампа 7 с помощью винтов 10 и штифтов 19. Высота матрицы должна быть рассчитана из условия, что в нижнем (рабочем) положении штампа (дак показано на рис. 9.11) выталкиватель 2 не выходит из рабочей полости матрицы. Высота выталкивателя с учетом толщины его фланца и величины рабочего хода составит 25— 28 мм. При этих условиях высота матрицы составит 48—50 мм, а высота пакета штампа — 85—90 мм.
В данном штампе деталью, определяющей габаритный размер пакета, является съемник, диаметр которого составляет 125—130 мм. Толщина съемнйка может быть равной 12—15 мм.
При названных выше габаритных размерах пакета штампа толщина плит должна составлять 36—50 мм* а диаметр направляющих колонок — 28—32 мм. В данном штампе нижняя 6 и верхняя 7 плиты-выполнены из толстолистового проката с задним расположением направляющих узлов (колонок 13 и втулок 12).
Закрытая высота штампа при названных выще толщинах плит и высоте пакета составит 160—190 мм.
Штамп крепится к ползуну пресса с помощью стандартного резьбового хвостовика 16, зафиксированного в верхней плите с помощью винта 21.
Выталкивание полуфабриката из матрицы осуществляется с помощью выталкивающего механизма пресса, толкателя 14 и выталкивателя 2.
Для формоизменяющих операций пресс выбирается не по требуемой силе, а по закрытой высоте штампа и ходу пресса. По этим параметрам для рассматриваемой технологической операции может быть выбран пресс модели КД2126Д с номинальной силой 400 кН или один из прессов с номинальной силой 630 кН (см. табл. 7.8). Необходимо также проверить, чтобы буферное устройство 8 размещалось в отверстии в подштамповой плите пресса (у пресса КД2126Д диаметр этого отверстия составляет 100 мм, а у прессов с номинальной силой 630 кН — 140 мм (см. табл. 7.8)).
В нашем случае для выполнения технологической операции Йледует выбрать один из прессов с номинальной силой 630 кН Йем. табл. 7.8).
>3. Пример расчета и конструирования типового штампа для вытяжки	319
, цилиндрической детали с фланцем
9.4.	ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ ДЛЯ ФОРМОИЗМЕНЯЮЩИХ ОПЕРАЦИЙ
По применению в производстве вторую по численности группу штампов после штампов для разделительных операций составляют штампы для гибки. Эти штампы состоят в основном из тех же элементов, что и штампы для разделительных операций, однако отличаются большим конструкционным разнообразием, связанным с разнообразием форм штампуемых деталей.
Гибка в большинстве случаев заканчивается правкой заготовки в конце рабочего хода, при этом величина усилия, разви
ваемого прессом, во многом зависит от точности наладки пресса и квалификации наладчика. По этой причине повышаются требования к прочности штампов, в первую очередь — к прочности их базовых деталей.
На рис. 9.12 представлена конструкция штампа для одноугловой гибки без прижима заготовки. Основные рабочие элементы штампа — пуансон 1 и матрица 2 — прикреплены соответственно к верхней 6 и нижней 3 плитам. Заготовка устанавливается в штамп по трафарету 4 и упору 5. Конструкция штампа отличается простотой, но точность изготавливаемых в нем деталей невысока, так как из-за отсутствия прижима заготовки к пуансону возможно перемещение заготовки относительно пуансона вследствие различных условий гибки на рабочих кромках
матрицы (отличие радиусов износа рабочих кромок и пр.
В большинстве случаев заготовки к пуансону (см. п.
Рис. 9.12. Штамп для одноугловой гибки без прижима заготовки

округления матрицы, сил трения, ).
гибка выполняется с прижимом 4. 8).
На рис. 9.13 представлена конструкция штампа для гибки 17-образной детали. Конструкция этого штампа подобна конструкции, рассмотренной выше. Штамп содержит верхнюю 1 и нижнюю 6 плиты, пуансон 4 и матрицу 5, пуансонодержатель 3 и подкладную плитку 2. Матрица 5 крепится к нижней плите 6 винтами 11 и штифтами 10. Верхняя часть пакета штампа крепится к плите 1 винтами 12 и штифтами 13. Штамповка вы-
320
Глава 9. Типовые конструкции штампов
Рис. 9.13. Штамп для гибки ТЬобразной детали
полняется из штучной заготовки, которая устанавливается по трафаретам 7 и 8. Трафареты крепятся к матрице с помощью винтов 16 и штифтов 17. В штампе предусмотрены толкатели 9, выполняющие функцию прижима при гибке и выталкивания детали из матрицы при обратном ходе штампа. Усилие прижима создается буферным устройством в столе пресса (на рис. 9.13 не показано). К ползуну пресса штамп крепится с помощью резьбового хвостовика 14, зафиксированного в плите 1 винтом 15.
На рис. 9.14 представлена конструктивная схема многопозиционного штампа для гибки патрубка за три перехода. На пер
вом переходе (левом) выполняется подгибка концов плоской заготовки, на втором — заготовка принимает овальную форму, на третьем — выполняется гибка до требуемой формы и размеров. На первой позиции предусмотрены отлипатель 1, установленный в пуансоне, и прижим-выталкиватель 2, расположенный в матрице 3, на второй позиции — только выталкиватель 4, также расположенный в матрице 5 второго перехода. Удаление полуфабриката с пуансона второй пози-
Рис. 9.14. Штамп многопозиционный для гибки патрубка в три перехода:
1 — отлипатель; 2 — выталкиватель первой позиции; 3 — матрица первой позиции; 4 — выталкиватель второй позиции; 5 — матрица второй позиции
Типовые конструкции штампов для формоизменяющих операций
321
Рис. 9.15. Схемы штампов для вытяжки из плоской заготовки: а) на прессе простого4 действия; б) на прессе двойного действия
ции осуществляется в направлении , перпендикулярном плоскости чертежа. С позиции на позицию заготовка передается вручную с использованием пинцета,. удаление готовой детали из рабочей зоны штампа может быть выполнено с помощью струи сжатого воздуха.
Несколько вариантов конструкций штампов для гибки были рассмотрены также в п. 4.8.
При конструировании штампов для вытяжки приходится исходить из необходимости обеспечения как минимум трех действий: собственно вытяжки, прижима фланца заготовки для
исключения образования на ней складок и выталкивания изделия из матрицы. При использовании прессов простого действия прижим фланца заготовки и выталкивание изделия из матрицы осуществляется за счет буферных устройств, встроенных в штамп или чаще в стол пресса. При вытяжке на прессах двойного действия, имеющих два ползуна — внутренний (вытяжной) и наружный (прижимной), прижим фланца заготовки осуществ
ляется за счет наружного ползуна пресса.
На рис. 9.15 приведены схемы рабочих частей штампов для вытяжки на прёсрах простого и двойного действия.
При вытяжке на прессе простого действия (рис. 9.15, а) пуансон 1 закрепляют в нижней части штампа, матрицу 3 — в верхней части, которая, в свою очередь, прикрепляется к ползуну пресса 5. Прижим фланца заготовки к матрице осуществляется складкодержателем 2 с помощью буферного устройства, расположенного в столе пресса. Выталкивание вытянутой детали из матрицы осуществляется с помощью толкателя 4, связанного с выталкивающим устройством в ползуне пресса (см. п. 7.4).
При вытяжке на прессе двойного действия (рис. 9.15, б) пуансон 8 закрепляют к вытяжному ползуну 7, а складкодержатель 11 — к прижимному ползуну 6. Матрица 10 устанавливается на столе пресса* При включении пресса сначала опускается наружный ползун 6 и складкодержатель 11 прижимает заготовку к матрице. Затем внутренний ползун 7 выполняет вытяжку. При
322
Глава 9. Типовые конструкции штампов
обратном ходе сначала поднимается внутренний ползун 7, вы
тянутая деталь при этом остается в матрице, затем поднимается наружный ползун 6. Выталкивание вытянутой детали из матрицы осуществляется с помощью выталкивающей системы 9, связанной с буферным устройством в столе пресса.
у Следует отметить, что при вытяжке в пуансоне обычно выполняют каналы 12, по которым отводится воздух, вытесняемый из вытягиваемой полости детали.
На рис. 9.16 и 9.17 приведены конструктивные схемы штам
пов для второго и последующих переходов вытяжки с прижимом заготовки на прессах простого и двойного действия. Особенностью таких штампов является то, что форма складкодер-
жателя повторяет форму полости полуфабриката, полученного
на предыдущей операции вытяжки.
При вытяжке на прессе простого действия заготовку-полуфабрикат надевают на складкодержатель 3, находящийся в верхнем положении, ограничиваемом кронштейном 4 (левая половина рис. 9.16). При рабочем ходе боковая поверхность заготовки, зажатая между матрицей 1 и складко-держателем 3, деформируется по пуансону 2, при этом ее диаметр уменьшается, а высота увеличивается. При обратном ходе складкодержатель, связанный с буферным устройством, снимает деталь с пуан
сона, а из матрицы она удаляется выталкивателем 5.
При выполнении подобной операции на прессе двойного действия (см. рис. 9.17) заготовку-полуфабрикат устанавливают на выталкиватель 8 по упорам 7 (или трафарету). При рабочем ходе сначала опускается складкодержатель 3, связанный через плиту 4 с наружным ползуном 1 пресса. В момент касания складкодержателем донной части заготовки наружный ползун останавливается и остается в нижнем положении в течение всей последующей вытяжки. За счет этого выстоя наружного ползуна обеспечивается прижим заготовки к матрице 5.
Рис. 9.16. Схема штампа для второй вытяжки на прессе простого действия
Рис. 9.17. Схема штампа для второй вытяжки на прессе Двойного действия
9.4.
Типовые конструкции штампов для формоизменяющих операций
323
Рис. 9.18. Схема штампа для вытяжки крупной детали на прессе двойного действия
Рис. 9.19. Схема рабочих частей штампа для вытяжки из плоской заготовки с эластичным выталкивателем
Далее пуансон 6, связанный с внутренним ползуном 2 пресса, осуществляет вытяжку заготовки. Обратный ход осуществляется в описанной выше последовательности, характерной для прессов двойного действия (см. рис. 9.15, б).
Вытяжка крупных деталей сложной формы также выполняется на прессах двойного действия (рис. 9.18). Рабочие детали штампа — пуансон 3, матрица 3, складкодержатель 4, выталкиватель 7 — изготавливаются обычно из литых заготовок с внутренними полостями для уменьшения массы. Для уменьшения размеров отливок некоторые детали выполняют составными. Например, в данной конструкции пуансон состоит из двух частей (3 и 5). При вытяжке подобных деталей значительная часть поверхности заготовки деформируется вне контакта с пуансоном и для дополнительного натяжения материала с целью предупреждения образования складок на складкодержателе (или матрице) устанавливаются перетяжные ребра 1. Для направления перемещения пуансона в складкодержателе установлены направляющие планки 2.
Известно, что возможности первого перехода вытяжки ограничиваются прочностью зоны перехода от донной части заготовки к стенке (см. п. 5.2.2). На рис. 9.19 изображена конструктивная схема штампа [19], в котором верхняя часть 4 выталкивателя 6 выполнена из эластичного материала, заключенного в коническую полость обоймы 5. При рабочем ходе фланец
324	Глава 9. Типовые конструкции штампов
заготовки прижимается к зеркалу матрицы 3 складко-держалем 2, а донная часть заготовки при перемещении пуансона 1 внедряется в эластичную часть 4 выталкивателя, в результате чего опасный с точки зрения разрушения участок заготовки прижимается к боковой поверхности пуансона и блокируется силами трения. Вытяжка в штампе по описанной схеме позволяет увеличить предельную степень деформации материала и повысить качество штампуемых деталей.
Первую вытяжку часто совмещают с вырубкой плоской заготовки. На рис. 9.20 представлена конструкция штампа для выполнения такой совмещенной операции. Заготовка (полоса) продвигается по зеркалу матрицы 1 для вырубки до упора 2. При рабочем ходе пуансон-матрица 5 сначала вырубает заготовку, а затеад осуществляет ее вытяжку по пуансону 8. Прижим заготовки в процессе вытяжки обеспечивается за
Рис. 9.20. Конструкция штампа совмещенного действия для вырубки заготовки и вытяжки
Рис. 9.21. Схема штампа совмещенного действия для первой и второй вытяжки на прессе двойного действия
счет буферного устройства 10. За счет этого же устройства осуществляется съем вытянутой детали с пуансона 8, а удаление детали из матрицы обеспечивается выталкивателем 9. Съем полосы с пуансона-матрицы 5 осуществляется съемником 3 за счет усилия пружин 7. Штамп снабжен двумя расположенными сзади направляющими узлами скольжения 4 и крепится к ползуну пресса посредством хвостовика 6.
Совмещение операций практикуют и при вытяжке на прессах двойного действия. На рис. 9.21 представлена конструкция штампа, в котором совмещаются операции первой и второй вы-
9.4. Типовые конструкции штампов для формоизменяющих операций
325
тяжки [1]. Особенность конструкции штампа заключается в том, что в нем установлены два прижимных кольца: одно с плоской и другое — с конической рабочей частью. Заготовка устанавливается в штамп по упорам 7. При рабочем ходе наружного ползуна прикрепляемая к нему верхняя плита 8 опускается вместе с прижимными кольцами 1 и 2. Сначала заготовка за счет усилия пружин 6 прижимает к плоской части матрицы 3 кольцо 2. Затем прижимное кольцо 1, выполняя функцию пуансона, втягивает заготовку в коническую полость матрицы и в конце хода прижимает ее к рабочей поверхности матрицы. После этого опускается прикрепляемый к внутреннему ползуну пресса с помощью держателя 9 вытяжной пуансон 5, который втягивает заготовку, уже имеющую форму усеченного конуса, в цилиндрическую часть матрицы. Удаление вытянутой детали из матрицы выполняется с помощью выталкивающей системы 4, связанной с буферным устройством в столе пресса.
ГЛАВА 10
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ САПР
10.1.	СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ЛИСТОШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Технологическая подготовка производства (ТПП) — это совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства, которая^ в свою очередь, предусматривает наличие на предприятии полных комплектов конструкторской и технологической документации и средств технологического оснащения, необходимых для осуществления заданного объема выпуска продукции с установленными техникоэкономическими показателями.
ТПП является одним из важных этапов организации производства новых изделий. Она начинается с момента получения конструкторской документации на новое изделие или извещения об изменении выпускаемого изделия.
ТПП включает решение задач, которые можно сгруппировать по следующим функциям:
	обеспечение технологичности конструкции изделия, его узлов и деталей;
	разработка технологических процессов;
	разработка технологических нормативов;
	проектирование средств технологического оснащения, в том числе штампов;
	изготовление средств технологического оснащения;
	организация ТПП и управление процессами.
На рис. 10.1 изображена схема системы ТПП листоштамповочного производства с так называемыми входами .и выходами.
Входным воздействием для системы ТПП является приказ о выполнении технологической подготовки производства некоторого изделия с указанием сроков.
Выходами системы ТПП является информация (документация) о результатах решения задач, входящих в функции сис-
10.1.	Содержание технологической подготовки листоштамповочного	327
производства
Директивные	Конструкторская документы	документация 	1	_ /'		
Потребность _	Система технологической подготовки производства (ТПП)	Требования об изменении
		конструкции, обеспечивающие ее технологичность Технологические процессы
		Технологические нормативы _
		Проекты средств технологи- _
в ТПП (приказ)		
		ческого оснащения (в том числе штампы) Средства технологического _
		оснащения Информация о ходе ТПП _
Технические i средства		Кадры
Рис. 10.1. Схема системы ТПП листоштамповочного производства
темы, а также информация о ходе ТПП, необходимой для текущего управления и являющаяся обратной связью системы ТПП с вышестоящей системой управления предприятием. Выходом системы ТПП является также материальный поток средств технологического оснащения, в том числе штампов, изготавливаемых производственными подразделениями системы ТПП.
Исходные данные, необходимые для выполнения ТПП, содержатся в директивных документах предприятия и в конструкторской документации на изделие. Функционирование системы ТПП должно обеспечиваться соответствующими техническими средствами, в том числе вычислительной техникой, и специалистами.
Технологическая подготовка производства должна осуществляться в соответствии с правилами и положениями, установленными стандартами Единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП), и обеспечивать полную технологическую готовность предприятия к выпуску изделий высокого качества с заданными технико-экономическими показателями.
ТПП является сложной комплексной задачей, в решении которой участвуют многие подразделения предприятия: технологические и конструкторские службы основного и вспомогатель
328
Глава 10. Общие положения САПР
ного производства, службы планирования и управления производством, производственные подразделения.
На рис. 10.2 показана структура системы ТПП листоштамповочного производства. Прямоугольники, очерченные сплошными линиями, показывают основные подсистемы ТПП, прямоугольники, очерченные пунктирными линиями, — внешние по отношению к ТПП системы.
Обозначенным на рис. 10.2 элементам системы ТПП на предприятиях соответствуют определенные элементы организационной структуры, например технологический отдел или бюро, отдел (бюро) нормирования трудозатрат, отдел (бюро) анализа и нормирования расхода материалов, отдел (бюро) проектирования штампов и др.
Особое место в системе ТПП занимает производственное подразделение — инструментальный цех, осуществляющий изготовление средств технологического оснащения. В состав этого подразделения также входят технологические службы, выполняющие такие же функции, как и ТПП в целом, в том числе
। производственная система (листоштамповочное производство) i
Рйс. 10.2. Структура системы ТПП листоштамповочного производства
10.1. Содержание технологической подготовки листоштампЬвочйого
329
производства
отработку конструкций штампов на технологичность, разработ* ку технологических процессов, нормирование расхода материалов и трудозатрат при изготовлении технологической оснастки.
Большой объем информации, обрабатываемой и передаваемой от одной подсистемы к другой, приводит при традиционных методах организации работ к тому, что 90—95% времени затрачивается на подготовку и передачу документации, различного рода согласования, ожидание запуска изделия в производство и лишь 10—5% — непосредственно на технологические разработки.
Учитывая, что в настоящее время для большинства предприятий машино- и приборостроения характерен мелкосерийный масштаб производства, затраты на ТПП могут составить 30 и более процентов от общих затрат на выпуск изделия.
Современные компьютерные технологии позволяют практически полностью автоматизировать труд технолога, направленный на поиск информации о сортаменте материалов, оборудовании, инструменте, Приспособлениях. Эта сфера деятельности технолога, на которую традиционно затрачивается 15—20% общего бюджета времени, в настоящее время сравнительно просто автоматизируется за счет создания и использования баз данных и баз знаний.
Другой сферой деятельности технолога, также полностью поддающейся автоматизации, является выполнение стандартных расчетов, например, припусков на обработку, размерных цепей, норм расхода материалов и др.
Автоматизация, проектирования средств технологического оснащения, в том числе штампов, позволяет значительно сократить сроки подготовки производства, особенно при использовании для их изготовления современных методов и средств механообработки, прежде всего станков с ЧПУ.
Наибольший эффект от компьютеризации ТПП достигается тогда, когда отдельные подсистемы, автоматизирующие те или иные функции, интегрируются на информационном уровне. В интегрированных автоматизированных системах эффект достигается прежде7 всего за счет исключения повторного ввода в систему одной и той же информации.
Например, вся исходная информация, необходимая для разработки технологического процесса, содержится в конструкторском чертеже изделия (детали). Если технологу или конструктору технологической оснастки, использующему в своей работе
330	Глава 10. Общие положения САПР
компьютер, передается не графическая модель изделия (детали), а чертеж на бумаге, то на созданиё компьютерной графической модели этого изделия, особенно при его сложной конструкции, будет затрачено много времени. Подобная ситуация часто осложняется тем, что построенному на бумаге изображению изделия не всегда удается создать адекватную геометрическую модель, что приводит к многочисленным согласованиям, выпуску извещений об изменении изделия, а иногда и вообще к замене конструкторского документа.
10.2.	ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАБОТ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
Целью автоматизации технологической подготовки производства является сокращение ее сроков и повышение качества принимаемых решений при разработке технологических процессов и проектировании технологической оснастки и приспособлений.
При подготовке автоматизации ТПП в первую очередь нужно провести анализ существующего состояния производства, провести комплекс работ по повышению технологичности изготавливаемых изделий (деталей), включая унификацию деталей и их элементов с возможным ограничением размерных рядов и изменением конструкций отдельных деталей, провести анализ возможности применения новых, в том числе типовых и групповых высокопроизводительных технологических процессов. Должны быть определены источники и состав исходной информации для проектирования, проанализированы и унифицированы формы выходной информации, подготовлены технические предложения по составу (структуре) автоматизированной системы ТПП (АСТПП) с кратким описанием подсистем общего и специального назначения.
К подсистемам общего назначения относят подсистемы ввода, поиска и преобразования информации, формирования исходных данных для автоматизированных систем управления различных уровней, оформления выходной технологической документации.
К числу подсистем специального назначения относят подсистемы обеспечения технологичности изготавливаемых деталей, проектирования технологических процессов, конструиро
10.2. Основные этапы работ при автоматизации технологической подготовки 331
производства
вания штампов, управления ТПП и другие подсистемы, решающие конкретные технологические задачи.
Особое внимание должно быть уделено вопросам безбумажной передачи информации из одной подсистемы в другую.
Документальное оформление решений по описанным выше вопросам совместно с расчетом экономической эффективности составляет содержание технического задания на создание АСТПП.
Вопросы, связанные с автоматизацией технологической подготовки изготовления средств технологического оснащения, обычно решаются отдельно с учетом имеющегося или приобретаемого станочного парка в инструментальном цехе, но обязательно с учетом интеграции с АСТПП.
В настоящее время предприятия, внедряющие АСТПП или ее отдельные подсистемы, редко в полном объеме самостоятельно выполняют этапы, связанные с так называемыми техническим и рабочим проектами, так как на рынке предлагается большое число систем технологического назначения. В этой ситуации задачей предприятия является правильный выбор системы с тем, чтобы она в полной мере отвечала задачам, производственным особенностям и финансовым возможностям предприятия.
Следует иметь в виду, что внедрение автоматизированной системы взамен традиционной, как правило, приводит к изменению существующей организационной структуры системы. Некоторые традиционные подразделения могут быть объединены (например, технологический отдел, отдел нормирования трудозатрат, отдел анализа и нормирования расхода материалов), но одновременно появляются новые подразделения — группа обеспечения работы технических средств, группа поддержки программного обеспечения.
Очень важным и сложным для предприятия является этап освоения АСТПП. Изменение традиционных связей и условий работы, использование новой техники нередко приводит к тому, что на этапе освоения АСТПП производительность труда технологов оказывается ниже традиционной. Эффективное использование АСТПП требует повышения квалификации и переподготовки кадров, привлечения новых кадров, прежде всего молодых специалистов, экономического стимулирования новых методов работы со стороны администрации предприятия.
332
Глава 10. Общие положения САПР
10.3.	ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ
10.3.1.	Построение двумерных изображений
Построение на плоскости сводится к построению линий, окружностей, их участков (дуг) и других кривых. В простейшем случае построить отрезок прямой можно, если указать координаты двух концов отрезка. Если требуется изменить положение или длину отрезка, нужно изменить координаты х, у его концов. Если требуется построить некоторую фигуру, например простейший прямоугольник, то нужно построить еще несколько точек (рис. 10.3, а).
Нужно сказать j что современные графические системы имеют инструментальные средства, позволяющие построить одну точку относительно другой по нормали к ранее построенному отрезку, так что описанное выше построение не займет много времени. В графических системах имеются средства, позволяющие увеличить, например, длину одного из отрезков и получить новое изображение (рис. 10.3, б, в). В два приема редактирова-
Рис. 10.3. Схема построения непараметрических чертежей
10.3. Основные методы создания геометрических моделей объектов
333
ния можно прямоугольник по рис. 10.3, а превратить в больший по размерам (рис. 10.3, г). Во всех таких преобразованиях имеет место изменение координат концов отрезков (координаты концов отрезков являются первичными элементами).
Описанная схема построений реализуется в известнейшей^ графической системе AutoCad. Изображения, построенные по описанным схемам, называют постоянными (нёпараметриче^ скими).
Однако в реальных условиях конструктор не работает с координатами точек. Он работает с расстояниями (размерами) между линиями. Если бы конструктор захотел, как и в предыдущем случае, построить простейший прямоугольник (рис. 10.4, а), то он построил бы сначала две взаимно-перпендикулярные линии 1 и 2, от них отложил бы соответствующие значения расстояний а и Ъ, наметил точки пересечения соответствующих линий (2 и 3, 3 и 4) и выполнил бы обводку отмеченных участков (построил линии изображения). Теперь размеры и форма фигуры будут первично зависеть не от координат концов отрезков, а от значений а и Ь (рис. 10.4, б, в). Для изменения размеров прямоугольника достаточно изменить лишь значения параметров а и Ь, но не координаты узловых точек. Достоинством тако
в)
Рис. 10.4. Схема построения параметрических чертежей
334
Глава 10. Общие положения САПР
го построения является также и то, что если курсором мыши «зацепить» точку 0 и переместить ее в новое положение, то в это положение будет перемещен весь рисунок. В первом случае же для перемещения изображения необходимо заключить его в рамку и перемещать рамку, при этом, если хотя бы одна точка изображения окажется за пределами рамки, то эта точка останется на прежнем месте.
Построить прямоугольник с теми же параметрами а и & можно, используя его симметрию относительно осей 1 и 2 (рис. 10.4, г). Для этого от оси 2 нужно провести линии 3 и 4 на расстоянии Ь/2, а от оси 1 — линии 5 и 6 на расстоянии а/2.
Схема построения, проиллюстрированная на рис. 10.4, реализуется в получающей все большее распространение графической системе T-FLEX CAD и многих других системах. Такие построения (и графические системы) называют параметрическими.
Схема построения, проиллюстрированная на рис. 10.4, имеет и свои недостатки, а именно, она реализуется в три этапа: построение вспомогательных линий (так называемых линий построения — аналогов тонких линий на бумажных чертежах, простановка узлов (возможна полуавтоматическая) и создание линий изображения — линий обводки. Однако такой недостаток с лихвой окупается преимуществами, которыми обладает пользователь параметрической системы. Кроме того, при контроле чертежа вспомогательные линии и узлы могут быть погашены, а при выводе на бумагу они не проявляются вообще»
Нужно отметить, что параметрические графические системы снабжаются мощными математическими редакторами, внутри которых возможно записывать различные соотношения между переменными, логические условия, обращения к базам данных и др., т. е. составлять микропрограммы, в результате чего пользователь только путем изменения значения одной или нескольких переменных может получать новое, требующееся ему изображение.
В МГТУ «Станкин» система T-FLEXCAD используется в учебной работе уже более 10 лет и проявила себя с самой положительной стороны. Существенным достоинством T-FLEX CAD является также то, что это — отечественная разработка, ориентированная на все требования ЕСКД.
10.3. Основные методы создания геометрических моделей объектов
335
10.3.2.	Трехмерные модели
В трехмерном пространстве (3D) объект можно представить в виде каркасной, поверхностной и твердотельной (объемной) модели.
Элементами каркасной модели (рис. 10.5, а) являются ребро и точка. Эта модель проста, но с ее помощью можно представить только ограниченный класс деталей, в которых поверхности являются преимущественно плоскостями.
При поверхностном моделировании (рис. 10.5, б) поверхность определяется генерацией трехмерных многоугольных сетей. Каждая такая поверхность покрывается сеткой трех- или четырехугольников, при этом каждый такой участок поверхности заменяется плоскостью. Точность аппроксимации поверхности определяется плотностью сетки (количеством и размером ячеек сетки), однако при высокой плотности многоугольной сетки резко возрастает объем обрабатываемой информации.
С другой стороны, аппроксимация сложных поверхностей многоугольными сетками используется в ряде инженерных приложений, в том числе в моделировании напряженного и деформированного состояния при пластическом деформировании заготовок многих деталей автомобилей. Поэтому поверхностное моделирование обычно используется в так называемых полномасштабных универсальных системах высокого уровня, которые, как правило, эксплуатируются на мощных графических рабочих станциях в операционной среде ОС UNIX. Стоимость одного рабочего места такой системы вместе с прикладным программным обеспечением составляет несколько десятков тысяч долларов США.
Более простыми с точки зрения математического моделирования являются так называемые твердотельные трехмерные модели.
Рис. 10.5. Схемы каркасной и поверхностной трехмерных моделей
336
Глава 10. Общие положения САПР
Рис. 10.6. Твердотельная модель тела вращения
Простейшее твердое тело (объем) образуется в результате движения некоторого плоского или пространственного замкнутого контура по заданной траектории или в результате вращения вокруг заданной оси.
Простейшими операциями построения твердотельных 3D моделей являются выталкивание и вращение.
Если, например, выполнить операцию вращения на 360° для контура, показанного на рис. 10.6, а, то будет получена модель твердого тела, соответствующая рис. 10.6, б.
Исходные контуры строятся в так называемых рабочих плоскостях, при этом в качестве таких плоскостей могут быть выбраны как так называемые стандартные рабочие плоскости (сверху, слева, спереди и др.), так и любые произвольные. При построении исходных контуров в рабочих плоскостях действуют все правила двумерного моделирования.
Например, для построения параллелепипеда с размерами А хВхН (рис. 10.7, а) достаточно в стандартной рабочей плос-
Рис. 10.7. Твердотельная модель параллелепипеда
10.3. Основные методы создания геометрических моделей объектов
337
6)
г)
Рис. 10.8. Схемы булевых операций
кости XY (сверху) построить прямоугольник с размерами Ах В и далее выполнить операцию выталкивания в положительном направлении оси Z на величину Н (рис. 10.7, б).
Так называемые булевы операции позволяют получать сложные тела из нескольких простых. Можно, например, в плоскости XZ (спереди) параллелепипеда (рис. 10.8, а) построить окружность радиусом г и дважды вытолкнуть ее параллельно оси У на длину L± и£2. В результате выполнения описанных выше действий будет получено три тела: параллелепипед и два стержня длиной соответственно и L2.
Далее м;огут быть выполнены булевы операции: объединение (сложение), вычитание или пересечение.
При выполнении операции объединения будет получен параллелепипед с двумя стержневыми выступами (рис. 10.8, б), при выполнении операции вычитания получим параллелепипед с цилиндрическим отверстием (рис. 10.8, в), а при выполнении операции пересечения останется общий для всех тел объем — стержень длиной L (рис. 10.8, г), равный длине параллелепипеда.
Современные графические системы реализуют и целый ряд других операций, позволяющих получать объемы (тела) более сложной формы, однако они рассматриваются в специальных руководствах пользователя системы и их освещение не входит в задачи данной книги.
338
Глава 10. Общие положения САПР
10.3.3.	Основные принципы выбора базовой графической системы
В настоящее время для решения задач технологической подготовки листовой штамповки может быть использовано большое число автоматизированных систем, и выбор той иди иной системы зависит от сложности и комплексности этих задач.
В простейшем случае для оформления технологической документации и чертежей большинства штампов достаточно средств двумерной графики. Однако, если спроектированный штамп изготавливается с использованием станков с ЧПУ, то для ввода в систему управления станков информации о геометрии детали приходится создавать трехмерную модель этой детали уже с помощью технических устройств самого станка, что, очевидно, нерационально.
С другой стороны, проектирование деталей сложных форм, в первую очередь облицовочных деталей автомобилей, авиационной и космической техники, осуществляется средствами трехмерной графики, и технолог часто получает не чертежи, а так называемую математическую модель, а поэтому он должен владеть, по меньшей мере, основами ЗВ-моделирования.
В общем случае, в процессе компьютерной подготовки производства сложных изделий решаются задачи управления данными проекта, управления коллективной работой/дизайна и геометрического моделирования, осуществляются инженерный анализ, проектирование и изготовление комплектов чертежей и технологической документации, подготовка управляющих программ для оборудования с ЧПУ, подготовка и оформление сопутствующей документации, спецификаций, ведомостей и т. п.
Полным набором программно-методических средств, позволяющим в автоматизированном режиме решать названный выше комплекс задач, обладают лишь немногие зарубежные системы, работающие на мощных рабочих станциях на RISC-upo-цессорах. Среди таких систем можно назвать С ATI A (IBM), EUCLID (Matra Datavision), Unigraphics (EDS Unigraphics), Pro/ENGINEER (Parametric Technology) и др. Стоимость только технических средств и операционной системы для одного рабочего места составляет несколько десятков тыс. долл. США. Поэтому даже крупные предприятия, в том числе и зарубежные, не могут позволить себе использовать подобные системы на всех этапах производства.
Вторая группа систем — зарубежные и отечественные системы, работающие на персональных компьютерах. В первую оче
10.3. Основные методы создания геометрических моделей объектов
339
редь это наиболее распространенная графическая система AutoCAD (Autodeck) и отечественные системы T-FLEX CAD (ОАО «Топ-Системы» Москва), Компас (АО «АСКОН» Санкт-Петербург), СПРУТ (АО «Спрут-технология», г. Москва) и др. Стоимость одного рабочего места на базе таких систем составляет несколько тыс. долл. США.
На практике в большинстве зарубежных и отечественных фирм и предприятий находятся в эксплуатации разные системы различных версий и конфигураций. Очень часто в разных подразделениях одной организации используются различные системы, иногда это имеет место даже на уровне отдельных разработчиков. Наличие подобного «зверинца» объясняется рядом причин: попытками подобрать наилучшую для данной организации систему, симпатиями и привычками отдельных сотрудников, желанием использовать для различных задач наиболее подходящее программное обеспечение и др.
Основная проблема, возникающая при использовании в одном проекте различных систем, заключается в переносе из одной системы в другую геометрических моделей сконструированных изделий, узлов, деталей. При этом необходимо обеспечить адекватность описания геометрических моделей с заданной точностью в разных системах. Как правило, для решения этой задачи используется конвертирование внутреннего представления геометрической модели системы в формат одного йз распространенных геометрических стандартов (DXF, STEP, IGES и др.) или применяют модули прямой связи между известными системами, например EUCLID-CATIA, UNI-GRAPHICS-T-FLEX и др.
При организации автоматизированного проектирования штампов и выборе базовой графической системы прежде всего нужно исходить из сложности выполняемых проектов и комплекса задач, охватываемых системой компьютерной подготовки производства.
На крупных предприятиях, реализующих полный цикл разработки и производства изделий, например автозаводах, возможна организация компьютерной подготовки производства по схеме рис. 10.9.
На предприятиях, выполняющих проектирование и изготовление или только проектирование штампов, могут быть использованы лишь отдельные модули системы, показанной на рис. 10.9.
340
Глава 10. Общие положения САПР
X Конструирование изделия
Разработка
технологии
Конструирование штампов
Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ
Изготовление штампов на станках с ЧПУ
Штамповка деталей
Рис. 10.9. Схема интегрированной системы конструкторско-технологической подготовки производства листовых деталей
При выборе базовой графической системы для проектирования штампов необходимо оценить следующие стороны сравци-ваемых систем:
	информационная совместимость с системами, расположенными выше и ниже данной по производственному циклу;
	возможности 31)-моделирования;
	возможности создания параметрических моделей;
	полнота соответствия элементов графики требованиям ЕСКД;
	возможность обмена информацией с базами данных;
	возможность структуризации сложных чертежей, формирования сложного чертежа из ранее созданных чертежей (сборок, деталировок и элементов деталей);
	удобство подготовки сопутствующей документации (спецификаций, ведомостей).
10.3. Основные методы создания геометрических моделей объектов
341
Необходимо отметить, что по многим названным выше показателям отечественные графические системы T-FLEX CAD jr КОМПАС превосходят широко распространенную зарубежную систему AutoCad.
10.4. БАЗЫ ДАННЫХ И ИХ РОЛЬ В СОВРЕМЕННЫХ САПР
Базы данных (БД) являются ключевыми компонентами как технологических, так и конструкторских систем автоматизированного проектирования.
Данные можно определить как информацию, фиксированную в определенной форме, пригодной для последующей обработки, хранения и передачи.
Соответственно понятиям «информация» и «данные» различают инфологическое и датологическое проектирование баз данных.
Инфологическое проектирование заключается в рассмотрении вопросов, связанных со смысловым содержанием данных независимо от способов их представления в памяти ЭВМ, датологическое — в рассмотрении вопросов представления данных в памяти информационной системы.
Проектирование базы данных начинается с анализа предметной области^ выделения объектов этой области, фиксирования свойств, посредством которых будут описываться конкретные объекты. Так, например, объектами предметной области «листовая штамповка» могут быть технологический процесс (маршрут), исходный материал, деталь, операция, заготовка, полоса, перемычка при вырубке из полосы и др.
Предметную область базы данных можно считать определенной, если известны существующие в ней объекты (элементы), их свойства и взаимосвязи (отношения).
После выделения объектов предметной области> решается, какая информация об этих объектах должна быть представлена в БД и как ее представить с помощью данных.
Для описания свойств объектов используются специальные идентификаторы-атрибуты. Это может быть один или несколько атрибутов, значения которых описывают конкретный экземпляр объекта.
Один атрибут или некоторую совокупность атрибутов, значения которых уникально идентифицируют каждый объект в на
342
Глава 10. Общие положения САПР
боре однотипных объектов, называют ключом. Ключ, состояний из двух и более атрибутов, называют составным. Выбор кдюча — важный момент в проектировании моделей данных. Ключ, с одной стороны, должен выполнять свою главную задачу — однозначно идентифицировать объект, а с другой — включать в свой состав минимально необходимое количество атрибутов.
Предыдущие определения относились к инфологическому этапу проектирования БД. Одним из моментов датологическрго проектирования является выбор модели данных — допустимого длц ЭВМ формата данных и состава операций, выполняемых над ними.
В САПР наиболее часто используется реляционная модель данных. Реляционные модели данных достаточно просты. Они собирают данные в унифицированные таблицы и позволяют работать с ними, не вдаваясь в подробности механизма их хранения. Удобство реляционных моделей данных для использования в САПР обусловлено тем, что объекты предметной области в литературе очень часто описываются с помощью таблиц. Используя реляционную модель данных, пользователь может заносить в базу новые данные, создавать и уничтожать таблицы, добавлять строки и столбцы в ранее созданных таблицах.
Поскольку строки в таблицах не дублируются, любой объект полностью определяется совокупностью значений своих атрибутов.
Основными структурными элементами реляционной модели данных в ЭВМ являются:
а)	поле — наименьшая поименованная единица данных;
б)	запись — совокупность связанных между собой полей;
в)	файл — поименованная совокупность связанных между собой записей одного типа;
г)	набор файлов или библиотека — поименованная совокупность файлов, обрабатываемая в системе.
Совокупность баз данных и программных средств, предназначенных для ввода, накопления, хранения, обновления, поиска и вывода данных, составляет так называемый банк данных.
В состав программных средств банка данных должна входить система управления базой данных (СУБД), предназначенная для управления данными на уровне полей и записей.
10.4. Базы данных и их роль в современных САПР
343
СУБД выполняет следующие функции:	f
	создает схему базы данных, т. е. описание логической и физической структуры данных;
	добавляет записи в БД;
	исключает записи из БД;
	изменяет значения полей в записях БД;
	позволяет выбирать поля и записи из БД на основе определенных критериев и по определенным правилам.
Дополнительно СУБД может выполнять:
	преобразование данных из форм входных документов в форму записей;
	преобразование данных из форм записей в форму выходных документов;
	арифметические и логические преобразования данных на уровне полей;
	обеспечивать защиту данных от пополнения и изменения на уровне файлов.
Следует отметить, что упоминаемая ранее (см. п. 10.3) отечественная графическая система T-FLEX CAD содержит инструментальные средства создания банков данных, и использование этой системы позволяет исключить сложности интеграции технологических и конструкторских САПР.
Первым этапом создания файла базы данных является его проектирование, включающее в себя определение имени файла, присвоение имен (идентификаторов) полям, определение типа, размера и физической сущности каждого поля.
Часто база данных создается на основе государственных и отраслевых стандартов, стандартов предприятий. В этих случаях имя файла базы данных целесообразно назначать таким, чтобы оно было понятно пользователю САПР без дополнительного комментария, учитывая, тем более, что современные операционные системы, например Windows, допускают запись имен файлов на русском языке.
Правила идентификации и описания полей базы определяются СУБД. Например, при использовании системы T-FLEX CAD имена полей файла базы данных не должны содержать более 10-ти символов, при этом можно использовать любую последовательность латинских или русских букв, цифр и знака подчеркивания (_), но первым символом должна быть буквам при
344
Глава 10. Общие положения САПР
этом в пределах одного файла все имена полей должны быть уникальными.
Рассмотрим отдельные примеры проектирования баз данных.
Нашей предметной областью является технология листовой штамповки. Объектами нашей предметной области являются деталь, технологический процесс (маршрут) листовой штамповки, технологическая операция, штамп и др.
Для листоштамповочного производства деталь в большинстве случаев является конечным предметом труда, хотя часто с помощью операций листовой штамповки осуществляется сборка нескольких деталей, поэтому в качестве объекта предметной области следует выделить элемент, называемый, например, «Сборочная единица».
Для управления производством и выполнения целого ряда расчетов, например определения потребности в материалах разных видов, загрузки рабочих мест и др., требуется знать, сколько различных деталей и сборочных единиц необходимо изготовить за данный отрезок времени (сутки, месяц, год). Для этого необходимо знать, какое количество деталей и сборочных единиц входит в состав изделий, выпускаемых предприятием, и программу выпуска каждого изделия. Такая информация обычно может быть получена из базы данных системы управления предприятием, однако для ее перезаписи в БД технологической САПР в последней должен быть объект «Изделие».
Свойства объектов базы данных «Деталь» и «Сборочная единица» содержатся в основных конструкторских документах (чертежах) и директивных документах системы управления предприятием. В частности, свойствами (атрибутами) объекта «Деталь» являются:
	<Д1> — обозначение детали по ЕСКД в соответствии с чертежом (этот атрибут является уникальным, ключевым; по его значению однозначно могут быть определены все прочие свойства данной детали, поэтому он отмечен скобками < >);
	Д2 — наименование детали в соответствии с чертежом;
	ДЗ — масса детали, кг;
	Д4 — марка материала детали;
	Д5 — группа прочности материала детали;
	Д6 — номер ГОСТ или ТУ на поставку материала;
10.4. Базы данных и их роль в современных САПР
345
	Д7 толщина материала (как основной размер материала для листовой штамповки);	~
	Д8 — годовой объем выпуска детали, шт.;
	ИД — идентификатор детали в БД.
Последний атрибут — идентификатор детали — часто вводят для сокращения объемов временно образуемых массивов данных и упрощения поиска информации при работе системы. Дело в том, что ключевой атрибут Д1 имеет текстовую форму и может содержать по ЕСКД до 26 символов. Многократная обработка такого элемента информации при работе системы бывает неудобной, поэтому его целесообразно заменить некоторым числом (идентификатором). Присвоение значения атрибуту ИД в зависимости от возможностей СУБД может осуществляться автоматически или самим пользователем при вводе данных в базу как очередной порядковый номер детали в БД.
Подобным образом могут быть описаны и свойства (атрибуты) объекта «Сборочная единица» также по информации, содержащейся в соответствующем чертеже.
При проектировании базы данных для конкретного объекта помимо его характеристик (свойств), определяемых тем или иным документом, необходимо проанализировать связи данного объекта с другими объектами предметной области.
Рассмотрим взаимосвязь объектов «Деталь» — «Сборочная единица». В сборочную единицу входит много деталей, при этом некоторые детали входят в состав многих сборочных единиц. Такая взаимосвязь в теории баз данных называется «многие-ко-многим», условное изображение такой связи показано на рис. 10.10, а.
Раскрыть неопределенность такой связи проще всего с помощью дополнительного объекта (файла БД), названного, например, «Применяемость деталей». Атрибутами такого объекта будут:
	<ИСБ> — идентификатор сборочной единицы;
	<ИД> — идентификатор детали;
	КОЛД — количество деталей в сборочной единице.
В базе данных объект «Применяемость деталей» будет иметь вид табл. 10.1.
346
Глава 10. Общие положения САПР
Таблица 10.1. Применяемость деталей в сборочных единицах
ИСБ	ИД	колд
1	1	1
гк	1	2	4
’кг	2	1	1
2	2	2	• о
2	3	1
Неоднозначна и связь детали с технологическим процессом. Каждый технологический процесс (единичный) предназначен для изготовления одной конкретной детали, однако для этой детали может существовать несколько вариантов технологических процессов, например, временный, рабочий, перспективный. Такая взаимосвязь в теории баз данных называется «один-ко-многим», ее условное изображение показано на рйс. 10.10,6. В этом случае для идентификации технологического процесса потребуется «ключ», состоящий из двух Элементов информации: идентификатора детали и вида (варианта) технологического процесса.
Простейшим видом связи объектов является однозначная связь «один-к-одному» (рис. 10.10, в). Такой вид связи, в частности, существует между объектами «технологическая операция» и «штампспециальный».
а)	Деталь		Сборочная единица
			
б)	Деталь		Технологический процесс
			
в)	Штамп специальный		Технологическая операция
Рис. 10.10. Типы связей между элементами базы данных:
а) «многие-ко-многим»; б) «один-ко-многим»; в) «один-к-одному»
10.4. Базы данных и их роль в современных САПР
347
Анализ связей между объектами позволяет определить способ раскрытия неоднозначности их связей (если таковая имеется) и составить сценарий соответствующих проектных процедур, например процедуры идентификации технологического процесса.
Значение каждого атрибута занимает в базе данных определенное место (поле). При проектировании базы данных должны быть определены имя (идентификатор), тип и размер каждого поля.
Тип поля может быть целым, когда значение поля есть целое число, вещественным, если значение поля описывается вещественным числом, и символьным (текстовым), когда в значении поля присутствуют буквы или другие символы, например, тире (—).
Размер (общая длина) поля определяет количество знаков, которое может быть введено в это поле, при этом размер поля вещественного типа включает и запятую. При описании поля вещественного типа указывается его общая длина и количество знаков после запятой.
Определим названные характеристики полей объекта «Деталь», считая, что обозначения Д1, Д2 и т. д. приняты как имена полей (табл. 10.2).
Обозначение детали (Д1) по ЕСКД может содержать набор букв и цифр, пробелы между ними и другие символы. Общее число символов может достигать 26, поэтому поле Д1 следует определить как символьное с размером в 26 знаков.
Наименование детали (Д2) является также символьным полем, количество знаков можно определить по наибольшему числу символов в наименованиях деталей, изготавливаемых на предприятии.
Масса детали определяется вещественным числом, количество знаков зависит от массы самых крупных изготавливаемых деталей.
Поля Д4, Д5, Д6 являются символьными, их размеры определяются в соответствии с технологическими особенностями производства.
В табл. 10.3 приведен пример представления данных файла «Деталь» на экране монитора компьютера.
Оформленные на бумаге (или в ЭВМ) описания объектов базы данных, включая имена полей, их тип, размер и физическую сущность, включаются в состав документации САПР.
348
Глава 10. Общие положения САПР
10.4. Базы данных и их роль в современных САПР
Таблица 10.2. Характеристики полей объекта «Деталь»
Имя поля	Тип поля	Размер поля
Д1	символьное	26
Д2	символьное	100
ДЗ	вещественное	7.3
. Д4	символьное*	12
Дб	символьное	6
Д6	символьное	12
Д7	вещественное	6.3
Д8	целое	7
ид	целое	5

Таблица 10.3. Пример представления на экране дисплея ЭВМ файла «Деталь»
ИД	Д1	Д2	дз	Д4	Дб	Дб	Д7	Д8
1	КБМ-0019.062.001	Вставка	3.870	СтЗпс	ОК360В	16523—89	2.00	15000
2	КБМ-0019.040.001	Вставка	1.569	СтЗпс	ОК360В	16523—89	2.00	12000
3	КБМ-0019.062.001—01	Вставка	1.360	СтЗпс	ОК360В	16523—89	2.00	16200
4	ТИЛГ 745312.010	Скоба	0.04	08кп	К260В	16523—89	1.40	72000
5	ТИЛГ 745443.002	Стойка	0.028	08кп	К260В	16523—89	1.40	42000
ГЛАВА 11
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
11.1.	СОСТАВ И ФОРМА ДОКУМЕНТАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Комплектность технологических документов зависит от типа производства (единичное, мелкосерийное, серийное, массовое), стадии разработки документов (предварительный проект, опытный образец, серийное производство), степени детализации описания технологических процессов.
По степени детализации технологических процессов различают: сокращенное {маршрутное) описание всех технологических операций в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов; операционное {полное) описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов; маршрутно-операционное — сокращенное описание технологических операций в последовательности их выполнения в маршрутной карте с полным описанием отдельных операций в других технологических документах.
Вид описания технологических процессов устанавливается разработчиком в зависимости от установленного типа производства, в соответствии с требованиями нормативно-технических документов отрасли. В листощтамповочном производстве чаще всего используется маршрутное описание технологических операций, оформляемое на так называемых маршрутных картах {МК)9 которые выполняют роль основного технологического документа. Кроме маршрутной карты обычно оформляется карта эскизов {КЗ) — графический документ, содержащий эскизы, схемы, таблицы, предназначенный для пояснения выполнения технологического процесса или технологической операции.
При описании типовых и групповых технологических процессов помимо названных выше документов оформляется ведомость деталей {ВТП)9 изготавливаемых по конкретному процессу с указанием переменных данных о материалах деталей,
11.1. Состав и форма документации технологического проектирования	351
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических провесов листовой штамповки
																						ГОСТ 3.1118-82 Форма 1											
																																	
	Дубл.																																
	Взам.																																
	Подл.																																
	33																					34							35		36		
	Разраб.											37				38					39					40							
	Провер.																																
	Нач. Бюро																																
	Нач. отд.											41	1 42																	43				
	Н. iq	>нтр.																															
	1 М 01	2																									13						
		Код				ЕВ	мд		ЕН		Н.расх.		КИМ	Код заготовки				Профиль и размерь					: КД		М3								
	М 02	3				4	5		б		7		8	9				10					11		12								
	А	Цех |		Уч. | РМ | Опер			Код, наименование операции								Обозначение документа																		
	Б	Код, наименование оборудование													СМ | Проф .1 Р 1 УТ I КР I КОЙА ЕН I ОП I Кшт I Тпз. Тшт.																		
	А 03	14 1 15 1 16 1 17	1 18													19	1111т																		
	Б 04	1	1	1	1	1 20													1	1111 21	22*	23 24	25 26							IIII	1 8	27 28	29	30											
	.0 05	Ill	1	1 31													1	1111							IIII	1											
	Т Об	1	1	1	1	1 32													1	1	1.1	1							1	1	1	1	1											
	07	'	|	'll	1													1	1111							1 -	1,.	1	1	1											
	08	1	1	1- 1		1													1	1111							Iiii	i											
	09	iiii"'	।													1	1111							1	1	Г '1	 1											
	МК																																
Рис. 11.1. Первый лист маршрутной карты
средствах технологического оснащения (для типовых ТП) и трудозатратах.
Форма основных технологических документов, состав заносимой в них информации и правила оформления регламентируются государственными стандартами.
На рис. 11.1 представлена форма первого листа основного технологического документа — маршрутной карты в соответствии с ГОСТ 3.1118—82.
В структуре маршрутной карты можно выделить две части: головная часть, где записывается информация, относящаяся к технологическому процессу в целом, и поле карты (начиная со строки 03), на котором размещается описание технологических операций.
Описание технологических операций выполняется в последовательности их выполнения блоками по четыре строки — А, Б, О, Т, между блоками обычно оставляется свободной одна строка.
В строке А указывается номер цеха, участка, рабочего места, где выполняется операция, номер операции в технологическом маршруте, ее код и наименование, обозначение документов, применяемых при выполнении операции, в том числе документов (инструкций) по охране труда (ИОТ).
Операции нумеруют числами арифметической прогрессии — 5, 10, 15 и т. д. Допускается (и часто используется) к числам добавлять слева нули (005, 010, 015 и т. д.).
Переходы следует нумеровать числами натурального ряда (1, 2, 3 и т. д.).
В строку Б заносится код, наименование оборудования и информация по затратам труда.
В строке О записывается содержание операции. При заполнении строки О запись информации следует выполнять в технологической последовательности по всей длине строки с возможностью, при необходимости, продолжения записи на последующие строки.
В строке Т перечисляются средства технологического оснащения, обеспечивающие выполнение операции. При записи обозначений и наименований технологической оснастки следует руководствоваться государственными и отраслевыми стандартами. Позиции перечня следует разделять точкой с запятой. Запись выполняют по всей длине строки с возможностью, при необходимости, продолжения записи на последующие строки.
11.1. Состав и форма документации технологического проектирования
353
Содержание информации, записываемой в отдельные графы и поля маршрутной карты, описаны в табл. 11.1.
Таблица 11.1. Информационное содержание полей маршрутной карты *
Номер графы (поля)	Наименование графы	Содержание информации
1	М01	Служебный символ
2	М01	Наименование, сортамент, размер и марка материала, обозначение стандарта, технических условий. Запись выполняется одной строкой с применением разделительного знака дроби «/»
3	МОЗ	Код материала по классификатору
4	ЕВ	Единица величины массы (длины, площади) детали
5	МД	Масса детали по конструкторскому документу
6	ЕН	Единица нормирования, на которую установлена норма расхода материала или норма времени, например, 1,10, 100
7‘	Н. расх.	Норма расхода материала
8	КИМ	Коэффициент использования материала
9	Код заготовки	Код исходной заготовки по классификатору. Допускается указывать вид заготовки (полоса, лента)
10	Профиль и размеры	Профиль и размеры исходной заготовки. Например, для полосы — 1,0 х 270 х 1000
11	КД	Количество деталей, изготавливаемых из одной исходной заготовки
12	М3	Масса исходной заготовки
13		Поле для особых указаний. Порядок и обязательность заполнения поля устанавливается в отраслевых НТД
14	Цех	Номер цеха, в котором выполняется операция
354
Глава 11. Автоматизаций спроектирования технологических процессов
листовой штамповки
Продолжение табл. 11.1
Номер графы (поля)	Наименование графы	Содержание информации
15	Уч.	Номер участка
16	ТМ	Номер (код) рабочего места
17	Опер.	Номер операции в технологической последовательности изготовления, включая контроль и перемещение
18	Код, наименование операции	Код операции по технологическому классификатору, наименование операции
19	Обозначение документа	Обозначение документов, инструкций по охране труда (ИОТ), применяемых при выполнении данной операции. Позиции списка документов следует указывать через разделительный знак «;»
20	Код, наименование оборудования	Код оборудования по классификатору, краткое наименование (модель) оборудования
21	СМ	Степень механизации оборудования. Обязательность заполнения поля устанавливается в отраслевых НТД
22	Проф.	Код профессии по классификатору
23	Р	Разряд рабочего, необходимый для выполнения операции
24	УТ	Код условий труда по классификатору
25	КР	Количество рабочих, занятых при выполнении операции
26	коид	Количество одновременно изготавливаемых деталей при выполнении операции
27	оп	Объем производственной партии в штуках
28	Кшт,	Коэффициент штучного времени при многостаночном обслуживании
29	Тпз	Норма подготовительно-заключительного времени на операцию
30	Тшт.	Норма штучного времени на операцию
11.1. Состав и форма документации технологического проектйрования
355
Окончание табл. 11.1
Номер графы (поля)	Наименование графы	Содержание информации
31		Описание содержания операции
32		Перечень средств технологического осна- > щения
33		Графа дополнительной информации (по применяемости детали в изделиях, вариантам исполнения и т. п.). Графу заполняют в соответствии с требованиями отраслевых НТД
34		Обозначение комплекта документов, куда входит данный документ
35		Общее количество листов документа
36		Порядковый номер листа документа
37		Краткое или условное наименование предприятия (организации) — разработчика документа
38		Обозначение изделия (детали) по основному конструкторскому документу
39		Заполняется для типовых и групповых технологических процессов и содержит код технологических признаков, общих для группы деталей
40		Обозначение данного документа
41	»	Общая для всего технологического процесса единица нормирования. Графу заполняют в соответствии с требованиями отраслевых НТД
42		Наименование изделия (детали) по основному конструкторскому документу
43		Литера, присвоенная документу по ГОСТ 3.1102—81 (литера «И» — при разовом изготовлении изделия; литера «О» — для опытного образца или партии; литера «А» или «Б» — для серийного производства)
На рис. 11.2 представлен пример оформления первого (заглавного) листа маршрутной карты на единичный технологический процесс при его маршрутномописании.
356
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических процессов
листовой штамповки
Последующие листы маршрутной карты заполняются подобным же образом с некоторым отличием оформления головной части (в соответствии с ГОСТ).
11.2.	ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР ТЕХНОЛОГИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Информационное обеспечение САПР составляют файлы базы данных, которые можно разделить на три группы:
	условно-постоянная информация;
	текущая информация о проектируемом технологическом процессе;
	информация о ранее спроектированных технологических процессах (архив).
Условно-постоянные данные можно разделить, по крайней мере, на две группы: инвариантные даннще, свойственные технологии листовой штамповки в целом, и данные, характерные только для данного предприятия.
К первой группе данных относятся, например, данные для расчета операций вытяжки (припуски на обрезку, минимальные коэффициенты вытяжки), величины перемычек при вырубке и др. Эти данные используются соответствующими расчетными программами и должны поставляться разработчиками САПР вместе с программным обеспечением.
Вторую группу условно-постоянных данных, свойственных только данному предприятию, составляют:
	данные о применяемых на предприятии материалах (марки, сортамент, характеристики механических свойств);
	данные об имеющемся на предприятии оборудовании;
	наименования и коды технологических операций по классификатору;
	типовые фразы для описания содержания технологических переходов;
	данные о существующих на предприятии штампах;
	наименования и характеристики вспомогательных средств технологического оснащения;
	описания типовых технологических процессов и операций;
I.
11.2.	Информационное обеспечение САПР технологии листовой штамповки	357
	
	Дубл.	’		.	 
	Взам.	
	Подл.
	
	Разраб.
	Провер.	ЗВИ
	Нач. Бюро
	Нач. отд.	’	1
	Н. контр.
	м 01	Лист х/к Б-ПН-0-1,4x700x1400 ГОСТ 19904-90/K270B-4-II
	Код	ЕВ	МД	ЕН Н.расх. КИМ Код заготов:
	М 02	кг 0z001	1	0,0022	0, 46 полоса
	А	Цех | Уч.1 РМ |Опер ^Код, наименование операции
	Б	Код, наименование оборудование	СМ |
	А 03 26 1	1	1 005 1 2102 Отрезка
	Illi	,	1.1 Б 04 Ножницы листовые Н 3118
	111,1	1	1 0 05 Отрезать от листа полосы 20x700 мм; полосы сложить в стопу
	•	1	1	I-	1	-	.	1	1 т 0° Линейка - 300 ГОСТ 427-75; проволока 2,0-2Ц-11
	Illi’	II 07
	Illi	II А 08	26	010	2109 Вырубка	ИОТ № 4
	Illi	II Б 09 Пресс мод. КД-2124 ус. 250 кН; вкл. двурукое
	0 10	1	1	1	1	11 Вырубить деталь с пробивкой отв. согласно опер, эскизу;
	Pill	I	I Т 11 Штамп ШВ - 4893; тара 1Н1286 - 9
	1	1	' 1	1	"Г" Т" 12
	, „	1	1	1	1	.	II А 13	26	015	0220 Контроль
	. .1	1	1	1	.11 *3 l4 Проверить деталь визуально - 5 % от партии; все размеры
	ч	'	1	1 мк
Рис. 11.2 Пример оформления первого листа маршрутной карты
358
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических процессов
листовой штамповки
						ГОСТ 3.1118-82 Форма 1											
																	
																	
																	
																	
													<1		1		
ТИЛГ 7,58495.001										5758021 10321 - 00127							
Шайба														А			
ГОСТ 16523-89											13						
ки		Профиль и размеры					кд		М3								
		1,4x20x700					35		0,154								
'Обозначение документа																	
Проф. 1 Р 1 УТ 1 КР I КОИД I ЕН I on I Кшт | Тпз. | Тшт.																	
1.1	II	1	1	1	1	1 ИОТ № 159																	
II	II	1	1	1	1	1 17914	31	1	35	1	0,121																	
II	1-1	1	1	1	1	1 и перевязать проволокой																	
1	1	1	1	1	1	1	1	1 ГОСТ 3282-74																	
. 1	1	1'	1	1	1	1	1	1																	
।	।	।	।	: ।	।	।	i	। ‘ /																	
1	1	1	1	1	1	1	1	1 19700	31	11-1	0,030																	
1	1	' 1	 1	1	1	1	1	1 сложить в тару.																	
II	II	1'1	1	1	1																	
1-1	1	1	III	1	1 																	
II	II	l.l'l	1	1																	
1	1	1	1	1	1	1	1	1 обеспечиваются оснасткой; заусенцы не допускаются.																	
1	1	1	1	1	1	1	1	1																	
11.2. Информационное обеспечение САПР технологии листовой штамповки
359
 описания групповых технологических процессов и операций.
Структура файлов базы данных этой группы может быть различной, но, как минимум, эти данные должны быть достаточны для оформления технологических документов.
Наполнение базы данных второй группы может выполняться самим пользователем или разработчиком САПР по согласованию с предприятием, однако в любом случае в системе должны быть предусмотрены программы, обеспечивающие ввод этих данных, так как данные этой группы должны периодически дополняться.
Результаты текущего проектирования конкретного технологического процесса — это данные, которые необходимы для оформления технологических документов (см. рис. 11.2). Структура файлов базы данных, в которые должны быть записаны результаты проектирования, зависит от того, какими средствами формируется модель технологического документа (маршрутной карты).
В качестве примера определим структуру файла базы данных технологического маршрута, если для подготовки модели маршрутной карты использовать графическую систему T-FLEX CAD. Как отвечалось в п. 10.4, достоинствами этой графической системы, среди прочих, является возможность создания параметрической модели объекта и считывания значений параметров из файлов базы данных.
В модели маршрутной карты, создаваемой в системе T-FLEX CAD, все элементы информации, связанные с конкретным технологическим процессом, могут быть описаны как переменные параметры, считываемые из базы данных. Для такого считывания достаточно указать путь к файлу базы данных, имя поля, значение которого необходимо считать, и условие, по которому можно найти это поле (имя поля определяет имя столбца таблицы, условие — строку).
Для размещения данных единичных технологических маршрутов можно организовать два отношения (файла) «Технологический маршрут» и «Операции технологического маршрута», в которые будут соответственно заноситься данные, необходимые для оформления головной части маршрутной карты, и будут записываться параметры технологических операций.
360
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических процессов
листовой штамповки
11.2.1.	Отношение (файл) «Технологический маршрут»
<ИД> — идентификатор детали, для которой разрабатывается технологический маршрут (см. п. 10.4);
<ВИД> — вид технологического процесса (временный, рабочий; перспективный);
ИТМ — идентификатор (обозначение) технологического маршрута;
ИМ — идентификатор материала;
НормаМ — норма расхода материала;
КИМ — коэффициент использования материала;
Вид Из — вид исходной заготовки;
ШирИз — ширина исходной заготовки;
ДлИз — длина исходной заготовки;
КД — количество деталей в исходной заготовке;
М3 — масса исходной заготовки;
КОп — количество операций в технологическом маршруте.
11.2.2.	Отношение «Операции технологического маршрута»
<ИТМ> — идентификатор (обозначение) технологического маршрута;
НОП — номер операции в технологическом маршруте;
НамОП — наименование операции;
КодОП — код операции;
ИгрОп — имя графического файла операционного эскиза;
ИгрЗаг — имя графического файла эскиза заготовки для операции;
ИОТ — обозначение инструкции по охране труда;
ИОВ — идентификатор оборудования;
ИОС — идентификатор описания; содержания операции;
ИШТ — идентификатор (обозначение) штампа для выполнения операции;
ИТ1, ИТ2, ИТЗ и т. д.— идентификаторы (обозначения) вспомогательной оснастки, приспособлений и измерительного инструмента, используемых при выполнении операции (3—5 полей).
Для заполнения описанных отношений в системе необходимо предусмотреть специальную проектную процедуру, которую можно назвать, например, «Идентификация технологического маршрута».
11.2. Информационное обеспечение САПР технологии листовой Штамповки 361
Содержание этой проектной процедуры может быть следующим: пользователю предлагается ввести обозначение детали, для которой разрабатывается технологический маршрут, и вид технологического маршрута. По обозначению детали программа определяет значение идентификатора детали и Нро-веряет, имеется ли в отношении 11.2.1 строка, в которой значения атрибутов ИД и ВИД равны заданным значениям. Если такая строка имеется, то это означает, что данная процедура уже ранее была выполнена и следует перейти к следующей проектной процедуре. Если искомой строки нет, то в отношении 11.2.1 создается новая строка, в поля ИД и ВИД этой строки записываются заданные значения этих атрибутов, определяется идентификатор технологического маршрута (ИТМ) как число, на единицу большее наибольшего имеющегося значения ИТМ.
В отношении 11.2.2 также создается новая строка с установленным новым значением атрибута ИТМ. Значения остальных атрибутов отношений 11.2.1 и 11.2.2 определяются по мере последующего проектирования.
Для хранения информации о спроектированных и утвержденных технологических процессах организуется так называемый электронный архив.
Электронный архив представляет собой базу данных и специализированный комплекс программного обеспечения (СУБД), с помощью которого осуществляется запись информации в архив, поиске необходимых документов по установленным критериям, вывод документов для просмотра и редактирования. Разработка и организация электронного архива является отдельной сложной задачей.
11.3. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР ТЕХНОЛОГИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
Основными составляющими САПР технологии обработки листовых материалов являются база данных, прикладное программное обеспечение проектных процедур и подсистем, управляющая программа (монитор) и графическая система, с помощью которой выполняются операционные эскизы и эскизы загото-
362
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических процессов
листовой штамповки
САПР технологических процессов
Рис. 11.3. Структура САПР технологических процессов
вок, оформляются маршрутные карты и другие технологические документы (рис. 11.3).
Основными принципами организации САПР являются модульное построение программного обеспечения и независимость последнего от данных, что позволяет упростить прикладные программы за счет отсутствия в них массивов данных и снизить восприимчивость системы к вносимым изменениям при ее модификации и развитии, увеличивая тем самым жизненный цикл САПР в целом.
Состав прикладного программного обеспечения определяется задачами и содержанием технологического проектирования, основные этапы которого представлены на рис. 11.4 [15].
В соответствии с содержанием технологического проектирования в состав комплекса прикладных программ и подсистем должны входить:
	подсистема ввода исходной информации в базу данных;
	процедура идентификации технологического маршрута (см. п. 11.2);
	комплекс прикладных программ расчета размеров плоских заготовок для операций гибки и вытяжки;
11.3. Организация и программное обеспечение САПР технологии листовой	363
штамповки
Рис. 11.4. Основные этапы автоматизированного проектирования технологических процессов
	подсистема раскроя исходной заготовки для штамповки (полосы, ленты);
	подсистемы раскроя исходного материала;
	процедура формирования технологического маршрута;
	подсистема проектирования технологических операций;
	процедура подготовки технических заданий на проектирование технологической оснастки;
	процедура оформления технологической документации.
Каждая из проектных процедур и подсистем использует информацию соответствующих разделов базы данных, а завершаться работа должна записью результатов также в базу данных.
Монитор тоже является элементом программного обеспечения САПР и осуществляет управление процессом проектирования.
Исходными данными для САПР являются данные об изделиях и входящих в них деталях; состав этих данных был рассмот
364
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических процессов
листовой штамповки
рен в п. 10.4. При автономном использовании САПР эти данные вводятся пользователем в интерактивном режиме. Если на предприятии уже создана база данных изделий и деталей, например в конструкторском подразделении, то эти данные могут быть использованы и в САПР технологических процессов и последняя, таким образом, может быть интегрирована в единую систему управления предприятием.
Первым этапом в разработке технологии является выбор объекта проектирования — детали, для которой разрабатывается технологический процесс. Этот этап выполняется в интерактивном режиме в следующей последовательности: выбор изделия из списка, Считываемого из базы данных; вывод списка обозначений и наименований деталей, входящих в состав изделия; выбор нужной детали. В.программе, поддерживающей выполнение данного этапа проектирования, должна быть предусмотрена возможность автоматического поиска детали по обозначению основного конструкторского документа (чертежа), введенному пользователем, или даже по нескольким первым символам этого обозначения.
В начальный этап проектирования следует отнести и процедуру идентификации технологического маршрута (см. п. 11.2).
Определение размеров и формы плоских заготовок, проектирование раскроя исходной заготовки и исходного материала включают в себя и выполнение соответствующих эскизов, для чего должна быть использована некоторая графическая система. Вопросы выбора графической системы для САПР ТПП рассмотрены в п. 10.3, при этом в САПР технологических процессов целесообразно использовать ту компьютерную графику, которая используется при проектировании штампов, с тем, чтобы исключить сложности интеграции подсистем ТПП [15].
Формирование технологического маршрута заключается в определении состава и последовательности выполнения технологических операций и относится к проектным процедурам, трудно поддающимся формализации, поэтому в большинстве случаев эта процедура выполняется в интерактивном режиме.
Возможны три схемы интерактивного формирования технологического маршрута: формирование оригинального единичного маршрута, редактирование маршрута-аналога, скопированного из архива, и проектирование нового маршрута на основе типовых или групповых техпроцессов.
11.3. Организация и программное обеспечение САПР технологии листовой	365
штамповки
При формировании оригинального единичного технологичен ского маршрута пользователю может быть выведен список наименований операций, при этом для удобства работы пользователя операции целесообразно разделить на группы, например, заготовительные операции (отрезка на листовых ножницах, от* резка на вибрационных ножницах, разметка и др.), операции штамповки (вырубка, гибка, вытяжка и др.), операции общего назначения (перемещение, маркирование, контроль и др.).
Последовательно выбирая из списков необходимые операции, пользователь формирует технологический маршрут. По завершении процедуры наименования, коды и порядковые номера операций в установленной пользователем последовательности записываются в файл «Операции технологического маршрута» базы данных.
Описание содержания технологических операций, выбор для них оборудования, штампового и вспомогательного инструмента и приспособлений, нормирование трудовых затрат выполняются на следующем этапе проектирования, и эти действия пользователя должны быть поддержаны соответствующими прикладными программами.
Одной из проектных процедур должно быть утверждение пользователем результатов своей работы. Показателем такого утверждения для системы может быть запись общего количества операций в технологическом маршруте в соответствующий файл базы данных (см. отношение 11.2.1 «Технологический маршрут»). Этот параметр в последующем может быть использован также в процедуре оформления технологической документации для определения числа листов в модели маршрутной карты.
Относительно самостоятельной является процедура подготовки технических заданий на проектирование технологической оснастки.
В состав технического задания входят операционный эскиз и эскиз заготовки для операции, а также описание требований безопасности к конструкции, в том числе способов подачи заготовки и удаления отштампованных деталей и отходов, способа крепления штампа к прессу и указание защитных устройств.
Информационно процедура связана с операциями технологического маршрута, и часть информации для подготовки технического задания на проектирование штампа может быть получена из числа данных о соответствующей технологической 'операции (см. отношение 11.2.2 «Операции технологического
366
Глава 11. Автоматизация проектирования технологических процессов
листовой штамповки
маршрута»), а дополнительная информация, связанная с описанном требований безопасности, может быть введена пользователем в интерактивном режиме.
; Оформление документа «Техническое задание на проектирование штампа» может быть выполнено как с помощью текстового редактора, так и с помощью параметрической графической системы.
Формирование технологического маршрута на основе единичного маршрута-аналога и типовых или групповых техпроцессов должно поддерживаться соответствующими программами поиска аналогов и программами, обеспечивающими пользователю удобное редактирование выбранного аналога.
Заключительной процедурой САПР технологии является подготовка и оформление технологической Документации. При использовании для формирования моделей технологических документов параметрической графической системы, например T-FLEX CAD, эта процедура будет включать в себя следующие операции: определение пользователем имен документа и детали, для которой оформляется документ, и вывод графической модели документа на экран дисплея для просмотра, при этом все параметры документа будут автоматически считываться из соответствующих файлов базы данных.
После утверждения технологом модель документа записывается в архив, откуда может быть выведена его твердая копия.
Как показывает практика, правильно спроектированная и программно обеспеченная САПР позволяет на порядок повысить производительность труда технологов.
ГЛАВА 12
ОСНОВЫ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ШТАМПОВ
12.1. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ ШТАМПОВ
Штамп является инструментом для выполнения некоторой технологической операции листовой штамповки, поэтому информация о содержании этой технологической операции и должна составить техническое задание (ТЗ) на его проектирование. Это задание должно содержать наименования выполняемых в штампе операций или переходов, указание типа штампа (простого, последовательного или совмещенного действия), эскизы полуфабриката (детали) после выполнения данной операции и заготовки, поступающей в штамп, указание способа подачи заготовки в штамп и удаления отштампованных деталей (полуфабрикатов) и отходов, способа ограничения шага штамповки (с помощью шаговых ножей, шаговых упоров, подающего устройства), необходимости фиксирования заготовки перед штамповкой, ее прижима к базовым направляющим или фиксирующим элементам, установки разовых упоров на первые рабочие ходы (при штамповке из полосы или ленты). В ТЗ должны быть также указаны расчетная величина технологического усилия, требуемая величина рабочего хода ползуна пресса, модель пресса, на котором планируется эксплуатация штампа, требования безопасности к его конструкции.
Чертежи штампа — сборочные и рабочие — выполняются в соответствии с требованиями ЕСКД и ГОСТ 2.424—80 «Правила выполнения чертежей штампов».
На сборочном чертеже изображается основной вид (разрез) штампа в положении, соответствующем конечному моменту штамповки. На дополнительных видах, разрезах, сечениях допускается изображать штампы в раскрытом состоянии, при этом над изображением делается соответствующая надпись («Враскрытом состоянии»). Одной из особенностей оформления сборочного чертежа штампа по сравнению с чертежами других объектов является изображение вида сверху на нижнюю часть штампа при условно снятой его верхней части — так на-
368	Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
зываемый план низа. Во многих случаях на сборочном чертеже изображают также план верха — вид сверху на штамп в целом. План верха бывает особенно необходим при проектировании сложных многопуансонных штампов. На плане верха пунктирными линиями показывают расположение пуансонов, толкателей, пружин, элементов крепежа.
Если все виды размещаются на одном листе чертежа, то основной разрез и план низа выполняют в прямой проекционной связи.
План верха обычно изображают не в прямой проекционной связи с основным разрезом и над изображением наносят надпись «План верха». Допускается план верха не изображать, если это не затрудняет чтения чертежа.
При оформлении сборочных чертежей на крупные штампы часто каждый из видов располагают на отдельном листе.
На плане низа в виде «обстановки», т. е. тонкими линиями, показывают контур заготовки. В разрезах и сечениях заготовку и штампуемую деталь, толщина которой на изображении не превышает двух мм, показывают зачерненной, при большей толщине — заштриховывают участками по три линии.
На сборочном чертеже должны быть указаны размеры и обозначения посадочных соединений, размеры, необходимые для контроля правильности сборки штампа, габаритные размеры штампа в плане, а также размер закрытой высоты (расстояние между верхней плоскостью верхней плиты и нижней плоскостью нижней плиты) и размер так называемого вылета (расстояния от продольной оси штампа до наиболее удаленной точки его задней стороны).
На первом листе сборочного чертежа в правом верхнем углу помещают таблицу «Комплект штампов» (рис. 12.1), в которой
оо

Комплект штампов
д д
Штамп вытяжной Штамп обрезной Штамп пробивной Штамп для правки
130
ШФ-1208 ШВ-2478 ШВ-24 79 ШВ-24ШТ
60
as
Рис. 12.1. Эскиз таблицы «Комплект штампов»
12.1.	Правила выполнения чертежей штампов
369
приводят наименования и обозначения всех штампов, используемых при изготовлении данной детали. На первом же листе сборочного чертежа в правом верхнем углу под таблицей «Комплект штампов» помещают эскиз полуфабриката (детали) после данной операции (операционный эскиз) и эскиз заготовки (или схему обработки заготовки).
Допускается эскиз детали после данной операции, эскиз заготовки и схему ее обработки выполнять на отдельном листе сборочного чертежа.
На операционном эскизе штампуемую деталь (полуфабрикат), как правило, изображают в том положении, в каком она обрабатывается в дайном штампе. На изображении наносят только те размеры, которые оформляются в данной операции.
На схеме обработки заготовки следует выделять штриховкой зоны материала, отделяемые от заготовки (отходы, вырубаемая деталь).
Над основной надписью первого листа сборочного чертежа размещают текст технических требований к конструкций и эксплуатации штампа.
В технических требованиях указывают о необходимости уточнения расчетных размеров рабочих контуров после опытной обработки формы и размеров плоской заготовки (для разделительных штампов), необходимости уточнения угла пружинения при гибке и др.
В технических требованиях могут быть указаны также особые условия по обеспечению надежности работы механизмов штампа, требования правил техники безопасности (применение пинцетов, щипцов, способ включения пресса и др.), технологическое усилие, параметры пресса.
Если все элементы сборочного чертежа размещаются на одном листе, то их взаимное расположение обычно соответствует рис. 12.2.
При выполнении чертежей основных рабочих деталей штампов одну из них можно назначить «базовой», на ее чертеже нанести необходимые размеры с предельными отклонениями, а на чертежах сопрягаемых деталей нанести номинальные размеры без предельных отклонений. Эти размеры помечают знаком звездочка «*», а в технических требованиях делают соответствующие записи. Например, если «базовой» рабочей деталью является матрица, то на чертеже пуансона делают запись «Пригнать по матрице (поз. ...) с зазором ... мм на сторону».
‘370
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Рис. 12.2. Схема расположения элементов сборочного чертежа штампа
На чертежах деталей координаты отверстий под крепежные детали наносят только на одной из скрепляемых деталей (обычно на закаленной). На чертежах других деталей у размеров отверстий ставят звездочку «*», а в технических требованиях делают запись: «По матрице» или «По державке».
12.2.	ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛЕЙ ОПЕРАЦИОННЫХ ЭСКИЗОВ
Операционный эскиз — это эскиз полуфабриката после выполнения данной технологической операции.
Особенности построения операционных эскизов, с одной стороны, связаны с особенностями технологии листовой штамповки и конструирования штампов, а другой стороны — с особенностями использования компьютера для проектирования.
Например, в штампах для выполнения разделительных операций изображение контура штампуемой детали (полуфабриката) и (или) ее элементов участвует в формировании изображе
12.2. Особенности построения моделей операционных эскизов
371
ний видов сверху (планов) многих деталей: матрицы, пуансонов, съемника и др.
При использовании компьютера было бы противоестественным при формировании изображения каждой из названных деталей штампа заново чертить контур детали (полуфабриката) и, наоборот, естественным является использование копии ранее созданной модели этого контура как отдельного слоя или фрагмента изображения проектируемой детали штампа.
При построении операционного эскиза прежде всего следует определить положение базовых осей и центра баз как точки пересечения этих осей.
Очевидно, что центр баз модели детали, симметричной относительно двух осей, должен совпадать с центром симметрии этой детали, который будет и конструкторским центром баз. Однако в очень многих случаях, в том числе простых, конструкторский центр баз оказывается неудобным использовать как центр баз модели.
Естественно, что выбор положения центра баз модели связан с особенностями используемой графической системы, однако излагаемые ниже рекомендации могут быть полезны в работе с любой графической системой.
Так, например, для детали, показанной на рис. 12.3, а, конструкторским центром баз является точка 1. Если эту точку выбрать,в качестве центра баз модели детали и далее получать контур пуансона-матрицы (считая, что деталь будет изготавливаться в штампе совмещенного действия) путем редактирования копии модели детали, то положение точки 1 будет необходимо сместить на некоторую величину или переопределить как новый центр баз (точка 1", рис. 12.3, б). Такие же действия нужно будет выполнить при формировании контура отверстия съемника (точка Г). Но еще существенно то, что при использовании таких моделей контуров пуансона-матрицы и отверстия съемника для формирования изображения плана низа штампа для каждой из этих моделей потребуется строить отдельные точки привязки.
Учитывая эти факторы, связанные с особенностями проектирования штампов, логично в качестве центра баз модели детали выбрать точку, которая при последующих видоизменениях модели детали не будет менять своего положения. В данном случае такой точкой является точка 2 — центр отверстия.
372
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Рис. 12.3. Схема моделирования операционного эскиза для реализации прямого раскроя
Таким образом, при создании моделей плоских деталей (полуфабрикатов) центр баз модели не следует связывать с наружным контуром детали. Сформулированная рекомендация справедлива при использовании в САПР как графической системы T-FLEX CAD, так и AutoCAD.
12.2. Особенности построения моделей операционных эскизов
373
Другие особенности построения операционных эскизов связаны, в первую очередь, с особенностями технологии листовой штамповки и конструирования штампов и могут быть реализованы лишь в параметрических графических системах.
Так, например, если деталь, показанную на рис. 12.3, а, решено изготавливать в штампе последовательного действия, то ее модель целесообразно построить с возможностью выноса внутреннего контура (контура отверстия) за пределы наружного контура путем изменения значения некоторого параметра (в данном случае шага штамповки t). В этом случае, выбрав в качестве центра баз модели точку 2 (рис. 12.3, в) и построив изображение наружного контура, далее нужно построить точку 2' на расстоянии t по горизонтали от точки 2 и в точке 2', как в центре, построить окружность с заданным диаметром. Такое расположение контуров детали (с отредактированными размерами) будет отвечать планам матрицы, съемника, нижней плиты штампа, а изображение детали (см. рис. 12.3, а) может быть получено, если принять t = 0.
В разделительных операциях часто используются так называемые наклонные раскрои, когда наружный контур детали расположен под некоторым углом к горизонтали. В этом случае модель операционного эскиза целесообразно строить так, чтобы при изменении значения некоторого параметра его наружный контур мог быть повернут относительно центра баз.
Пример детали, которую целесообразно штамповать при наклонном расположении контура, представлен на рис. 12.4, а. Операционный эскиз такой детали целесообразно построить следующим образом/Выбрав в качестве центра баз точку 2, провести через эту точку две вспомогательные взаимно перпендикулярные линии и 12 (рис. 12.4, б) и далее относительно этих вспомогательных линий как осей построить изображение детали.
У min
alfa \ *1
Рис. 12.4. Схема моделирования операционного эскиза для реализации наклонного раскроя
374
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
чертежа
Рис. 12.5. Модели операционных эскизов для формоизменяющих операций: а), б) для гибки; в) для вытяжки
Если деталь будет решено изготавливать в штампе последовательного действия, то, как было указано выше, отверстие следует построить с центром в точке 2\ отстоящей от центра баз детали (точки 2) на расстоянии t, равном шагу штамповки (рис. 12.4, в).
Из модели по рис. 12.4, в получить изображение детали (см. рис. 12.4, а) можно, положив alfa = 90° и t = 0.
Построить модель детали описанным способом сравнительно просто в параметрической графической системе типа T-FLEX CAD и невозможно в непараметрической системе типа AutoCAD.
При определении положения центра баз моделей операционных эскизов для формоизменяющих операций также необходимо учитывать возможные видоизменения и использование копий этих моделей. На рис. 12.5, а представлен операционный эскиз угольника. Модель этого эскиза целесообразно построить с возможностью его поворота относительно центра баз с тем, чтобы этот эскиз можно было напрямую (без копирования) использовать как фрагмент сборочного чертежа (рис. 12.5, б). Кроме того, при рекомендуемом способе построения операционного эскиза копии последнего можно (и нужно!) использовать
12.2. Особенности построения моделей операционных эскизов.
375
при создании моделей пуансона и матрицы. Такое построение, помимо всего прочего, позволит легко создать и сборочный чертеж, совместив центры баз его элементов (фрагментов) с одной из точек сборочного чертежа.
На рис. 12.5, в представлен операционный эскиз осесимметричной детали, изготавливаемой с помощью вытяжки. В этом случае центр баз модели операционного эскиза целесообразно разместить в точке 1. Эта же точка должна быть центром баз моделей пуансона и выталкивателя, что упростит создание этих моделей и формирование сборочного чертежа.
12.3.	МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМЫ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВКИ
В соответствии с требованиями к оформлению сборочного чертежа штампа (см. п. 12.1) на нем должен быть представлен эскиз заготовки, поступающей в штамп. В общем случае этот эскиз помимо размеров и изображения формы заготовки должен содержать указание последовательности выполнения технологических переходов (если таковые есть) и способов направления и фиксации положения заготовки в штампе. Такой эскиз в теории технологии машиностроения называют схемой обработки заготовки,
В технологических процессах, содержащих простые формоизменяющие операции (например, гибку, вытяжку), результат выполнения предыдущей операции (например, плоская заготовка для гибки шосле вырубки или цолый полуфабрикат для последующей вытяжки) является заготовкой для последующей формоизменяющей операции. Указания по фиксированию этой заготовки в штампе обычно заносят в техническое задание на его проектирование* и задача сводится практически к копированию операционного эскиза предыдущей операции.
С другой стороны, схемы обработки заготовки всегда разрабатываются при вырубке и пробивке из полосы или ленты (в этом случае их чаще называют схемами раскроя полосы), при последовательной вытяжке в ленте и ряде других случаев.
Рассмотрим методику моделирования схемы обработки заготовки для вырубки и пробивки детали (полуфабриката) из полосы в штампах совмещенного и последовательного действия.
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
376
Рис. 12.6. Модель схемы обработки заготовки для штампа совмещенного действия
На рис. 12.6 представлена схема обработки заготовки для вырубки и пробивки детали по рис. 12.3 в штампе совмещенного действия.
Структурно модель эскиза по рис. 12.6 можно представить состоящей из нескольких элементов: модели полосы, двух видоизмененных копий операционного эскиза и схемы расположения упоров. В первой (правой) копии операционного эскиза должны быть удалены (или подавлены) размеры и заштрихованы контуры разделения, во второй — удалены размеры и изображение контура пробиваемого отверстия. Назовем эти копии операционного эскиза соответственно «Деталь!» и «Деталь 2», и тогда структуру модели схемы обработки заготовки можно представить, как показано на рис. 12.7.
Копии операционного эскиза «Деталь!» и «Деталь2» могут быть получены автоматически, а их редактирование должен вы
полнить сам пользователь.
Очевидно, что модель полосы должна быть единой для всех случаев штамповки по подобной схеме, т. е. параметрической, при этом ее параметры должны быть связаны с параметрами штампуемой детали, в первую очередь с толщиной материала детали и ее габаритными размерами.
Рис. 12.7. Структура модели схемы обработки заготовки для штампа совмещенного действия
12.3. Моделирование схемы обработки заготовки
377
Рис. 12.8. Элементы структуры модели схемы обработки заготовки для штампа совмещенного действия
Эскиз модели полосы представлен на рис, 12.8, а, при этом пунктирные линии на этом эскизе являются вспомогательными, иллюстрирующими построение модели; при выводе на бумагу эти линии будут отсутствовать.
Перечень параметров модели полосы можно разделить на три группы: исходные данные, рассчитываемые параметры и параметры, определяемые пользователем.
Для построения модели полосы следует выделить и ввести такие параметры детали, как расстояния от центра баз модели (точка!) до крайних верхней, нижней, левой и правой точек контура детали в положении штамповки (рис. 12.8, б — соответственно i/max, i/rain, xmin, xmax. В данном частном примере сум-ма Ут&х и £/min Равна наибольшему габаритному размеру детали L, однако во многих случаях, например при реализации наклонного раскроя, такого совпадения не будет. К числу исходных данных следует также отнести величину шага штамповки, зависящей от вида раскроя полосы и определяемой при технологическом проектировании.
К числу параметров модели полосы, которые можно (и нужно) рассчитать, относятся величины боковой и шаговой перемычек у допуск на ширину полосы при отрезке на ножницах (delta). Значения этих параметров могут быть считаны из соответствующих файлов базы данных. Кроме этого, может быть рассчитана сама ширина полосы Вп с учетом особенностей ее направления в штампе (см. п. 3.3), вертикальная координата положения направляющих упоров (см. рис. 12.8, в) и параметры хо, хк, определяющие положение линий изображения соответственно начала и конца полосы (см. рис. 12.8, а).
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
378
Необходимо отметить, что далеко не все параметры модели схемы обработки заготовки могут быть определены путем расчета по исходным данным, многие могут быть установлены лишь самим пользователем. К таким параметрам относятся величина диаметра упоров Dyn (шагового и направляющих), координаты расположения шагового упора относительно центра баз модели полосы (хуп и г/уп), расстояние по горизонтали между направляющими упорами /упнм (см. рис. 12.8, в).
В результате формирования модели схемы обработки заготовки пользователь может определить габаритные размеры хрз и z/p3 рабочей зоны штампа, которые необходимы для расчета размеров матрицы и других деталей штампа, а также координаты (смещения) центра рабочей зоны относительно центра баз модели полосы Ех, Еу (см. рис. 12.6). Необходимо указать, что графическая система T-FLEX CAD содержит программные средства, позволяющие вывести значения параметров любой модели в некоторый внешний файл, в том числе в файл базы данных, с тем, чтобы эти данные могли быть использованы в расчетах параметров других элементов объекта (в нашем случае — штампа).
Необходимо также отметить, что любой чертеж в системе T-FLEX CAD содержит так называемый калькулятор, в который могут быть введены параметры (переменные) формируемой модели, их значения или математические выражения, определяющие эти значения, а также комментарий, поясняющий физическую (или графическую) сущность переменной. Значения параметров, занесенных в калькулятор, автоматически считываются в чертеж. При изменении значений параметров пользователем чертеж автоматически перестраивается.
С учетом изложенного выше можно констатировать, что моделирование схемы обработки заготовки для вырубки и пробив-. ки представляет собой интерактивную (с участием пользователя) проектную процедуру1 САПР, содержание которой представлено на рис. 12.9.
1 Процедура — определенная совокупность элементарных действий по обработке информации, приводящая к изменению ее состава или места расположения (ЕСТПП ГОСТ 14.104—74. Правила разработки графической информационной модели системы технологической подготовки производства).
12.3. Моделирование схемы обработки заготовки
379
Редактирование копий операционного эскиза “Деталь Г9 и “Деталь 2" j Ввод значений исходных данных и параметров, определяемых пользователем-конструктором _________ L -Проверка и редактирование (при необходимости) значений расчетных параметров
Проверка и редактирование (при необходимости ) графической части схемы обработки заготовки
I	ZZ
Вывод параметров модели схемы обработки заготовки во внешнюю (по отношению к модели) среду
Рис. 12.9. Содержание проектной процедуры «Схема обработки заготовки»
В качестве второго примера рассмотрим подход к формированию модели схемы обработки заготовки для вырубки и пробивки детали по рис. 12.4, а в штампе последовательного действия с шаговым ножом при однорядном наклонном раскрое (рис. 12.10). Структура модели этой схемы обработки заготовки показана на рис. 12.11 и отличается от структуры ранее рассмотренной модели (см. рис. 12.7) лишь тем, что вместо фрагмента схемы расположения упоров в нее входит фрагмент плана отверстия под шаговый нож.
Перечень параметров рассматриваемой схемы обработки заготовки во многом повторяет таковой для схемы обработки при штамповке в штампе совмещенного дейст-
вия, однако в нем будут отсутствовать параметры, связанные с упорами, и дополнительно должны быть введены параметры, определяющие положения и размеры отверстия под шаговый нож (Хнож, Внож/см. рис. 12.10). Кроме того, ширина полосы Вп
Рис. 12.10. Модель схемы обработки заготовки для штампа последовательного действия
380
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Рис. 12.11. Структура модели схемы обработки заготовки для штампа последовательного действия
должна рассчитываться с учетом наличия или отсутствия прижима полосы к базовой направляющей (см. п. 3.3).
Процедура формирования модели схемы обработки заготовки по рис. 12.10 по своему содержанию аналогична ранее рассмотренной (см. рис. 12.9).
12.4.	МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАНДАРТНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИЙ
Стандартные модели составляют основу графической базы конструкторских САПР. Чем больше объем такой базы, тем шире возможности развития САПР, причем, в первую очередь, самим пользователем, а не только системным программистом.
К стандартным следует отнести модели элементов (деталей, узлов), для которых известна форма, а размеры хотя и определяются пользователем, но выбираются из некоторых таблиц или размерных рядов.
К стандартным моделям относятся, например, модели крепежных изделий (болты, винты, штифты и другие), модели очень многих стандартных деталей и узлов машин, приборов, технологической оснастки, в том числе и штампов. Информационное обеспечение таких моделей включает в себя графическое изображение й текстовую составляющую в виде файлов базы данных. Для создания моделей стандартных деталей требуется параметрическая графическая система, включающая в себя средства обмена данными между графической и текстовой составляющими модели, например, T-FLEX CAD.
В конструкциях штампов можно также выделить элементы, для которых форма унифицирована и, следовательно, известна,
12.4. Моделирование стандартных элементов конструкций
381
а размеры рассчитываются с помощью программ или пользователем САПР без использования стандартных рядов Жйй массивов данных. Будем называть такие модели унифицированными.	4
К унифицированным моделям можно отнести, например; профили рабочих отверстий матриц для вырубки и пробивки (см. п. 2.6), модели конструктивных исполнений пуансонов-матриц разделительных штампов совмещенного действия и другие.
Информационное обеспечение таких моделей в целом аналогично обеспечению моделей стандартных, поэтому в последующем при описании методов формирования таких моделей не будем делать различий.
Первым этапом создания параметрической стандартной модели должен быть анализ геометрии объекта, определение структуры изображения, положения центра баз, изучение литературных данных об объекте, проектирование и формирование файла базы данных.
( Большинство стандартных деталей (хвостовики, направляющие колонки и втулки, винты, штифты и др.) не требуют создания моделей рабочих чертежей (деталировки), а участвуют лишь в сборке. Однако в оригинальных деталях штампа присутствуют элементы изображения, связанные со стандартными деталями, например, отверстия под направляющие колонки и втулки в плитах штампа, отверстие для установки хвостовика в верхней плите и т. п.
Изображение, стандартной детали участвует в формировании сборочного чертежа, как правило, в качестве фрагмента, поэтому при моделировании важно правильно выбрать положение центра баз изображения с тем, чтобы можно было нанести его как фрагмент на сборочный чертеж без выполнения дополнительных построений на последнем.
Рекомендации по построению моделей стандартных деталей проиллюстрированы ниже на примере цилиндрического пуансона по ГОСТ 16621—80 (рис. 12.12). Пуансоны являют
Рис. 12.12. Параметрическая модель цилиндрического пуансона
382
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
ся одними из основных рабочих деталей штампа, поэтому в отличие от других стандартных деталей для них выполняют и деталировочный чертеж.
Список атрибутов файла базы данных для модели этого пуансона представлен в табл. 12.1.
Таблица 12.1. Описание базы данных «Пуансон_16621»
Имя поля	Описание сущности поля	Тип поля	Общая дли^а ПОЛЯ ;
<d>	Рабочий диаметр пуансона	Вещественное	6,3
D	Диаметр переходной от рабочей к посадочной части	Вещественное	4,2
Dl	Диаметр посадочной части	Вещественное	4,2
D2	Диаметр фланца	Целое	2
<L>	Длина пуансона	Целое	2
Н	Длина посадочной части, включая фланец	Целое	2
hl	Длина рабочей части	Целое	2
h2	Высота фланца	Целое	1
Ключевыми атрибутами этой базы данных являются:
	диаметр рабочей части пуансона d, значение которого вводится пользователем САПР;
	длина пуансона L, которая может быть рассчитана по внешней по. отношению к модели пуансона программе, передана затем в базу данных, а оттуда — считана в модель пуансона.
Значения всех прочих параметров модели пуансона могут быть считаны из базы данных по «ключам» <d> и <L>.
В табл. 12.2 представлен макет калькулятора модели пуансона, выполненной с помощью системы T-FLEX CAD (в строках 7, 8, 9 знак && означает логическое «и»).
В табл. 12.3 представлен фрагмент файла базы данных для рассматриваемого пуансона в том виде, как он будет выглядеть на экране дисплея компьютера.
^12.4. Моделирование стандартных элементов конструкций	383
Таблица 12.2. Пример возможных записей в калькуляторе модели чертежа пуансона
		Имя переменной	Выражение	Значение	Комментарий
1	J	d	20.15	20.15	Рабочий диаметр пуансона
2	J	L	71	71	Длина пуансона
3		D1	йЬД<ВВВ>+“Пуансон_16621”, “Dl”,“d>={d}”)	22	Диаметр посадочной части
4		D	DI	22	Диаметр переходной части
5		ur_D	Л>0?1:-1	1	Уровень видимости размера D
6		D2	d&/(<-DB-F>+“IIyaHCOH—16621”, “D2”,“d>={d}”)	26	Диаметр фланца
7		h	dbf(<DBF>+“nyaHcoH_16621”, “Я”, «d>={d}&&L> = {L}”)	28	Высота посадочной части
8		hl	с?Ь/,(<РВВ>+“Пуансон_16621”, “hl” ,“d>={d}&&L> = {£}”)	20	Высота рабочей части
9		h2	db Д <ВВВ>+“Пуансон_16621”, “b2”,“d>={d}&&L> ={£}”)	6	Высота фланца
Таблица 12.3. Фрагмент базы данных цилиндрического пуансона
Номер . строки	d	D	D1	D2	L	Н	hl	h2
1	17	18	18	22	32	0	10	4
2	17	18	18	22	36	0	12	4
3	17	18	18	22	40	0	14	4
4	17	18	18	22	45	0	14	6
5	17	18	18	22	5Q	0	16	6
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
384
Окончание табл, 12.3
Номер строки	d	D	D1	D2	L	Н	hl	h2
6	17	18	18	22	56	25	16	6
7	17	18	18	22	63	25	18	6
8	17	18	18	22	67	25	18	6
9	17	18	18	22	71	28	20	6
10	19	20	20	24	32	0	10	4
11	19	20	20	24	36	0	12	4
12	19	20	20	24	40	0	14	4
13	19	20	20	24	45	0	14	6
14	19	20	20	24	50	0	16	6
15	19	20	20	24	56	25	18	6
16	19	20	20	24	63	25	18	6
17	19	20	20	24	67	25	18	6
18	19	20	20	24	71	28 '	20	6
19	21	22	22	26	32	0	10	4
20	21	22	22	26	36	0	12	4
21	21	22	22	26	40	0	14	4
22	21	22	22	26	45	0	14	6
23	21	22	22	26	50	0	16	6
24	21	22	22	26	56	25	16	6
25	21	22	22	26	63	25	18	6
26	21	22	22	26	67	25	18	6
27	21	22	22	26	71	28	20	6
28	24	25	25	30	32	0	10	4
В соответствии с ГОСТ 16621—80 у пуансонов длиной до 50 мм включительно весь утолщенный участок выполняется с полем допуска пб и размеры h и £>(Л12) на чертеже должны отсутствовать (см. рис. 12.12 и рис. 12.13). Размер h при длине
12.4. Моделирование стандартных элементов конструкций	385
Рис. 12.13. Пример оформления рабочего чертежа цилиндрического пуансона
пуансона, меньшей или равной 50 мм, исчезнет, так как параметр h модели получит из базы данных значение Н = 0. Относительно размера £>(Л12) следует указать, что в системе T-FLEX CAD имеется возможность параметрически управлять не только расстояниями между линиями, но и всеми другими элементами изображения, в том числе и видимостью размеров. Для каждого элемента изображения можно устанавливать так называемый уровень видимости (см. строку 5 табл. 12.2). Если этот уровень имеет отрицательное значение, то данный элемент изображения будет погашен.
Синтаксис обращения к базе данных в этой системе следующий:	*
dbf («путь к файлу базы данных», «имя считываемого поля файла», «условие, по которому выполняется поиск значения параметра»), где dbf — оператор обращения к реляционной базе данных;
<DBF> — имя библиотеки, содержащей необходимый файл базы данных.
«Ключом» для диаметральных размеров пуансона является его рабочий диаметр d. Условие,, записанное, например, в строке 3 калькулятора, означает, что требуется считать значение поля D1 базы данных из строки, в которой значение поля d больше или равно значению переменой d меряли., которая записана в фигурйых скобках. При таком условии система будет в базе данных (табл. 12.3) считывать значение D1 из строки 19.
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
386
Размеры пуансона по высоте зависят как от его рабочего диаметра, так и от длины, поэтому для получения значения высоты посадочной части (строка 7 калькулятора) нужно считать значение поля Н базы данных из строки табл. 12.3, в которой значение поля d больше или равно переменной d модели и значение поля L — больше или равно значению переменной L модели. При таком условии система считает значение поляН из строки 27 табл. 12.3.
Всякая деталь сборочной единицы нахо
hpd
h2
Л1(Н7)
Рис. 12.14. Параметрическая модель отверстия в держателе под цилиндрический пуансон
дится во взаимосвязи с другими деталями,
и конструкция одной из них отражается на конструкции другой. Так, в частности, форма и размеры посадочной части пуансона предопределяют форму и размеры отверстия в держателе, в которое устанавливается пуансон. Модели элементов, отражающие такие взаимосвязи, также должны быть построены.
На рис. 12.14 представлена схема модели профиля отверстия для установки пуансона в держателе, а в табл. 12.4 — макет калькулятора этой модели.
Таблица 12.4. Пример возможных записей в калькуляторе модели профиля отверстия под пуансон в держателе
		Имя переменной	Выражение x	Значение	Комментарий
1		d	20.15	20.15	Рабочий диаметр пуансона
2		L	71	71	Длина пуансона
3		Dl	d&/(<Z)BF>-h“nyaHCOH_l6621”, “DlV^>={d}”)	22	Диаметр- посадочной части
4		D2	dbf(<PBF>+“nyaHCOH_16621”, “D2”,“d>={d}”)	26	Диаметр фланца пуансона
5		h2	dbf(<Z»BF>+“nyaHCOH_16621”, “ft2”,“d>={d}&&£>= {£}”)	6	Высота отверстия под фланец
6		hpd	dbft<DBF>+“IIyaHCOH_16621”, “H”,“d>={d}&&L>={£}”)	28	Минимальная толщина пуан-сонодержателя
. 12.4. Моделирование стандартных элементов конструкций
387
Рис. 12.15. Параметрическая модель плана отверстия в держателе под цилиндрический пуансон: а) для рабочего чертежа; б) для сборочного чертежа
План отверстия для установки пуансона (рис. 12.15) в комплекте моделей элементов штампа участвует, по крайней мере, дважды: при формировании плана держателя и плана верха штампа. В последнем случае контуры отверстий будут невидимыми и изображаются пунктирными линиями. Для того чтобы не строить двух разных моделей, следует в мо
дель плана отверстия ввести параметр, учитывающий вид чертежа (сборка, деталировка), линии контура отверстия обвести дважды (один раз основной линией, другой — пунктирной) и уровень основной линии описать параметром, зависящим от вида чертежа.
В табл. 12.5 представлен макет калькулятора модели плана отверстия под пуансон в держателе.
Таблица 12.5. Пример возможных записей в калькуляторе модели плана отверстия под пуансон в держателе
		Имя переменной	Выражение	Значение	Комментарий
1		d	20.15	20.15	Рабочий диаметр пуансона
2		D1	</г>/(<РВ^>+“Пуансон_16621”, “Dl”,“d>={d}”)	22	Диаметр посадочной части
3		D2	d&ft<DBF>+‘T[yaHCOH_16621”, “Z>2”,“d>=W}”)	26	Диаметр фланца пуансона
4	а/'	vid	1	1	Вид чертежа: 0 — сборка; 1 — деталировка
5		urO	vid==?l:-l	1	Уровень видимости основных линий изображения
388	Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
В строке 5 табл. 12.5 записано следующее: если вид чертежа (vid) — деталировка (?), то основные линии изображения, соответствующие деталировке, видимы (1), иначе (:) — невидимы (-1).
Модели пуансона и отверстия для него в держателе участвуют как фрагменты в моделях других элементов штампа, при этом штриховка под ними должна быть подавлена. Такая возможность в системе Т-FLEX легко реализуется.
Учитывая простоту формы (да и содержания) калькулятора, последний может быть легко разработан самим пользователем-конструктором. С другой стороны, калькулятор представляет собой, хотя и несложную, но программу, поэтому T-FLEX CAD позволяет пользователю, не являющемуся профессиональным программистом, реализовать так называемый принцип «сам себе программист», который с середины 80-х годов прошлого века активно используется в мире, в том числе и в России, при создании программных приложений и баз знаний в машино- и приборостроении.
Подобным образом могут быть сформированы и другие многочисленные стандартные и унифицированные модели деталей штампов и их элементов для функционирования эффективной САПР.
12-5- СТРУКТУРА МОДЕЛЕЙ РАБОЧИХ ЧЕРТЕЖЕЙ
ДЕТАЛЕЙ ШТАМПОВ
Для оформления рабочих чертежей деталей штампов требуется обычно, как минимум, изображение двух проекций: вид сверху (план) и основной разрез. В зависимости от сложности детали выполняются также дополнительные виды и сечения.
При формировании структуры модели рабочих чертежей деталей штампов следует учитывать, что каждая из проекций многих из этих деталей могут участвовать в формировании других моделей элементов штампа. Например, план верхней плиты, являясь одной из проекций рабочего чертежа этой детали, одновременно может быть использован автономно как фрагмент модели плана верха штампа, план съемника штампа последовательного и совмещенного действия — как фрагмент плана низа штампа. Такой же вывод можно сделать и относительно многих других деталей штампа.
12.5. Структура моделей рабочих чертежей деталей штампов .
389
Учесть отличительную особенность комплекта моделей элементов конструкции штампа можно двумя способами.
1. Каждую из проекций рабочего чертежа детали выполнять в виде отдельного файла, и одну из этих проекций (обычно план изображения детали) вводить в рабочий чертеж как фрагмент, управляя видимостью этого фрагмента с помощью некоторого параметра. Очевидно, что такой подход можно реализовать только при использовании параметрической графической системы, например T-FLEX CAD.
2. Каждую из проекций чертежа располагать на разных слоях этого чертежа и включать или выключать тот или иной слой в зависимости от вида формируемой модели (сборочный чертеж, ра-бочцй чертеж). Такой подход можно реализовать как при использовании системы AutoCad, так и системы T-FLEX CAD, однако в последней включение или выключение того или иного слоя выполняется удобнее с помощью соответствующего параметра (так называемого вектора привязки фрагмента).
На рис. 12.16 представлен рабочий чертеж съемника штампа последовательного действия для детали по рис. 12.4, а, а на рис. 12.17 — структура модели этого чертежа.
Рис. 12.16. Рабочий чертеж съемника штампа последовательного действия
390
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Рис. 12.17. Структура модели рабочего чертежа съемника штампа последовательного действия
Основой (основным и единственным слоем) модели чертежа следует сделать модель заготовки фронтального разреза, так как именно изображение разреза потребует наибольшего редактирования. В эту модель следует ввести в качестве фрагментов модели форматки и плана съемника, в который, в свою очередь, в качестве фрагмента входит план изображения рабочих отверстий, последний же получается как копия схемы обработки заготовки (см рис. 12.10 и рис. 12.11) с удалением из нее фрагмента модели полосы.
Технические требования к изготовлению детали также целесообразно оформить в виде самостоятельного файла и ввести в рабочий чертеж детали как фрагмент, так как такой текст может быть использован в чертежах многих штампов.
Необходимо отметить, что большая часть рассматриваемой модели может быть подготовлена заранее (рис. 12.18) и входить в качестве унифицированного элемента в состав комплекта моделей штампа типовой конструкции. В таком случае процедура проектирования съемника сведется к следующим действиям:
12.5? Структура моделей рабочих чертежей деталей штампов *
391
Рис. 12.18. Изображение заготовки модели рабочего чертежа съемника штампа последовательного действия
	вызов базовой модели рабочего чертежа;
	построение на заготовке разреза узлов привязки фрагментов отверстий, попадающих.в разрез;
	нанесение необходимых фрагментов на заготовку изображения разреза;
	окончательное редактирование изображения чертежа в целом (при необходимости).
Подобным образом могут быть организованы и подготовлены и модели рабочих чертежей большинства других деталей штампа типовой конструкции.
12.6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СБОРОЧНЫХ ЧЕРТЕЖЕЙ
Если детали модели штампа подготовлены, то, используя их как фрагменты, сравнительно просто сформировать модели сборочных чертежей.
Рассмотрим в качестве примера формирование модели блока штампа с задним расположением стандартных направляющих узлов скольжения и стандартными заготовками верхней и нижней плит (см. рис. 7.7).
392
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Рис. 12.19. Структура модели блока штампа
Физически рассматриваемый блок состоит из шести деталей: верхней и нийсней плит, двух направляющих колонок и двух направляющих втулок.
Графическая модель блока с учетом изображения планов низа и верха будет включать в себя существенно больше элементов (рис. 12.19).	•
Если структура чертежа ясна и взаимное расположение его элементов определено, то следует создать так называемый скелет сборочного чертежа — провести необходимые линии построения (пунктирные линии на рис. 12.20) и в точках их пересечения — узлы привязки фрагментов.
В калькулятор чертежа следует ввести переменные, необходимые для создания параметрической модели объекта. Для рассматриваемого блока штампа такими переменными являются закрытая высота блока (штампа) Н и размеры L и В рабочей площадки плит (см. рис. 7.7). Значения этих переменных могут быть введены из внешней расчетной программы, определены из файла базы данных или введены самим пользователем САПР.
Для формирования модели данного блока в качестве переменных следует ввести еще толщину нижней и верхней плит (Нп и Hv соответственно), диаметр dk и длину Lk колонок. Значения Нп, Hv и dk могут быть считаны из соответствующего \
12.6. Моделирование элементов сборочных чертежей	393
узел привязки
плиты верхней
узл\Ы привязки । наппавляюших колонок
узел привязки 1 узел привязки
плана низа
плана верха
Рис. 12.20. «Скелет» модели блока штампа
файла базы данных по ключевым параметрам L и В. Макет калькулятора модели рассматриваемого блока штампа представлен в табл. 12.6.
Таблица 12.6. Пример возможных записей в калькуляторе модели чертежа блока штампа
		Имя переменной	Выражение	Значение	Коммейтарий
1	а/	В	100	100	Ширина рабочей площадки
2	а/	L	125	125	Длина рабочей площадки
3		Н	190	190	Закрытая высота штампа
4		dk	d&ft<BBF>+“BZo£13125”,	32	Диаметр направляющей колонки
5		Lk	Н10	180	Длина направляющих колонок
6		Нп	dbf(<DBF>+«Blokl3125”, “DK”,“L>={L}&&B>={B}»)	45	Толщина нижней плиты
7		Ни	dbf(<DBF>+“Blok 13125”, <<ВАГ”,<<В>={В}&&В>={В}”)	50	Толщина верхней плиты
394
Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Следует отметить, что при нанесении фрагментов система T-FLEX запрашивает значения ключевых параметров этйх фрагментов, и для создания параметрической модели объекта (блока) на такой запрос нужно вводить не конкретное значение запрашиваемого параметра, а имя соответствующей переменной сборки. Так, например, при нанесении фрагмента направляющей колонки последует запрос значений диаметра колонки и ее длины, и в ответ на этот запрос нужно вводить в соответствующее окно не конкретные значения (например 32 и 180), а имена соответствующих переменных модели блока (dk и Lk).
При такой организации модели сборки в случае изменения значений ключевых параметров этой сборки (в данном случае Н, L и В) будет автоматически выполнен пересчет моделей фрагментов сборки и соответствующее изменение изображения сборочного чертежа.
Подобным образом могут быть сформированы модели пакетов и других элементов сборочных чертежей типовых штампов.
12-7. ОРГАНИЗАЦИЯ САПР ШТАМПОВ
Следует отметить, что современные графические системы, в том числе T-FLEX CAD, содержат мощные и понятные для пользователя программные средства, которые при наличии развитых баз данных и знаний позволяют организовать эффективное автоматизированное проектирование без каких-либо дополнительных надстроек.
Например, если пользователь САПР получил задание спроектировать штамп последовательного действия для вырубки и пробивки и знает, что в архиве системы уже существует спроектированный ранее подобный штамп, то он может скопировать ранее выполненный проект в новую (рабочую) директорию, изменить содержание (но не имена) чертежей, связанных, в первую очередь, с формой и размерами штампуемой детали (операционный эскиз, схему обработки заготовки, планы рабочих отверстий матрицы, съемника и др.), и отредактировать в целом комплект рабочих чертежей, учитывая, что расчет параметров деталей и узлов штампа и соответствующее изменение их изображений выполняется системой автоматически при изменении значений исходных (ключевых) данных (для названного штампа это толщина и марка штампуемого материала, габарит-
\
12.7.
Организация САПР штампов
395
ные размеры рабочей зоны матрицы, ширина полосы, шаг штамповки).
Для повышения уровня автоматизации проектирования разрабатывают дополнительные программные средства (так называемые управляющие оболочки), которые позволяют полностью или частично автоматизировать отдельные проектные процедуры, управляют последовательностью выполнения проектных процедур, организуют обмен данными между моделями отдельных элементов проектируемого объекта и т. п.
Управляющая оболочка является самостоятельным программным продуктом, внешним по отношению к графической системе, и разрабатывается профессиональными программистами, однако технические требования к этой оболочке определяет конечный пользователь, в данном случае — конструктор штампов. Одним из таких требований должна быть независимость программного обеспечения управляющей оболочки от данных, т. е. в «тело» программ не должны включаться в виде массивов данных конкретные частные данные о деталях и узлах объекта, частные размерные ряды, частные расчетные зависимости и т. п. Если такие данные нужны для работы программы, то они должны извлекаться из внешних по отношению к программе файлов, имеющих текстовый формат.
Выполнение названного требования обеспечивает возможность развития системы проектирования самим конечным пользователем, который с помощью стандартных средств операционной или графической системы, не привлекая программиста, может ввести дополнительную запись в некоторый текстовый файл, отредактировать некоторую расчетную зависимость и т. п.
Например, для прототипа проектируемого штампа управляющая оболочка может выводить на дисплей компьютера список зарегистрированных в системе типовых проектов, наименования и характеристики которых содержатся в некотором текстовом файле. По мере развития базы данных и разработки новых типовых конструкций пользователь-конструктор может самостоятельно ввести в соответствующий текстовый файл новую запись и, тем самым, включить новую типовую конструкцию в число конструкций, обрабатываемых системой.
Другим требованием к программному обеспечению управляющей оболочки должно быть оперирование в запросах значений данных, в списках представляемой пользователю информации и результатов отдельных расчетов терминами и форматами, понятными и привычными для пользователя.
396	Глава 12. Основы структурно-параметрического
моделирования штампов
Рис. 12.21. Схема организации САПР штампов
На рис. 12.21 представлена схема возможной организации САПР штампов на базе графической системы T-FLEX CAD,
В числе функций управляющей оболочки можно назвать следующие:
	регистрация текущего проекта, создание для него рабочей директории;
	организация запроса и ввода исходных данных с последующей их записью в базу данных текущего проекта;
	предоставление информации об имеющихся в системе типовых решениях и ранее выполненных проектах;
	копирование содержания выбранного пользователем прототипа проектируемого штампа в рабочую директорию;
	управление последовательностью проектирования в соответствии с выбранным пользователем прототипом;
	запись результатов выполнения проектных процедур в базу данных текущего проекта и организация обмена данными между моделями элементов проектируемого объекта.
Управление процессом проектирования обычно осуществляется с помощью комплекса проектных процедур, список которых выводится на дисплей компьютера в виде так называемого меню.
12.7. Организация САПР штампов
397
В частности, в составе комплекса САПР разделительных штампов должны быть, как минимум, следующие проектные процедуры*.
	формирование операционного эскиза;
	проектирование схемы обработки заготовки;
	расчет исполнительных размеров основных рабочих деталей штампа с формированием моделей планов рабочих отверстий этих деталей;
	расчет значений параметров деталей проектируемого штампа;
	организация параметризации выбранного прототипа в соответствии с результатами расчета;
	редактирование комплекта чертежей штампа;
	оформление (или редактирование) спецификации на спроектированный штамп.
В целом управляющая оболочка САПР должна обеспечить пользователю такие условия работы, чтобы он знал, что ему можно и нужно делать в текущий момент проектирования, и мог решить текущую задачу, если не в автоматическом, то в интерактивном режиме.
Организованная подобным образом САПР позволяет сократить на порядок сроки подготовки и оформления документации, существенно повысить качество проектных работ за счет сокращения количества ошибок и использования в проектах проверенных типовых технических решений, полнее использовать интеллект и профессиональные знания конструктора.
ГЛАВА 13
ОРГАНИЗАЦИЯ ЛИСТОШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ экономики
13-1. ПОНЯТИЕ «ГИБКОСТИ» ТЕХНОЛОГИИ. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ИЗДЕЛИЯ
В условиях рыночной экономики производитель не имеет возможности длительное время выпускать одно и то же изделие, не внося в него изменений, повышающих его потребительские свойства. В быстро развивающихся отраслях промышленности (электронике, электротехнике, приборостроении, автомобилестроении) смена поколений машин происходит через 8— 12 лет, модернизация — через 4—8 лет, а усовершенствование их отдельных элементов осуществляется в еще более ускоренном темпе [36]. Другой особенностью современной экономики является снижение объемов выпуска изделий одного наименования. . '
Учитывая, что детали из листовых материалов в названных выше отраслях экономики составляют от 40 до 80% от общего числа деталей, очевиден вывод, что для листоштамповочного производства все более характерным становится изготовление мелких партий деталей при частой их сменяемости. Так, по результатам анализа номенклатуры листовых деталей на ряде машиностроительных предприятий, приведенным в работе [9], 70% деталей выпускается мелкими партиями (до 1500 штук в год), причем более 60% номенклатуры каждые три года обновляется.
Возрастание роли продукции, изготавливаемой мелкими сериями, обусловливает необходимость гибкой приспосабливаемое™ (адаптации) элементов производственных систем к частой смене параметров продукции.
В настоящее время потребитель может получать товары, изготовленные разными производителями в разных странах мира. Такая ситуация ставит перед производителями товаров как первоочередную задачу повышение конкурентоспособности своих товаров.
13.1.
Понятие «гибкости» технологии. Жизненный цикл изделия
399
Рис.13.1. Структура жизненного цикла изделия
Главным фактором конкурентоспособности является соотношение между качеством продукции и ее стоимостью (ценой). Новые товары, в том числе и предлагаемые новой неизвестной фирмой, должны иметь не только лучшее качество, но и ту же, а лучше меньшую стоимость.
Вторым по значимости фактором конкурентоспособности является сокращение сроков выхода новой продукции на рынок. Опоздание с выходом, как правило? приводит к тому, что рыночная ниша оказывается уже занятой конкурентом.
Технологии, которые обеспечивают возможность быстрого перевода производства с одного типа (вида) изделий на другое при высоком их качестве и минимальной себестоимости, называют гибкими. При этом слово технологии относится не только к самому процессу изготовления изделия, а ко всем этапам (фазам) так называемого жизненного цикла изделия.
Жизненный цикл изделия — это интервал времени от момента осознания потребности в изделии до момента окончания его обслуживания у потребителя. Жизненный цикл изделия имеет определенную структуру, т. е. разделяется на ряд фаз (рис. 13.1). В каждой фазе решаются свои специфические задачи в общем процессе создания изделия.
Анализ информационных и материальных потоков, свойственных каждой фазе жизненного цикла изделия, позволяет оптимизировать структуру производства, исключить повторное
400
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
создание одной и той же информации, организовать параллельное решение задач, свойственных разным фазам жизненного цикла, и за счет этого сократить время подготовки производства новой продукции на рынок [16].
13.2.	ОТРАБОТКА ДЕТАЛЕЙ НА ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КАК СРЕДСТВО СОКРАЩЕНИЯ СРОКОВ ТПП
Одной из важнейших задач подготовки производства является обеспечение совместимости конструкции изделия и оптимальных условий его изготовления, объединяемое в одну из основных функций ТПП — обеспечение технологичности конструкции изделия.
Под технологичностью понимают такую совокупность свойств изделия, которая обеспечивает возможность его изготовления (при заданных объемах выпуска) с минимальными затратами материалов, времени и труда при соблюдении технических и эксплуатационных требований к изделию.
Отработка изделия на технологичность является одной из частей технологической подготовки изделия к производству, она выполняется на всех этапах ТПП: при проектировании и изготовлении опытной партии изделий, при разработке и совершенствовании технологических процессов, при проектировании и изготовлении средств технологического оснащения, при серийном производстве изделий.
На этапе конструирования новое изделие отрабатывается на технологичность с учетом рациональности компоновки всего изделия и его составных частей, широкого использования стандартных и унифицированных узлов и деталей, рационального ограничения числа марок применяемых материалов, использования недефицитных материалов, рационального назначения допускаемых отклонений на размеры деталей и параметров шероховатости обрабатываемых поверхностей, упрощения сборочных работ, удобства технического обслуживания и ремонта.
На технологическом этапе отработка изделия на технологичность должна обеспечивать возможность широкого использования унифицированных технологических процессов, целесообразную простановку размеров с учетом особенностей обработки деталей, использование схем базирования, которые могли бы быть обеспечены применяемыми на предприятии приспособле-
13.2.	Отработка деталей на технологичность как средство сокращения сроков ТПП
401
ниями. Отработка на технологичность листовых деталей, изготавливаемых штамповкой, должна обеспечивать возможность раскроя материала с минимальными отходами, минимальное число операций и отсутствие последующей механической обработки, простоту конструкции и высокую стойкость штампов.
К параметрам листовых деталей, подлежащих анализу на технологичность, относятся:
	общая форма детали, в наибольшей степени определяющая основной способ формообразования;
	конфигурация и взаимное расположение элементов конструкции детали;
	размеры детали и заготовки;
	требования к точности изготовления и форме детали в целом и ее отдельным конструктивным элементам, а также к шероховатости поверхностей, образуемых штамповкой;
	материал детали и его механические свойства.
Форма и размеры детали предопределяют совокупность и последовательность технологических операций при ее изготовлении, каждая из операций, в свою очередь, имеет соответствующие ограничения по достижимой точности штамповки и оптимальным параметрам элементов деталей. Так, например, при разделительных операциях наиболее высокие показатели точ
ности и качества поверхности разделения достигаются при штамповке материалов с отношением от/ов > 0,75 и б4 < 0,1, в то время как для формообразующих операций необходим материал с от/ов > 0,65 и 54 > 0,2.
Одним из важных требований к конструкции штампуемой детали является требование единства конструкторских и техно-
правилъно неправильно
Рис. 13.2. Координирование центров отверстий в деталях, изготавливаемых гибкой
логических баз. Размеры на чертеже должны быть проставлены так, чтобы все элементы детали (или большинство из них) могли быть получены до формообразующих операций. Например, координаты центров отверстий в деталях, изготавливаемых гибкой, следует задавать от края отгибаемых элементов (рис. 13.2, а). В этом случае
402
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
отверстия могут быть пробиты до гибки. В ином случае (рис. 13.2, б) пробивку отверстий придется выполнять после гибки, т. е. потребуется дополнительная технологическая операция.
Технология изготовления, а следовательно, и технологичность деталей существенно зависит от объема их выпуска. Детали, технологичные в условиях крупносерийного или массового производства, могут оказаться нетехнологичными при мелкосерийном изготовлении и наоборот. Поэтому уже при конструировании детали должен прогнозироваться вариант технологии ее изготовления.
Практика листовой штамповки устанавливает определенные требования к технологичности деталей, нарушения, которых приводит к увеличению трудоемкости их изготовления, повышению сложности и стоимости штампа. Ниже рассмотрены отдельные требования, обусловленные особенностями основных технологических операций.
Технологические требования к плоским деталям и заготовкам
Плоские детали и заготовки оформляются с помощью разделительных операций: вырубки,, пробивки, отрезки и др. Конфигурация плоских деталей должна быть простой, без резких переходов, узких и длинных, прорезей и консольных участков. Элементы наружных и внутренних контуров рекомендуется составлять из прямых линий и частей окружностей, отверстия предпочтительны круглой формы.
Конфигурация деталей должна обеспечивать наименьшие
отходы при раскрое.
Если деталь оформляется вырубкой и пробивкой в монолитной матрице, то ее контуры следует выполнять с закругленными углами (рис. 13.3):
	по наружному контуру по радиусу R > 0,25S при величине угла а > 90° и R > 0,5S при а < 90°;
Рис. 13.3. Параметры контуров деталей, изготавливаемых вырубкой и пробивкой
	по внутреннему контуру по радиусу г > 0,353 при величине угла а > 90° и г > 0,63 при а < 90°.
13.2.	Отработка деталей на технологичность как средство сокращения сроков ТПП
403
Рис. 13.4. Параметры пазов и выступов в плоских заготовках
Рис. 13.5. Наименьшие расстояния между краями отверстий и краем плоской заготовки при пробивке
Ширина деталей должна быть не менее трех толщин материала (Ъ > 3S).
Элементы наружного контура, оформляемые отрезкой или вырубкой в составных матрицах, наоборот, не должны иметь плавных сопряжений.
Предельные значения размеров пазов и выступов (рис. 13.4) приведены в табл. 13.1.
Минимальные размеры пробиваемых отверстий ограничиваются условием продольной устойчивости пуансонов и зависят от формы отверстия, механических свойств материала, типа направления рабочей части пуансона (табл. 13.2).
Наименьшие расстояния между одновременно пробиваемыми отверстиями между краем отверстий и краем детали (рис. 13.5) должны соответствовать данным табл. 13.3.
Таблица 13.1. Минимальные размеры вырезов и выступов, мм
Толщина материала S	Длина выреза (выступа) а	Ширина выреза (выступа) Ь
до 2,5 вкл.	до 10S вкл.	не менее 3S
св. 2,5 до 5,0	до 5S вкл.	не менее 2,5S
св. 5,0 до 10,0	до 3S	не менее 2S
404
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
Таблица 13.2. Наименьшие размеры отверстий (диаметр, ширина), пробиваемых в штампах без специальных направляющих устройств для пуансона (в долях толщины материала) [41]
Штампуемый материал	Форма отверстия		
	круг ,	квадрат	прямоугольник, овал
Сталь высоколегированная, сталь с содержанием углерода более 0,3%	1,5	1,3	1,1
Сталь с содержанием углерода менее 0,3%, латунь, бронза мягкая	1,2	1,1	1,0
Алюминиевые сплавы, медь	1,0	0,9	0,8
Гетинакс	0,6	0,7	0,5
Текстолит, стеклотекстолит	0,4	0,5	0,3
Оргстекло, целлулоид	1,5	0,8	1,0
Винипласт	1,2	1,0	1,0
Картон, фибра, эбонит, бумага	0,8	0,6	0,6
Таблица 13.3. Наименьшие расстояния между пробиваемыми отверстиями и между краем отверстий и краем детали (в долях толщины материала) [41]
Штампуемый материал	el	е2	еЗ	е4	е5	еб
Металл: GB < 500 МПа GB > 500 МПа	1,2 1,0	1,4 1,2	1,5 1,2	1,2 1,0	1,5 1,2	1,3 1,1
Гетинакс	1,0	1,5	1,5	1,1	1,3	1,2
Текстолит	0,8	1,2	1,2	0,9	1,1	1,0
Стеклотекстолит	1,2	1,5	1,5	1,2	1,4	1,3
Оргстекло	1,8	2,0	2,0	1,7	1,9	2,0
Винипласт	1,2	1,5	1,5	1,2	1,4	1,3
Картон, фибра, эбонит, бумага	1,8	2,0	2,0	1,7	1,9	1,8
13.2. Отработка деталей на технологичность как средство сокращения сроков 405
ТПП
Рис. 13.6. Наименьшие расстояния от оси отверстий до линии гибки:
а), б) при пробивке отверстий до гибки; в), г) при пробивке отверстий после гибки
При пробивке отверстий в заготовках, подвергаемых впос-ледствии гибке, расстояние от. оси отверстия до линии гибки должно удовлетворять условию I > R + 2S + d/2 (рис. 13.6, а). Если отверстие расположено на меньшем расстоянии от линии гибки, то для предотвращения его утяжки необходимо в зоне гибки пробивать технологическое отверстие диаметром не менее толщины материала (рис. 13.6, б).
При пробивке отверстий в заготовках после вытяжки или гибки расстояние от оси отверстия до линии гибки должно удовлетворять условию I > R + d/2 (рис. 13.6, в, г).
Технологические требования к деталям, получаемым формоизменяющими операциями
Одно из основных требований к деталям, изготавливаемым гибкой, — правильное назначение величины радиуса гибки. Обычно радиус гибки назначают в 1,5—2 раза больше минимальной величины, допускаемой данным материалом.
Для увеличения жесткости и уменьшения пружинения следует предусматривать ребра жесткости поперек линии гибки (рис. 13.7). Расстояние Ъ от ребра жесткости до края детали должно быть не меньше десяти толщин материала (Ъ > 10S).
Длины линий гибки противолежащих полок в деталях с несколькими линиями гибки не должны существенно отличаться,
Рис. 13.7. Эскиз ребра жесткости
Рис. 13.8. Параметры деталей, изготавливаемых гибкой
так как в противном случае возможно смещение заготовки из-за несимметричных условий нагружения при деформировании.
Высота отгибаемых полок h (рис. 13.8) не должна быть меньше трех толщин материала.
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
406
Рис. 13.9. Параметры пазов и выступов в деталях, изготавливаемых гибкой
При гибке выступа (рис. 13.9, а) его длина I должна быть не меньше радиуса гибки (Z > Я). При меньших размерах выступав детали следует предусматривать вырезы длиной I > R + Ъ/2 (рис. 13.9, б), при этом ширина паза Ъ должна быть согласована с данными табл. 13.1.
Расстояние I от линии гибки до паза в отгибаемой полке (рис. 13.10, а) должно быть не меньше радиуса гибки и двух толщин материала. При несоблюдении этого условия паз должен заходить на неотгибаемую полку (рис. 13.10, б) и иметь размер I > R.
При недопустимости увеличения ширины заготовки в зоне гибки по торцам детали должны’ быть предусмотрены технологические вырезы (рис. 13.11) шириной b = 2R.
Рис. 13.10. Схемы расположения пазов относительно линии гибки
Развертка
линия гибки
Рис. 13.11. Технологические вырезы в зоне гибки
13.2. Отработка деталей на технологичность как средство сокращения сроков 407
ТПП

Й1
Рис. 13.12. Параметры язычков, получаемых за счет надрезки и отгибки
При надрезке и отгибке язычков (рис. 13.12) следует предусматривать уклон а = 5—10°, при толщине материала, большей 1,5 мм, и технологические отверстия в углах.
Для деталей, изготавливаемых вытяжкой, основным требованием является обеспечение плавных сопряжений между стенками и между стенками и дном. Необходимо по возможности избегать сложных и несимметричных форм деталей. Полуоткрытые несимметричные полые детали следует проектировать с учетом возможности спаренной вытяжки с последующей разрезкой полуфабриката на две детали.
При конструировании полых деталей следует стремиться к возможно меньшей высоте с тем, чтобы деталь можно было получить за о дну-две операции.
При отработке полых цилиндрических деталей на технологичность целесообразно предусмотреть небольшой уклон (до 1°) стенок, что облегчает съем детали с пуансона после вытяжки и увеличивает срок службы штампа.
13.3.	ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ГРУППОВОГО ПРОИЗВОДСТВА
Основную роль в организации гибкого листоштамповочного производства должна играть система его подготовки, основанная на принципах групповой технологии.
В отличие от типовых, и, тем более, единичных технологических процессов, в которых используются дорогие специальные штампы, в групповых технологических процессах применяются универсальные и другие быстропереналаживаемые штампы, что очень существенно снижает себестоимость деталей. Экономические расчеты показывают, что применение специальных штампов становится экономически целесообразным при годо
Глава 13^ Организация листоштамповочного
. производства в условиях рыночной экономики
408
вой программе выпуска не менее 30—40 тысяч деталей, что охватывает лишь 20% листоштамповочных деталей в производстве [9].
Групповые технологические процессы при мелкосерийной листовой пГтамповке тем более эффективны, что они позволяют не только увеличить загрузку рабочих мест и, тем самым, повысить производительность оборудования, но и значительно уменьшить время на переналадку даже универсального оборудования.
Групповые технологические процессы разрабатываются с целью экономически целесообразного применения методов и средств крупносерийного производства в условиях мелкосерийного и серийного изготовления деталей.
Групповой технологический процесс предназначен для совместного изготовления группы деталей различной конфигурации на специализированных рабочих местах.
Обязательным этапом, предшествующим разработке групповых технологических процессов, является группирование деталей по технологическому подобию и отработка деталей на технологичность для соответствующего объема производства.
Группирование деталей следует осуществлять на основе их классификации и результатов комплексного анализа:
	состава и программы выпуска деталей;
	существующей структуры производственных подразделений;
	технико-экономических показателей производства.
Групповой технологический процесс должен состоять из комплекса групповых технологических операций, выполняемых на специализированных рабочих местах в последовательности технологического маршрута изготовления определенной группы деталей.
Групповую технологическую операцию следует разрабатывать для выполнения технологически однородных работ при изготовлении группы деталей при условии возможности подналадки средств технологического оснащения, например, универсальных быстропереналаживаемых штампов.
При разработке групповой технологической операции следует стремиться к достаточной величине суммарной трудоемкости технологически однородных работ для обеспечения непрерывной загрузки средств технологического оснащения без их полной переналадки в течение экономически целесообразного пе
13.3. Основы организации группового производства
409
риода времени. Допускается только частичная подналадка средств технологического оснащения (оборудования, штампа).;
Основой разработки группового технологического процесса и выбора средств технологического оснащения для совместной обработки группы деталей является так называемая комплексная деталь.
При разработке комплексной детали следует учитывать, что ее конструкция должна содержать основные j подлежащие обработке элементы всех деталей группы, при этом комплексная деталь может быть одной из деталей группы или искусственно созданной.
При значительном разнообразии конструкций сочетающихся элементов деталей, затрудняющих искусственное создание комплексной детали, последнюю можно заменить двумя или несколькими характерными деталями группы.
13.4.	ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
ПОВЫШЕНИЯ «ГИБКОСТИ» ТЕХНОЛОГИИ
Как было определено в п. 13.1, гибкая технология, помимо быстрого освоения производства нового вида изделий, должна обеспечивать и минимальную стоимость продукции.
Рассмотрим составляющие технологической себестоимости листовых деталей:
= См + Сш + Сзп + Соб + Сам + Сп,
где СТ— технологическая себестоимость изготовления детали; См— стоимость основного материала детали; Сзп— затраты на заработную плату основных рабочих, приходящиеся на одну деталь; Сш — затраты на изготовление, ремонт и эксплуатацию штампов, отнесенные к одной детали; Соб — затраты на эксплуатацию оборудования; Сам — затраты на амортизацию оборудования; Сп — затраты на содержание производственного помещения, приходящиеся на одну деталь.
Стоимости основного материала, расходуемого на изготовление детали, с учетом реализации отходов можно определить по формуле
Мп
см-^(Цм-(1-Пи)ЦоТХЬ
Чи
где Мд — масса детали; Цм — цена материала; Цотх — цена отходов; Т|и — коэффициент использования материала.
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
410
Затраты на изготовление, ремонт и эксплуатацию специальных штампов для условий мелкосерийного производства, когда штамп не используется до полного износа, можно рассчитать по формуле
ш А пП ’
где Зщ — затраты на изготовление штампа для выполнения
i-й операции; Зр — затраты на ремонт и эксплуатацию этого штампа; П — размер годовой партии выпуска деталей; п — принятый срок погашения затрат на штамп (обычно п = 2).
Затраты Зр на ремонт и обслуживание мелких специальных штампов можно принять равными затратам на изготовление этих штампов.
Затраты на заработную плату основных рабочих, приходящиеся на одну деталь, определим при условии повременной оплаты труда рабочих:
с
“	1-1 Q>p 1
где ЗП^ — месячная заработная плата рабочего на i-й операции; Ql4 — часовая производительность рабочего места, занятого i-й операцией; Фр— месячный фонд времени рабочего; — коэффициент, учитывающий начисления на заработную плату.
Затраты на эксплуатацию оборудования:
Зоб
п ^об = Д ’ 1 = 1 ОчФоб где 3q6 —среднегодовые затраты на эксплуатацию оборудования, занятого на i-й операции; Фоб — годовой фонд времени оборудования, зависящий от числа смен работы.
Затраты на амортизацию оборудования:
П «мКб
✓7	_ М Об
Сам ~ .А.	’
1 = 1 «чФоб где ам — нормативный коэффициент амортизационных отчислений; К1об — балансовая стоимость оборудования на i-й операции.
<13.4. Основные направления повышения «гибкости» технологии
411
Затраты на содержание производственного помещения:
г _ Д 3-Лб п i = lQfO ’
где Зп — среднегодовые затраты на содержание 1 м2 производственного помещения; Fo6— площадь, занимаемая оборудованием.
Таким образом, затраты на заработную плату основных рабочих, эксплуатацию и амортизацию оборудования и содержание производственного помещения обратно пропорциональны часовой производительности оборудования. Повысить часовую производительность оборудования можно за счет его автоматизации, в том числе и автоматизации его переналадки, однако автоматизация оборудования всегда ведет к увеличению среднегодовых затрат на его эксплуатацию, увеличению занимаемой им площади и стоимости, поэтому решение о целесообразности применения автоматизированного оборудования можно принимать только после определения его так называемой экономической эффективности:
Э = (С2-С1) + (К2-К1)Ев,
где С2, Сг — технологическая себестоимость по сравниваемым вариантам технологического процесса; К2, К1 — капитальные вложения по этим вариантам; Ен — нормативный коэффициент экономической эффективности.
Подводя итог вышеизложенному, можно определить следующие пути повышения гибкости производства:
	сокращение сроков технологической подготовки за счет автоматизации проектирования технологических процессов и штампов, применения современных высокопроизводительных технологий изготовления штампов;
	тщательная отработка деталей на технологичность, в том числе и с использованием вычислительной техники;
	организация группового производства деталей с использованием универсальных и упрощенных штампов;
	применение специальных методов обработки, в которых не требуется штамповая оснастка вообще (например, резка лазером) или используется сравнительно простая оснастка (например, ротационная вытяжка, электрогидравлическая штамповка и др.);
412
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
	применение быстропереналаживаемого автоматизированного оборудования при условии экономической эффективности дополнительных капитальных затрат.
13.5. УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИЙ
Эволюция рыночных отношений в 1970—1980-е годы прошлого , столетия связала воедино понятия качества, производительности, цены и гибкости. Именно тогда японское производство первым с де дало стратегический акцент на качестве продукции. И произошло это не только от того, что потребитель согласен платить в первую очередь за высококачественные товары и услуги, а от сознания того, что некачественный товар стоит в конечном итоге дороже и что улучшение качества — это способ увеличить эффективность производства. Действительно, если результатом производства явится некачественная продукция, то она не будет реализована. Более того, некачественная продукция наносит двойной вред: как нереализованная продукция и как сделанные затраты — капитала, труда, материалов, энергии.
В эти же годы резко возросло влияние фактора времени: новые товары стали поступать на рынок в более короткие временные интервалы, выпуск новых товаров за меньшее время означал сокращение времени на процесс исследований и разработок, на весь производственный цикл, делая его более гибким.
Вхождение российской экономики в мировой рынок требует участия в конкурентной борьбе по международным правилам, и для достижения успехов в этой борьбе российским предприятиям необходимы гибкость, производительность и качество продукции.
Существует несколько форм обеспечения качества.
Концепция первой — низшей — формы заключается в том, что потребитель должен получать только годные изделия, т. е. изделия, соответствующие стандартам, а негодные изделия (брак) должны быть отсечены от потребителя.
Воплощение в жизнь этой концепции ведет к значительному увеличению численности контролеров (в высокотехнологичных отраслях — военной и авиационной промышленности — до 30— 40% от численности производственных рабочих), и улучшение качества всегда сопровождается ростом затрат на его обеспечение, т. е. цели улучшения качества и повышения эффективности производства не могут быть достигнуты одновременно.
. 13.5. Управление качеством продукции
413
Основой второй формы обеспечения качества является следующий тезис:
«Сохраняется главная цель — потребитель должен получать только годные изделия, т. е. изделия, соответствующие стандартам. Отбраковка сохраняется как один из важных методов обеспечения качества, но основные усилия направляются на управление производственными процессами, обеспечивая увели* чение процента выхода годных изделий ».
< Реализация этой концепции обеспечения качества позволила значительно повысить эффективность производства при до* статочно высоком качестве изделий, что создало условия для формирования мирового рынка товаров и услуг. Однако каэк-дый производственный процесс имеет определенный предел выхода годных изделий, и этот предел определяется не процессом самим по себе, а системой, т. е. всей совокупностью деятельности предприятия, организации труда, управления, в которой этот процесс протекает. При достижении этого предела с новой остротой действует то же противоречие, что и при первой форме обеспечения качества: цели улучшения качества и повышения эффективности производства не могут быть достигнуты одновременно.
Высшей — современной — формой обеспечения качества является планирование качества и управление его обеспечением. Эта форма связана, с одной стороны, с развитием теории надежности изделий и, с другой стороны, с широким внедрением вычислительной техники и САПР в процесс разработки изделий. Концепция новой фазы обеспечения качества базируется на следующих положениях:
	большая часть дефектов закладывается в изделие на стадии разработки и подготовки производства из-за недостаточного качества проектных работ;
	центр тяжести работ по созданию изделия с натурных испытаний опытных образцов или партий должен быть перенесен на математическое моделирование свойств изделий и процессов их производства, что позволит обнаружить и устранить конструкторские и технологические дефекты еще до начала стадии производства;
	потребитель должен получать изделия все более высокого качества за приемлемую цену, которая к тому же должна постоянно снижаться.
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
414
Суть такого подхода заключается в обеспечении качества не на конечных этапах создания изделия, когда, в сущности, ничего изменить уже нельзя, а на главных этапах его формирования.
Действительно, в результате выполнения работ маркетингового уровня (см. рис. 13.1) создается качественное задание на проект, разработку изделия с учетом требований потребителей и конъюнктуры рынка. На этапе разработки формируются функционально-потребительские свойства изделия, которые затем отрабатываются на математических моделях и в натурных испытаниях. Разработка рациональных при заданных условиях производства технологических процессов, их реализация и контроль позволяют экономно расходовать основные и вспомогательные материалы, трудовые ресурсы и энергию. Здесь важно подчеркнуть необходимость управления качеством неразрывно на всех фазах жизненного цикла изделия.
Таким образом, в настоящее время понятие «качество» следует трактовать не только как качество продукции. В более широком смысле качество означает качество работы, обслуживания, информации, технологии, работы персонала (включая рабочих, инженеров и руководящих работников), качество функционирования системы, фирмы и т. п. Подход состоит в управлении по качеству в любом его проявлении. *
Управление по качеству неразрывно связано с регулированием затрат, цен и доходов, объема производства, т. е. с управлением производством в целом.
Если на предприятии нет данных об объеме производства, количестве отходов, проценте брака, то невозможно заниматься управлением по качеству. Недостаточный объем производства изделий, пользующихся спросом, причиняет неудобство потребителю, а чрезмерное предложение означает перерасход сырья, трудовых ресурсов и энергии.
Качество проектных решений при технологической подготовке листоштамповочного производства является важным звеном в общей системе управления по качеству на предприятии, особенно в тех отраслях экономики, где листовые детали имеют значительный удельный вес в общем числе изготавливаемых деталей.
Если при разработке технологических процессов листовой штамповки не решаются задачи оптимизации раскроя исходных материалов и исходных заготовок, то неизбежен повышенный расход основных материалов на изготовление деталей изделий и соответствующие этому издержки производства.
13.5. Управление качеством продукции
415
Если при конструировании штампов слабо используются унифицированные и стандартные узлы и детали, то это не позволяет организовать в инструментальном цехе групповое производство таких узлов и деталей и повышает их стоимость и стоимость изготовления штампа в целом.
Если при конструировании штампов не соблюдаются установленные стандартами общие требования к безопасности штампов для листовой штамповки, то это при эксплуатации штампов может привести к повышенному травматизму рабочих со всеми вытекающими отсюда последствиями.
В условиях современного рынка каждый поставщик товаров вынужден доказывать потребителю способность обеспечения качества своей продукции, при этом потребитель (заказчик) может потребовать доказательства качества для всех стадий жизненного цикла изделия. Это особенно относится к сложным изделиям, имеющим длительный период изготовления, например, автомобиля, самолета, котла атомного реактора и др. В таких случаях качество образца и даже партии изделий не может гарантировать качества новой партии. Без предоставления доказательств качества с предприятием, прежде всего предлагающим свою продукцию на экспорт, контракт, как правило, не заключается, а если и заключается, то с резким понижением цены.
Сегодня стало обычным говорить о системе качества предприятия. Многие компании и потребители требуют от своих поставщиков наличия документированной системы качества. Эта система определяется как совокупность организационной структуры, методик, процессов и ресурсов, необходимых для осуществления общего руководства качеством.
Очевидно, что потребитель может считать систему качества поставщика надежной, если она соответствует требованиям некоторых стандартов. Такие стандарты разработаны в 1987 г. Международной организацией стандартизации (ISO) и известны как стандарты ISO 9000. В России эти стандарты переведены на русский язык и существуют как стандарты ГОСТ Р ИСО 9001, ГОСТ Р ИСО 9002 и ГОСТ Р ИСО 9003.
Стандарты серии ISO 9000 являются инструментом для создания и осуществления внутри предприятия системы качества.
В соответствии с этими стандартами поставщик должен разработать, документально оформить и поддерживать в рабочем состоянии систему качества как средство, обеспечивающее со-
416
, Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики
Рис. 13.13. Структура системы «Технологический процесс листовой штамповки»
ответствие продукции установленным требованиям. Поставщик должен разработать руководство пб качеству, которое должно включать или содержать ссылки на методики системы качества и определять состав документации, используемой в системе качества.
Сертификат соответствия системы качества предприятия стандартам серии ISO 9000 подтверждает, что предприятие является надежным и способным поставлять обещаемую продукцию и сохранять ее качество стабильным.	7
Рассмотрим технологический процесс листовой штамповки как систему (рис. 13.13). Функционирование такой системы обеспечивают оборудование, материал, технологическая оснастка и кадры (административно-управленческие, инженерные и рабочие). Показателем качества функционирования системы является изготовление деталей в нормативные сроки и с характеристиками, соответствующими установленным требованиям.
Обеспечение качества функционирования системы составляют все планируемые и систематически осуществляемые мероприятия, направленные на поддержание системы в нормальном рабочем состоянии. Перечень таких мероприятий может быть составлен, если будут выявлены виды, причины и последствия отказов в работе системы.
Применительно к рассматриваемой системе можно установить следующие виды отказов:
	прекращение функционирования системы из-за нарушения работоспособности оборудования;
	прекращение функционирования системы из-за отклонения свойств материала от установленных технических требований (например, по этой причине может происходить разрушение заготовки при вытяжке);
13.5. Управление качеством продукции
417
	прекращение функционирования системы из-за поломки какой-либо детали штампа;
	отклонение характеристик детали от значений, установленных техническими требованиями к ней, из-за износа инструмента (штампа);
	нарушения трудовой и технологической дисциплины персоналом предприятия.
Прогнозировать вероятность отказов оборудования можно путем анализа показателей его надежности. Особенно важно такой анализ проводить для сложного оборудования, оснащенного средствами автоматизации и программного управления. Решение о внедрении технологических процессов, в которых предусматривается использование нового для предприятия оборудования, должно приниматься не только на основании расчета экономической эффективности, но и при обязательном анализе показателей надежности этого оборудования.
Исключить (или существенно уменьшить) отказы в работе оборудования можно за счет организации системы плановопредупредительного ремонта и технического обслуживания оборудования. Описание системы планово-предупредительного ремонта, включая технологические инструкции по техническому обслуживанию различных видов оборудования, должно входить в состав документации системы качества предприятия.
Исключить использование в технологических процессах материалов, не соответствующих установленным техническим требованиям, можно путем организации на предприятии системы входного контроля материалов, при этом одним из доказательств существования и действенности такой системы на предприятии является наличие соответствующей документации.
Причинами поломки деталей штампов могут быть нерациональная конструкция, неправильный выбор материалов для изготовления деталей, нарушения режимов их термической обработки. Уменьшение числа отказов в функционировании технологических процессов штамповки из-за неисправности штампов можно достигнуть за счет повышения квалификации инженерных и рабочих кадров, использования автоматизированных систем проектирования и изготовления штампов, контроля соблюдения персоналом предприятия технологической дисциплины.
Для каждого штампа (или по крайней мере для каждого типа штампов) должны разрабатываться инструкции по эксплуата
418
Глава 13. Организация листоштамповочного
производства в условиях рыночной экономики,
ции и техническому обслуживанию, в которых должна быть указана, в том числе и плановая, периодичность переточек.
Следует отметить, что, если предприятие (организация) выполняет работу только по проектированию штампов, то заказчик может потребовать от него доказательств качества проектов. Такими доказательствами могут быть описание системы проектирования, перечень отраслевых, государственных и международных стандартов, используемых в проекте, инструкции или рекомендации по решению тех или иных задач проектирования.
Чрезвычайно важное место в системе качества предприятия занимает подготовка и переподготовка кадров, включая руководителей всех уровней. Обучение должно быть такой же частью общего процесса, как и собственно производство.
Как можно заключить на основании изложенного выше, создание системы качества на предприятии является сложной, многоуровневой задачей, для решения которой требуются большие затраты времени, труда и средств, однако эти затраты окупаются за счет уменьшения потерь при выпуске некачественной продукции, исключения выплаты штрафов за срывы сроков поставки продукции по контрактам, выплат компенсаций за ущерб, причиненный потребителю некачественной продукцией.
Стабильное и гарантированное производство качественной продукций привлекает на предприятие заказы потребителей, позволяет поддерживать объемы производства и загрузку производственных мощностей, привлекать инвестиции на развитие.
ГЛАВА 14
ОСОБЕННОСТИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ В МЕЛКОСЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
14.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТИПА ПРОИЗВОДСТВА
Ранее (см. п. 13.1) было отмечено, что в современных экономических условиях 70% листовых деталей выпускается мелкими партиями (до 1500 штук в год), при этом более 60% номенклатуры деталей обновляется каждые три года. Следует иметь в виду, что тип производства определяется не только количеством изготавливаемых деталей, но и их размерами, при этом границы деления являются условными и отличаются для разных отраслей промышленности. В табл. 14.1 приведены показатели серийности производства для автомобильной промышленности.
Таблица 14.1. Показатели серийности производства
Тип прЬизводства	Объем выпуска, тыс. шт./год		
	Крупные детали (630—2000 мм)	Средние детали (250—630 мм)	Мелкие детали (до 250 мм)
Мелкосерийное	до 2	ДО 5	ДО 10
Среднесерийное	св. 2 до 20	св. 5 до 50	св. 10 до 100
Крупносерийное	св. 20 до 300	св. 50 до 1000	св. 100 до 5000
Массовое	св. 300	св. 1000	св. 5000
В условиях мелкосерийного производства вопросы технологической подготовки производства приобретают особое значение, так как время, затрачиваемое на технологическую подготовку, составляет большую часть от общего времени на подготовку производства в целом, а затраты на проектирование и изготовление специальной оснастки, приходящиеся на одну деталь, весьма велики.
Конструкции штампов, применяемых при малой серийности производства, имеют существенные отличия от штампов круп-
14.1. Общая характеристика типа производства
421
несерийного и массового производства. В мелкосерийном производстве применяют, в основном, две группы штампов:
1) универсальные штампы, предназначенные для выполнения однотипных операций при изготовлении различных деталей;
2) упрощенные штампы, предназначенные для изготовления определенных деталей, т. е. являющиеся специальными, но отличающиеся от штампов крупносерийного производства простотой конструкции и значительно меньшей трудоемкостью изготовления, металлоемкостью и себестоимостью.
Универсальные штампы используют для получения наружного и внутреннего контуров плоских деталей (закругления, вырезы в углах и др.), для гибки и для формовки неглубоких пространственных элементов.
В упрощенных штампах выполняются, как правило, разделительные операции (вырубка, пробивка, над резка и др.), а также некоторые формоизменяющие операции (формовка, отбортовка, вытяжка).
Упрощенные штампы по возможностям формообразования приближаются к штампам крупносерийного производства и таким образом обеспечивают некоторую концентрацию операций. Универсальные штампы, наоборот, требуют дифференциации операций, что приводит к увеличению времени производственного цикла и к повышению трудоемкости изготовления деталей. Поэтому часто применяют в одном технологическом потоке совмещение двух типов штампов, например, разделительные операции проводят на упрощенных штампах, а гибку — на универсальных штампах.
Универсальные штампы используют при организации так называемой поэлементной штамповки.
Таблица 14.2. Примерные границы рационального применения основных способов и средств в мелкосерийной штамповке
Способы и средства штамповки	Количественные границы, шт.	
	нижняя	верхняя
Штамповка на универсальных штампах	5—10	5000—16 000
Штамповка на координатно-револьверных дыропробивных прессах	1—5	3000—5000
Штамповка на упрощенных специальных штампах с сопряженными рабочими частями	300—600	20 000—50 000
Примечание: меньшие значения в каждом столбце соответствуют крупногабаритным и сложным деталям, большие — малогабаритным, простым деталям.
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
422
В таблице 14.2 приведены примерные количественные границы рационального применения универсальных и упрощенных штампов.
14.2. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ ШТАМПЫ
В универсальных штампах предусматривается возможность быстрой смены некоторой группы деталей, в том числе пуансонов и матриц, вследствие чего часть деталей и узлов штампа используется при изготовлении многих изделий (группы), а для штамповки конкретной детали требуется изготовить и установить лишь комплект сменных деталей. В этом случае на себестоимость штампованных изделий полностью списываются затраты на изготовление лишь комплекта сменных деталей, которые существенно меньше, чем затраты на изготовление штампа в целом.
С учетом особенностей сборки различают универсальные штампы со сменными пакетами, сменными основными рабочими деталями (пуансоном и матрицей) и универсально-сборные штампы.
Универсальные штампы со сменными пакетами содержат универсальный блок и сменный пакет, включающий пуансоны, матрицу, регулируемые упоры, направляющие планки и др. На таких штампах выполняются либо полностью законченные операции, либо только часть операции, например, обрезка углов, пазов, радиусов, гибка по частям и т. п.
На рис. 14.1 представлен эскиз универсального блока с диагональным расположением направляющих колонок для разделительных штампов со сменными пакетами (ГОСТ 17662—72). Блок содержит литые нижнюю 1 и верхнюю 2 плиты и диагонально расположенные направляющие узлы качения 6, при этом направляющие втулки 5 установлены в верхние плиты с помощью эпоксидного клея. Блок снабжен плавающим хвостовиком 8, который крепится к верхней плите с помощью винтов 16 и штифтов 15. Механизм выталкивания детали из верхней части штампа состоит из выталкивателя 9, соединенного с помощью штифта 14 с планкой 13, и пружины 3. Для крепления сменного пакета предусмотрены подпружиненные прихваты 10, 11, установленные в плитах и закрепленные в них с помощью планок 17 и винтов 4. Для фиксации положения па-
14.2. Универсальные штампы
423
А-А
Рис. 14.1. Конструкция универсального блока для разделительных штампов со сменными пакетами
кета предусмотрен фиксатор 7. В нижней плите выполнено фигурное отверстие, в котором может быть установлен вкладыш (см. рис. 14.4, поз. 4) с отверстием для удаления отходов штамповки или буферное устройство. Для перемещения блока предусмотрены транспортные штыри 12.
На рис. 14.2 приведена схема сменного пакета разделительного штампа с неподвижным съемником. Нижнюю часть пакета составляют матрица 1, направляющие планки 2 и съемник 3, соединенные винтами 7 и штифтами 8. Верхнюю часть пакета составляет пуансонодержатель 4, в котором закреплены направ-
Глава 14. Особенности листоЬой штамповки
в мелкосерийном производстве
424
г-г
Б-Б
Для пакетов с L до 160 мм
Для пакетов с L до 160 мм
Для пакетов с L свыше 160 мм
Для пакетов с L свыше 160 мм
Б-Б
Рис. 14.3. Конструкция сменного пакета разделительного штампа совмещенного действия
Рис. 14.2. Конструкция сменного пакета разделительного штампа с неподвижным съемником
ляющие колонки 5 и 6. На матрице и пуансонодержателе выполняются уступы для крепления пакета к блоку прихватами (см. рис. 14.4).
Сменный пакет разделительного штампа совмещенного действия приведен на рис. 14.3. Нижнюю часть этого пакета со
14.2. Универсальные штампы
425
ставляют нижний пуансонодержатель 1, буфер 2 и съемник 3. Перемещение съемника ограничивается специальными ступенчатыми винтами Si Верхнюю часть пакета составляют матрица 4 и верхний пуансонодержатель 5, скрепленные винтами 9 и штифтами 10. Направление движения съемника и верхней части пакета осуществляется по направляющим колонкам 6.
На рис. 14.4 представлен пример установки сменных пакетов в блоках. Крупные блоки изготавливаются с четырьмя направляющими узлами (рис. 14.4, б).
В универсальных штампах со сменными пакетами, как правило, выполняется комплексная штамповка, однако стоимость изготовления деталей пакета, которая списывается на себестоимость конкретной штампуемой детали, в несколько раз меньше, чем стоимость такого же специального штампа. Стоимость же универсального блока разносится на большую группу штампуемых деталей.
Рис. 14.4. Схема совмещения блока и сменного пакета:
а) блок с двумя направляющими узлами; б) блок с четырьмя направляющими узлами (1 — нижняя плита блока; 2 — сменный пакет; 3 — верхняя плита блока; 4 — вкладыш)
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
426
Рис. 14.5. Универсальный штамп для отрезки прямоугольных заготовок от полос
На рис. 14.5—14.12 представлены конструкции универсальных штампов со сменными основными рабочими элементами — матрицами и пуансонами.
На рис. 14.5 представлена конструкция универсального штампа для отрезки прямоугольных и квадратных заготовок от полос толщиной от 3 до 10 мм. Этот же штамп можно использовать для разрезки заготовки на две части, для обрезки фасок у полуфабрикатов и заготовок.
Разрезка материала производится взаимозаменяемыми ножами 3, которые для уменьшения количества переточек имеют четыре режущих кромки и могут кантоваться в нижней 1 и верхней 4 плитах. Для компенсации отжимающих усилий, возникающих при резке, к выступам верхней и нижней плит прикреплены сухари 7 и 8. При разрезке материал прижимается прижимом 5. Регулирование длины отрезаемой заготовки осу
14.2. Универсальные штампы
427
ществляется с помощью подпружиненного упора 2, передвигаемого по штангам 10. Подпружинивание упора 2 необходимо для обеспечения постоянства размера по длине отрезаемых заготовок. При отрезке толстолистовых заготовок возникают значительные распорные усилия, действующие на упор 2 и сжимающие пружины. После отрезки упор под действием пружин возвращается в исходное положение. Для боковой фиксации на столике 6 имеются передвигающиеся по пазам упорные линейки 9. Установка упора 2 и линеек 9 на требуемый размер производится по универсальным линейкам, установочному шаблону, изготовленному по одной детали, или по эталонной детали.
На рис. 14.6 представлена конструкция универсального штампа для пробивки в листовых заготовках отверстий диаметром от трех до пятнадцати мм.
Рис. 14.6. Универсальный штамп для пробивки отверстий
428
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
При поднятой откидной планке 14 и выдвинутой прижимной призме 11 сменная матрица устанавливается на плиту 1 и подается в установочное гнездо. Затем вдвигается прижимная призма 11, опускается откидная планка 14 а защелкивается на фиксатор 16. Далее винтом 15 через призму 11 матрица закрепляется в рабочем положении.
В съемнике 9 устанавливается сменная направляющая втулка и закрепляется винтом 8.
Сменный пуансон вставляется в Т-образный паз хвостовика 7.
Фиксация заготовки в штампе осуществляется при помощи упорных планок 5 и 10, устанавливаемых на требуемый размер по масштабным линейкам £ и 12. При пробивке в заготовке нескольких отверстий с одинаковым шагом пользуются утопающими упорами 13, вмонтированными в передвижную колодку 4. Утопающие упоры 13 устанавливаются на требуемый размер относительно центра штампа по нулевой риске и по масштабной линейке 3. После установки на размер передвижная колодка 4 фиксируется винтом 2. Чтобы поставить упор 13 в нерабочее положение, упор утапливают с помощью отвертки и поворачивают на 180°, при этом зуб фланца упора выходит из паза и упирается в торец выточки посадочного гнезда колодки 4.
Во избежание аварий при работе ход ползуна пресса должен быть небольшим с тем, чтобы пуансон все время находился в направляющей втулке.
На рис. 14.7 представлен универсальный штамп для пробивки отверстий и вырубки заготовок диаметром до 200 мм. Конструкция штампа может иметь несколько вариантов крепления сменных пуансонов.
В конструкции по рис. 14.7, а пуансон крепится непосредственно в хвостовике 6 с помощью винта 7, в конструкции по рис. 14.7, б пуансон крепится винтом 8 в державке, а державка, в свою очередь, — винтом 11 в хвостовике. В конструкции по рис. 14.7, в пуансон и хвостовик крепятся к державке винтами. Сменные Матрицы устанавливаются в гнездо плиты 1 и крепятся откидным бугелем 19. В съемник 3 устанавливается сменная направляющая втулка 4, которая закрепляется бугелем 18. Направление верхней части штампа относительно нижней осуществляется по диаметру Dr втулки 4.
Фиксация заготовки осуществляется по упору 17, смонтированному на двух штангах 16, передвигающихся в отверстиях
14.2. Универсальные штампы
429
Индекс штампа	А	В	Г	Д	И	К	л	З.В.Ш
09.03.А	270	290	55	150	85	210	68	255
09.03.Б	355	360	65	200	130	250	100	
09.03.В	400	410	80	220	135	300	115	
Индекс штампа		О3	Di.	Л
09.03.А	105	65	77	32; 42; 52; 62
09.03.Б	145	105	117	70; 80; 90; 100
09.03.В	410	155	167	110;120;130;140;150
Рис. 14.7. Конструкция универсального штампа для вырубки
съемника и закрепляемых в требуемом положений винтами 5, и упору 15, установленному на штанге 2. Штанга 2 установлена в пазу салазок 21, а ее положение фиксируется по масштабной линейке винтами 20.
На рис. 14.8 представлены конструкции универсальных штампов для пробивки отверстий (рис. 14.8, а) и вырубки (рис. 14.8, б) с фиксацией заготовок по предварительно подготовленным отверстиям.
В штампе по рис. 14.8, а сменными деталями является пуансон 6, закрепляемый в держателе, выполненном монолитно с верхней плитой 3, с помощью винтов 0, матрица 11, установленная в нижней плите 1 и зафиксированная в ней с помощью винтов 12, и съемник 10, установленный в промежуточной плите 8 и закрепленный в ней винтами 2. Промежуточная плита 8
Рис. 14.8. Конструкции универсального штампа для вырубки с фиксацией заготовки по предварительно пробитому отверстию
14.2. Универсальные штампы
431
подвешена к верхней плите 3 с помощью ступенчатых винтов. Фиксатор 5 положения заготовки размещен в пуансоне и связан с пружиной 4. Съем детали с пуансона осуществляется с помощью эластичного буфера 7.
В штампе для вырубки по рис. 14.8, б матрица 6 установлена в верхней части штампа и крепится к верхней плите 8 с помощью прихвата 0 и винта 10. Пуансон 4 установлен с помощью «ласточкина хвоста» в нижней плите 1 и закреплен винтами 3. Съемник 5 с помощью толкателей 2 связан с буферным устройством, расположенном в столе пресса. Заготовка устанавливается на фиксатор 7 по предварительно пробитому отверстию.
На рис. 14.9 представлен универсальный штамп для вырезки открытых пазов, углов, разрезки заготовки на части, причем вырезаемые контуры расположены к краям заготовки под прямым углом. На плите 1 смонтирована матрица 3 со съемником 4. Верхняя часть штампа включает пуансон 2, держатель 9, верхнюю плиту 10 тл. хвостовик 11. Направляющей парой в данном штампе являются пуансон и съемник, при этом выступ А на пуансоне предназначен для восприятия отжимающих усилий. Заготовка устанавливается по упорам 5 и 8, которые могут перемещаться по Т-образным пазам, выполненным в планках 6 и 7. В данном штампе пуансон и матрица не являются быстросменными, а универсальность заключается в возможности получения разных по ширине пазов в разных местах заготовки.
Универсальный штамп для обрезки краев заготовок по радиусу представлен на рис. 14.10. Штамп состоит из нижней! и верхней 6 плит, направляющих колонок 3 и втулок 4. В нижнюю плиту врезаны матрица 11 и противоотжим 2, а к верхней плите 6 крепится пуансонодержатель 5 с пуансоном 3, в который ввинчивается хвостовик 7. Направляющая втулка 4 запрессована одновременно в пуансонодержатель 5 и в плиту 6. Нижняя плита 1 представляет собой одновременно и столик, на который укладываются обрабатываемые детали и на котором крепятся установочная линейка 12 и упорная линейка 13.
При обрезке радиуса на конце полосы, ширина которой равна 2R, установочная линейка 12 пальцами 14 ставится в соответствующие отверстия в плите 1 и крепится гайкой 9 и
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
432
А	Б	В	Г	S
80	0—40	0-100	0—80	1-3
Рис. 14.9. Конструкция универсального штампа для вырезки пазов
винтом 10. Упорная линейка 13 выставляется на требуемый размер по делениям установочной линейки 12.
При обрезке радиуса на концах деталей установочная линейка 12 поворачивается пальцами 14 вверх. Установка линеек 12
14.2. Универсальные штампы
433
R	L	S
7,5; 8; 9; 10	20—150	1-4
Рис. 14.10. Универсальный штамп для обрезки краев заготовок по дуге /
и 13 производится в этом случае по специальному шаблону или эталонной детали.
На рис. 14.11 представлен универсальный штамп для гибки уголков, скоб, 77-образных и Z-образных деталей из листовых заготовок толщиной до 1 мм.
434
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
Рис. 14.11. Универсальный штамп для гибки
На плите 1 установлена матрица 6, в пазу которой ходит прижим 7. В верхнем положении прижим 7 удерживается буфером пресса, действующим на прижим через толкатель 10 и планку 11. Для направления планки 11 служат два пальца 12.
Пуансон 5 установлен в пазу пуансонодержателя 4, выполненного заодно с хвостовиком.
Установка заготовки производится по боковым 9 и торцовому 8 упорам, которые можно перемещать по Т-образным пазам матрицы 6.
14.2. Универсальные штампы
435
Слева на плите 7 передвигается стойка 2, в пазу которой в вертикальном направлении передвигается упор 3.
Конструкции универсальных штампов для вытяжки представлены на рис. 14.12.
Штамп по рис. 14.12, а предназначен для выполнении первой и последующих операций вытяжки на провал цилиндрических заготовок без прижима.
Рис. 14.12. Универсальный штамп для вытяжки: а) без прижима заготовки; б) с прижимом заготовки:
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
436
Сменная вставка, выполняющая роль матрицы, устанавливается в расточку нижней плиты 1, а сменный пуансон через разрезную втулку зажимается в хвостовике 2 винтом 3.
Фиксация заготовки производится при помощи двух упорных планок 4. Съем вытянутой детали с пуансона осуществляется при помощи двух съемников 3, расположенных под матрицей в пазах нижней плиты и срабатывающих от пружин 6. Съемники 8 выставляются по пуансону при помощи винтов 7 и гаек 5.
Вытянутая деталь падает вниз через окно в нижней плите.
Штамп по рис. 14.12, б предназначен для выполнения первой операции вытяжки с прижимом цилиндрических деталей с фланцем и без фланца из плоских заготовок толщиной 0,4—3 мм. Комплект сменных деталей — матрица, пуансон и прижим — является общим и для штампа по рис. 14.12, а.
В нижней плите 1 через разрезную втулку устанавливается пуансон и зажимается винтом 8. Сменная вставка, выполняющая роль матрицы, устанавливается в расточку верхней плиты 6 и закрепляется прихватами 3, своей удлиненной частью входящими в кольцевую выточку во вставке.
Сменная вставка, выполняющая роль прижима, вставляется в расточку прижимного кольца 2 и закрепляется аналогично матрице. Конструктивное выполнение сменной вставки таково, что она может быть использована как в качестве матрицы, так и в качестве прижима.
Заготовка укладывается на прижим и фиксируется относительно центра штампа упорными планками 7.
Съем вытянутой детали с пуансона производится при помощи буферного устройства пресса, действующего на прижимное кольцо 2 через толкатели 9. Выталкивание детали из верхней части штампа производится при помощи выталкивателя 5, расположенного в центральном отверстии верхней плиты 6 и пред" охраняемого от выпадания винтом 4.
Отдельным видом универсальных штампов являются универсально-сборные штампы.
Универсально-сборные штампы собираются из нормализованных деталей с Т-образными пазами для размещения головок крепежных винтов или гаек и некоторых специальных деталей — пуансонов, матриц, прижимов, выталкивателей. После изготовления необходимого количества деталей штамп разби-
14.2. Универсальные штампы
437
в) Операционный чертеж детали
Рис. 14.13. Универсально-сборный штамп для гибки
рается, нормализованные сборочные элементы используются для сборки другого штампа.
На рис. 14.13 представлен универсально-сборный штамп для гибки заготовок толщиной 1 мм.
Специальный пакет деталей штампа включает матрицу 0, выталкиватель 10, промежуточную плиту 13 и пуансон 3. Матрица закреплена на промежуточной плите 13 с помощью винтов 11.
Сборный блок содержит нижнюю плиту 1 с закрепленными на ней стойками § и верхнюю плиту 20, скрепленную винтами 17 с плиткой 16, в которой установлен хвостовик 18, зафиксированный штифтом 19.
Взаимное крепление универсальных и нормализованных деталей блока производится винтами 2, 5, 8 и гайками 4, 7, предварительно вставленными в Т-образные пазы плит и завинчиваемыми отверткой через отверстия «Б».
Прижим заготовки и выталкивание детали из матрицы осуществляется с помощью пружин 22. Для съема детали с пуансона предусмотрены размещенные в отверстиях пуансона толкатели 21 и пружины 15 (см. рис. 14.13, б).
Установка заготовки производится по планкаМ-упорам 12, которые можно передвигать вдоль Т-образных пазов в опорах 6.
Многие другие конструкции универсальных штампов для выполнения различных операций листовой штамповки приве
438
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
дены в работе [45]. Конструкции универсально-сборных штампов описаны в работе [25].
Использование набора универсальных штампов, предназначенных для выполнения различных операций, позволяет получить весьма широкую номенклатуру деталей и обеспечить при этом получение при мелкосерийном производстве следующих результатов:
•	в несколько раз сократить сроки подготовки производства, снизить себестоимость и сократить время изготовления деталей;
	во многих случаях исключить необходимость проектирования и изготовления новых штампов;
	при изменении размеров изготавливаемых деталей вместо переделки штампов производить только их переналадку;
	при снятии изделия с производства не списывать оснастку в металлолом, а использовать ее для изготовления новых изделий; ,
	повысить степень оснащения производства уже при выпуске первых опытных партий новых изделий, при этом роль величины размера первой партии изделий становится менее значительной;
	создать возможность использования универсальной штамповой оснастки не только для изготовления деталей мелкосерийного производства, но и для деталей крупносерийного производства в период запуска нового изделия и отладки специальной оснастки;
	увеличить коэффициент использования оборудования, так как переналадка универсального штампа на новый размер производится непосредственно на прессе и занимает от двух до десяти минут, а установка нового специального штампа — 1 час и более;
	повысить степень унификации отдельных элементов контуров листовых деталей, благодаря которой увеличивается серийность штамповки;
	йолучить значительную экономию качественных инструментальных сталей;
	значительно повысить качество деталей по сравнению с аналогичными деталями, изготовленными слесарной обработкой.
14.2. Универсальные штампы
439
Точность размеров деталей, изготавливаемых в универсальных штампах, зависит, в основном, рт точности настройки элементов, фиксирующих заготовку. В штампах с нониусной настройкой точность получаемых размеров относительно базовых поверхностей колеблется в пределах ±0,1 мм. Обычно конструкции разделительных штампов и штампов для гибки обеспечивают изготовление деталей в пределах 12—14 квалитетов точности.
Универсальные штампы применяются в качестве дополнения к специальным штампам и являются одним из составных элементов системы технологической подготовки производства.
14.3.	ПОЭЛЕМЕНТНАЯ ШТАМПОВКА
Метод поэлементной штамповки заключается в том, что контур детали, отверстия в ней, изогнутые участки и прочие элементы штампуются либо последовательно, либо группами, но с использованием для каждого из типоразмеров элементов универсального штампа, либо нормализованного сменного инструмента.
Универсальные штампы для поэлементной штамповки представляют собой, как правило, однооперационные штампы для выполнения различных операций: отрезки и вырубки деталей, контур которых образован прямыми линиями; обрезки углов или обрезкй по радиусу; пробивки отверстий и пазов различных размеров; гибки с различными углами, полками и радиусами и др. Такие штампы устанавливаются постоянно на прессах в составе отдельных штамповочных линий и переналаживаются при переходе от штамповки одной детали к другой.
При проектировании технологии изготовления детали ее контур разбивают на отдельные простейшие элементы — прямые и кривые линии. Различные сочетания таких элементов создают большое разнообразие деталей. Имея набор универсальных однооперационных штампов либо набор рабочих инструментов в специальном оборудовании, каждый из которых обрабатывает тот или иной элемент контура детали, можно изготовить большое число разнообразных по форме и размерам деталей.
440	Глава 14. Особенности листо&ой штамповки
в мелкосерийном производстве
Рис. 14.14. Схемы последовательной штамповки различных деталей по элементам формы
На рис. 14.14 приведены схемы штамповки нескольких видов деталей по элементам контура.
Поэлементная штамповка по точности получаемых деталей значительно уступает деталям, полученным комплексной штамповкой, поэтому применение ее возможно лишь в случае, если требования по точности и, соответственно, по качеству деталей могут быть обеспечены существующими средствами. Следует отметить, что при поэлементной штамповке на технологическую себестоимость деталей гораздо большее влияние оказывает сложность детали, т. е. число и характер образующих ее элементов, чем программа выпуска. По трудоемкости поэлементная штамповка в несколько раз превышает комплексную штамповку.
Технологические расчеты при поэлементной штамповке проводят по общепринятым правилам.
14.3.
Поэлементная штамповка
441
Основные средства и способы выполнения этапов технологического процесса поэлементной штамповки приведены в работе [5].
К наиболее современным решениям в области поэлементной штамповки следует отнести разработки ряда зарубежных фирм, а именно «BALTEC» (Швейцария), «BEHRENS» (ФРГ), «KOMATSU» (Япония) и другие.
Так, фирмой «ВАЬТЕС» разработана конструкция универсального пресса модели PWS 610 CNC (с программным управлением), позволяющего получать большой класс деталей (с толщиной 0,1—4,0 мм), требующих операций гибки, вырубки-пробивки, отрезки, отбортовки. Управление прессов осуществляется микропроцессором, который позволяет осуществлять программирование технологических переходов с графическим изображением на экране дисплея. Достаточно большая собственная память микропроцессора позволяет накапливать и хранить в памяти ЭВМ производственные программы для большого числа деталей, что позволяет во многих случаях избегать повторного программирования. Смена рабочего инструмента проводится вручную за несколько минут, время переналадки пресса на другую операцию или деталь минимально.
Фирма «BEHRENS» (ФРГ) разработала гамму револьверных дыропробивных прессов с управлением от микропроцессора, снабженных лазерными головками для резки, с числом позиций для штампов в револьверном автоматическом магазине до 25, с координатными столами разных размеров, позволяющими обрабатывать листы с максимальными размерами от 1000 х 1000 (мм) дЪ 1650 х 2500 (мм), толщиной до 10 мм. Прессы могут быть снабжены системой удаления отходов и деталей с помощью ленточного транспортера, расположенного в координатном столе, и рядом Дополнительных сервисных устройств, позволяющих полностью исключить ручной труд.
Полностью автоматизировать процесс проектирования и производства, начиная от выбора листа и кончая удалением и складированием готовых деталей, позволяет разработанная фирмой «BEHRENS» система автоматических складов и обслуживающих устройств в составе гибких производственных систем на базе дыропробивных прессов. Такие системы позволяют после введения в ЭВМ необходимой информации о детали выбрать наиболее рациональный лист на складе, подать его в зону обработки, произвести обработку, удалить деталь и отходы без
442
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
вмешательства человека. Более подробные сведения о таких гибких интегрированных производствах приведены в литерату-ре [18].
На автоматизированных прессах и комплексах можно изготавливать такую номенклатуру деталей, как и с помощью комплекта универсальных штампов, устанавливаемых на универсальном оборудовании, однако в первом случае все технологические операции концентрируются на одном рабочем месте, вследствие чего время наладки и штамповки сокращается во много раз.
14.4.	УПРОЩЕННЫЕ ШТАМПЫ
Упрощенные штампы подразделяются по выполняемым операциям на вырубные, гибочные, вытяжные и формовочные.
Вырубные штампы делятся по конструкции на листовые пинцетные и пластинчатые штампы. Эти штампы характе
ризуются минимальным числом таких вспомогательных деталей, как направляющие части, съемники, фиксаторы и т. п.,
а также тем, что рабочие детали штампов (пуансоны и матрицы) изготавливают из сравнительно тонких пластин, не требующих больших затрат на их изготовление. Такие штампы предназначены для вырубки по контуру небольших и средних деталей и для пробивки в них отверстий.
В этих штампах можно совмещать операции вырубки и пробивки, вырубку и отбортовку и другие операции. На пин-цетных штампах (конструкция листового пинцетного штампа показана на рис. 14.15) производят обработку материалов из стали толщиной до 1,5 мм, а из цветных металлов и сплавов
толщиной до (3—4) мм. Пинцет-ный штамп состоит из матрицы 1, пуансона 2, которые изготавливают обычно из сталей 15—20 с цементацией и закалкой до HRC 52...56 единиц, пу-ансонодержателя 3 и ручки 4. Толщина матрицы t зависит от толщины обрабатываемого материала 5 и определяется по формуле
f = 2,255.
Рис. 14.15. Эскиз пинцетного штампа
14.4. Упрощенные штампы
443
Размеры листовых рабочих частей определяют по следующим формулам:
В = 50-0,2( /+уф! I; С = 25+ 0,11 b +	,
где В — ширина матрицы (мм); С — перемычка между краем и отверстием матрицы (мм); I — длина штампуемой детали (мм); Ъ — ширина штампуемой детали (мм); ов — предел прочности материала заготовки (МПа).
Длину матрицы и пуансонодержателя L определяют из условий:
L > (3—4)Z.
Стойкость пинцетных штампов не превышает 1000 деталей.
Пластинчатые штампы позволяют проводить обработку материалов из стали толщиной до 3 мм, а из цветных металлов и сплавов толщиной до 5 мм. На рис. 14.16 представлена схема пластинчатого штампа с механическим креплением к групповому блоку. Штамп состоит из матрицедержателя 1, матрицы 2, резинового выталкивателя 3, пуансона 4, пуансонодержателя 5, резинового съемника 6 и направляющего штыря 7. Толщина матрицы и пуансона определяется конструктивно в зависимости от толщины материала S. Стойкость пуансонов и матриц таких штампов до переточки составляет 5—10 тыс. деталей, а полная стойкость может достигать до 40 тыс. деталей.
Штампы для формоизменяющих операций могут содержать рабочие части из алюминиевоцинковых сплавов, из пластмасс, из эпоксидных смол и других материалов, которые обладают хорошими литейными свойствами и легко обрабатываются. Стойкость
Рис. 14.16. Эскиз пластинчатого штампа
таких штампов составляет от нескольких десятков деталей до 6000 тыс. для штампов с рабочими частями из алюминиево-цинковых сплавов. Рабочие части штампов могут быть выполнены и из чугуна либо из дешевых малоуглеродистых сталей типа сталей 15—20, с последующей их цементацией и термообработкой.
444
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
14.5.	ШТАМПОВКА ЭЛАСТИЧНЫМИ СРЕДАМИ И ЖИДКОСТЬЮ
Штамповкой эластичными средами и жидкостью можно получать большой класс деталей из плоских либо тонкостенных трубчатых заготовок, используя схемы как разделительных (вырубка, пробивка, обрезка фланца и стенок), так и формоизменяющих операций (гибка, вытяжка, отбортовка, формовка, обжим, раздача и др.).
Особенностью штамповки эластичными средами и жидкостью следует считать высокую равномерность прилагаемых к заготовке деформирующих давлений и отсутствие одного жесткого рабочего инструмента, что обеспечивает широкие технологические возможности.
14.5.1.	Штамповка эластичными средами
Штамповка эластичными средами широко применяется прежде всего в авиастроении, но распространяется в последнее время очень быстро и в другие области.
В качестве эластичной среды для формовки раньше использовали резины различных марок, а в последнее время — поли-уретаны-эластомеры [18].
Полиуретан обладает значительно большей стойкостью по сравнению с резиной, выдерживает давления в закрытом контейнере до 1000 МПа, поэтому его применение предпочтительнее. При штамповке используют полиуретан следующих марок: СКУ-6Л; СКУ-7Л; СКУ-ПФЛ. Технические характеристики полиуретана и резины приведены в таблице 14.3.
Стойкость (число циклов контактного нагружения) с учетом перешлифовок составляет от 12 000 (СКУ-ПФЛ) до 68 000 (СКУ-7Л) деталей.
При выполнении разделительных операций можно обрабатывать листовой материал из алюминиевых сплавов толщиной до 3 мм, из стали углеродистой, низколегированной, латуни, меди, бронзы — толщиной до 2 мм, из стали высоколегированной, нержавеющей — толщиной до 1 мм.
На рис. 14.17 представлена конструкция универсального блока для штамповки эластичным материалом — резиной или полиуретаном. На блоке можно выполнять разнообразные штамповочные операции — вырубку, пробивку, гибку, неглубокую вытяжку, отбортовку заготовок из мягкой стали, цветных металлов и их сплавов толщиной до 1 мм.
14.5.
Штамповка эластичными средами и жидкостью
445
Таблица 14.3. Технические характеристики полиуретана и резины
Наименование характеристик	Марка полиуретана			Марка резины	
	СКУ-6Л	СКУ-7Л	СКУ-ПФЛ	3826	4004
Предел прочности при растяжении, МПа...	40	55—60	50	8—10	10
Относительное удлинение, %	600	550	450	300	200
Твердость на приборе ТМ-2... (по Шору, шкала А)	60—65	80—85	90—95	65—75	75—90
Остаточная деформация сжатия, % ...	2—3	4—6	12	—	—
Рис. 14.17. Конструкция универсального блока для штамповки эластичным материалом
Рабочим инструментом являются сменные шаблоны-пуансоны и пластинчатые штампы, свободно устанавливаемые на плоскость нижней плиты 1. Верхняя часть блока представляет собой прямоугольный в плане контейнер, внутри которого заключена эластичная подушка, которая может быть как сплошной, так и набранной из отдельных пластин толщиной не менее 30 мм каждая. По ме
ре износа нижняя резиновая пластина заменяется, для чего отворачиваются болты 3 и снимается рамка 2.
Блок устанавливается на гидравлические или фрикционные прессы.
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
446
Рис. 14.18. Схема совмещенных вырубки и пробивки с использованием универсального блока для штамповки эластичным материалом
На рис. 14.18 приведены схема штамповки (вырубка и пробивка) плоской детали 2, заготовки для нее 1 и эскиз шаблона-пуансона.
На рис. 14.19 приведена схема гибки детали 2 и эскиз пластинчатого штампа, используемого для нее. Плоская заготовка 1 с предварительно подготовленными отверстиями устанавливается по фиксаторам 3 на пуансон-пластинку 4 и выполняется гибка по пуансону и шаблону 5.
Высоту шаблона для вырубки определяют по формуле н = 3(1 + 310)7s,
где 810 — относительное удлинение обрабатываемого материала; S — толщина заготовки, мм.
Минимально необходимый припуск на обрезку по наружному контуру (ограниченному прямыми линиями) определяется соотношением
L = 1,4Н + (Н + 8)/ц,
где ц — коэффициент трения (ц = 0,2).
Удельная сила, необходимая для проведения разделительных операций, зависит от механических свойств заготовки, ее толщины S и от высоты матрицы-шаблона Н.
14.5. Штамповка эластичными средами и жидкостью
447
Рис. 14.19. Схема гибки с использованием универсального блока для штамповки эластичным материалом и пластинчатого штампа
Для пластичных материалов удельную силу вырубки можно определить по следующим формулам:
а)	для деталей с контуром, очерченным прямыми линиями,
SoB
<7=-^ [МПа];
б)	для деталей со сложным криволинейным контуром
q ~ H(2R ± Н) ’
где R — радиус кривизны контура детали (м); ов — предел прочности материала заготовки (МПа), при этом знак «4-» берут при выпуклом, а знак «—» — при вогнутом контуре.
Удельную силу при пробивке можно определить по следующим формулам:
а)	для отверстий малого диаметра d
q = 3S<5B/d;
б)	для небольших пазов с размерами а х Ь
2S(a + Ь)ав ab
При выполнении разделительных операций на трубчатых и полых заготовках по закрытой схеме в штампе, представленном на рис. 14.20, изделия не коробятся, а на внутренней поверхности изделия отсутствуют заусенцы.
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
448
Штамп, схема которого показана на рис. 14.20, состоит из обоймы 1 с запрессованной в нее вставкой 2, закрепленных на столе пресса, разъемной матрицы 3, полиуретанового пуансона 5, штока 6, закрепленного на ползуне пресса, направляющего кольца 7, упора 10 и выталкивателя 11. Заготовку 4 устанавливают в матрицу 3 и в нее вкладывается пуансон 5. Затем устанавливается и крепится направляющее кольцо 7. При опускании ползуна шток 6 воздействует на пуансон 5, который производит деформирующее воздействие на заготовку 4, придавая ей форму матрицы и пробивая необходимые отверстия. После снятия нагрузки и возврата штока 6 в исходное положение снимается направляющее кольцо 7
23456789
Рис. 14.20. Схема штампа для пробивки отверстий эластичным материалом в полой заготовке
и выталкивателем 11 с упором 10 матрица с деталью и пуансоном выталкивается из контейнера. После извлечения из матрицы детали 8 и удаления отходов штамп снова готов к работе.
При пробивке отверстий малых диаметров следует учиты
вать, что толщина стенок матрицы не должна превышать половины диаметра пробиваемого отверстия.
Полиуретановый пуансон желательно изготавливать составным из шайб, причем между шайбами можно проложить в верхней части пуансона металлические прокладки, толщиной 1—2 мм, а диаметр самих шайб должен уменьшаться снизу вверх, что дает возможность проводить вырубку сначала нижних отверстий, а затем верхних. Такая конструкция пуансона позволяет значительно повысить его стойкость.
При помощи такой схемы можно одновременно пробивать в заготовке несколько сотен отверстий диаметром др 8 мм при общей длине изделия до 400 мм, диаметре до 80 мм и толщине до 1,5 мм.
Полиуретаном можно также проводить разрезку труб любого сеченця, их торцовку? пробивку пазов любой формы в стенках из алюминиевых и медных сплавов толщиной до 3 мм, стали и титановых сплавов толщиной до 2 мм.
14.5.
Штамповка эластичными средами и жидкостью
449
Одновременно с операциями разделения производится калибровка труб с точностью по наружному диаметру по 9—11 квалитету.
При выполнении формоизменяющих операций с помощью полиуретана используются в основном схемы гибки, вытяжки и формовки. Отсутствие в схемах одного из жестких рабочих элементов (пуансона или матрицы) и хорошее качество поверхности детали со стороны контакта с полиуретановым инструментом дает широкие возможности использования данной технологии. .
Гибку проводят, в основном, металлическим пуансоном в полиуретановую матрицу, запрессованную в контейнер, причем в таком штампе можно, меняя пуансоны, получать десятки наименований деталей. Максимальная толщина обрабатываемого металла при гибке S = 2 мм при ов < 600 и S = 4 мм при ов < 300.
Необходимо следить, чтобы минимальная длина полки изгибаемой детали и глубина внедрения пуансона в полиуретановую подушку были не менее (8—14) толщин детали, а минимальный радиус гибки г > 1,2S. Угол пружинения апр при гибке с относительным радиусом r/S < 10—12 можно определить по формуле
апр Е [s + 2)а’
где ов— предел прочности материала заготовки, МПа; Е модуль упругости материала заготовки, МПа; а— угол гибки, град.
Усилие гибки в закрытом контейнере определяется соотношением
P = KqF,
где К — коэффициент запаса, К = 1,3; q — удельное усилие гибки, МПа; F — площадь проекции полиуретановой матрицы.
Удельную силу q определяют по формуле
0,55ов82
где Zo — длина отогнутой полки без учета толщины материала 8 и радиуса гибки г.
Вытяжку и формовку эластичной средой проводят либо штамповкой эластичной матрицей по жесткому пуансону, либо штамповкой эластичным пуансоном по жесткой матрице.
450
ГлаВа 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
•г*. Основным видом оборудования, применяемого для штамповки эластичными средами, являются гидравлические прессы, однако можно применять и другие виды листоштамповочного оборудования — кривошипные прессы, гидродинамические молоты и прессы и т. п. Применение того или иного вида оборудования зависит от типа деталей, их размеров и геометрии, толщины материалов и других факторов.
Одним из интересных способов использования эластичных материалов следует считать деформирование листовых и профильных заготовок на двухвалковых машинах с эластичным покрытием одного из валков (рис. 14.21, а), исследованном в работах И. М. Закирова, М. И. Лысова и их учеников.
Особый интерес представляют процессы деформирования листового металла* когда один из валков заменяется плоским столом с приводом его горизонтального перемещения, как это показано на рис. 14.21, б, в, г. Так как формовка по схемам, показанным на рис. 14.21, осуществляется в открытом объеме, то невозможно получить большие давления в эластичной среде, что, конечно, сказывается на технологических возможностях этого процесса. Однако при формовке тонких листовых заготовок
Рис. 14.21. Схемы деформирования листовых заготовок на двухвалковых машинах с эластичным покрытием одного из валков: а) профильным жестким валом и валом с эластичным покрытием; б) профильным жестким валом и плоским столом с эластичным покрытием; в) гладким жестким валом и эластичным покрытием на рельефном столе; г) валом с эластичным покрытием на столе с рельефной поверхностью
14.5. Штамповка эластичными средами и жидкостью
451
7 6
Рис. 14.22. Схема стана для формовки с рабочим валком с эластичным покрытием
ввиду локальности воздействия нагрузок появляется возможность при относительно небольших усилиях производить формовку на очень больших площадях (до нескольких квадратных метров) при минимальных затратах энергии.
На рйс. 14.22 представлена схема стана локальной
формовки-гибки с рабочим валком с эластичным покрытием. Стан состоит из станины 1 с установленным на ней приводом горизонтального перемещения стола 2 по роликам 3 в составе электродвигателя 4 с редуктором 5, валом-винтом 6 и гайкой 7, жестко связанной со столом 2. На столе 2 закреплена матрица 8 и две хлопушки-прижимы 9, под одну из которых вставляют конец заготовки 10. На станине! также установлена траверса	на которой крепятся деформирующий валок 12 с эластич-
ной оболочкой 13 и привод вертикального перемещения-прижима 14.
Стан работает следующим образом: в исходном положении стол 2 находится в крайнем положении (правом). На матрицу 8 укладывают заготовку 10 под хлопушку 9 и включают электродвигатель 4, который через редуктор 5 приводит в движение вал-винт 6, и гайка 7 начинает горизонтальное перемещение стола 2 по роликам 3. При этом валок 12 осуществляет одновременную гибку заготовки благодаря возможности вертикального перемещения в траверсе 11 и формовку рельефного выступа эластичной оболочкой 13. Необходимое усилие гибки и формовки устанавливается приводом вертикального перемещения-прижима 14. Процесс заканчивается остановкой стола в крайнем левом положении после прохождения валка 12 над второй хлопушкой-прижимом 9. На стане рассмотренной конструкции можно получать панели с рельефным рисунком поверхности с размерами в плане до 600 х 1800 мм.
14.5.2. Штамповка жидкостью
Использование жидкости высокого давления в качестве универсального формообразующего инструмента позволяет существенно упростить штамповую оснастку и снизить ее стоимость.
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
452
Кроме того, при штамповке жидкостью создаются благоприятные схемы напряженно-деформированного состояния металла заготовки, благодаря чему можно существенно увеличить степени деформации, а полученные детали отличаются высокой точностью и хорошими эксплуатационными характеристиками.
Штамповкой жидкостью получают большой класс деталей разнообразной формы, используя как плоские (листовые), так и объемные (трубчатые) заготовки. Используя жидкость высокого давления, осуществляют операции вытяжки, формовки, калибровки, образования утолщений и отростков, а также формообразование поперечно-гофрированных оболочек на трубчатых заготовках и другие операции, подробно рассмотренные в специальной литературе [17].
На рис. 14.23 представлены схемы вытяжки жидкостью по жесткой матрице (рис. 14.23, а) и по жесткому пуансону с использованием эластичной оболочки (рис. 14.23, б).
Вытяжка по жесткой матрице жидкостью высокого давления характеризуется неравномерным течением материала фланца заготовки, что связано с неравномерностью сопротивления фланца деформированию и неравномерностью действия сил трения между фланцем заготовки и контактирующими с ним поверхностями прижима и матрицы. Это приводит к большим отходам металла и значительному неравномерному утонению
а)	б) .
к регулятору давления
Рис. 14.23. Схемы вытяжки жидкостью:
а) по жесткой матрице; б) по жесткому пуансону с использованием эластичной оболочки
14.5. Штамповка эластичными средами и жидкостью
453
Рис. 14.24. Схемы вытяжки жидкостью по жесткой матрице: а) с прижимом донной части заготовки; б) с противодавлением; в) реверсивная вытяжка
стенок детали. Для уменьшения указанных недостатков применяют следующие методы вытяжки:
	применение донного прижима (рис. 14.24, а);
	создание противодавления жидкости со стороны матрицы (рис. 14.24, бу,
	применение жесткого вкладыша (реверсивная вытяжка) на 1-й операции, который на второй операции убирается (рис. 14.24, в).
Следует отметить, что при вытяжке жидкостью высокого давления (особенно с противодавлением по схеме рис. 14.24, б) силы трения между зажатой частью фланца заготовки и контактирующими с ней поверхностями значительно меньше, чем при обычной вытяжке, так как в этих областях создаются условия жидкостного трения. Необходимые сведения по расчету коэффициентов вытяжки, усилия прижимов и других технологических параметров приведены в литературе [17].
Приближенно усилие Р, необходимое для вытяжки, можно определить по формуле:
P = Fnpg(MH),
где Fnp— площадь проекции вытягиваемой детали в м; q — удельное усилие (МПа), которое определяют для цилиндрических деталей по формуле
9-3,2|а„
где S— толщина заготовки (м); d — диаметр изделия (м); ов — предел прочности материала заготовки (МПа).
454
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
Достаточно широкое применение находит в последнее время штамповка большого класса полых деталей с отростками типа тройников, которая осуществляется по методу штамповки жидкостью высокого давления с осевой осадкой заготовки (рис. 14.25). Сущность данного метода заключается в том, что трубная заготовка 2, помещенная в полость разъемной матрицы 2, подвергается осевой осадке двумя пуансонами 3. Одновременно с двухсторонней осадкой в полость заготовки подается жидкость под давлением р, в результате чего в заготовке образуется боковой отвод и происходит правка заготовки по диаметру.
С целью уменьшения утонения стенок
отвода к его вершине может быть приложена сила Q противодавления со стороны дополнительного подпорного пуансойа 4.
Вопросы проектирования описанного технологического процесса и расчет его параметров (усилие осевой осадки Р, давление жидкости в полости заготовки Q, усилие подцора Q и усилие смыкания секций матрицы) рассмотрены в работе [13].
Штамповку жидкостью высокого давления проводят в основном на гидравлических прессах. Следует отметить большую сложность существующих гидравлических установок для штамповки жидкостью и их небольшую производительность.
р
Рис. 14.25. Схема штамповки жидкостью деталей типа тройников
14.6. ШТАМПОВКА С ПРИМЕНЕНИЕМ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ
К числу способов штамповки с применением высоких энергий относятся штамповка взрывом, штамповка электрическим разрядом в жидкости (электрогидроимпульсная штамповка) и штамповка импульсным магнитным полем (электромагнитная штамповка).
Перечисленные методы имеют ряд особенностей по сравнению с другими способами штамповки.
Высокие скорости деформации, достигающие значений е = = 103—104с-1, приводят к существенному увеличению пластичности и сопротивления деформированию. Кроме того, повышается температура очага деформации, возникают полезные силы
14.6. Штамповка с применением высоких энергий
455
инерции, уменьшаются силы трения. Технологическая оснастка значительно упрощается и удешевляется из-за отсутствия одного из жестких рабочих инструментов.
Наибольшее влияние скорость деформации оказывает на сопротивление деформированию о/д, которое при импульсной обработке можно определить по формуле [48]:
а/д —
где о/с — сопротивление деформированию при статических испытаниях (т. е. при е < 10 с-1); Кд — коэффициент динамичности.
Значения Кд зависят от марки и состояния штампуемого материала (степени нагартовки) и колеблются от 1,1 для легированных сталей до 1,4 для меди Ml и до 1,65 для алюминиевого сплава Д16АМ.
14.6.1.	Штамповка взрывом
Штамповка взрывом осуществляется путем воздействия на заготовку энергией взрывной волны, передаваемой через жидкость или воздух. В результате такого воздействия происходит
деформация заготовки и последняя принимает форму матрицы.
Штамповкой взрывом получают крупногабаритные детали
сложной формы типа днищ, обтекателей и т. п.
Рис. 14.26. Схема штамповки взрывом в жидкости
На рис. 14.26 показана схема штамповки взрывом в жидкости. После подрыва заряда взрывчатого вещества (ВВ) 4 в жидкости происходит мгновенное изменение объема из-за образования газового пузыря. В результате образуется мощная ударная волна, которая деформирует заготовку 2, придавая ей форму матрицы 2. Причем первичная ударная волна после соприкосновения с заготовкой частично отражается от нее, создавая в некоторой зоне 3 область кавитации с дополнительной энергией, которая способствует деформации заготовки. В свою очередь, газовый пузырь, увеличиваясь в объеме, создает направленный радиально поток жидкости, который завершает процесс деформирования.
456
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
В качестве ВВ чаще всего применяют тротил, причем форма заряда подбирается экспериментально в зависимости от формы штампуемой детали.
Взрывную штамповку крупногабаритных деталей осуществляют в специальных стационарных установках бассейнового типа, которые устанавливают в специально отведенных местах. Штамповку деталей средних размеров осуществляют в нестационарных установках, которые благодаря наличию передвижной бронекамеры можно устанавливать непосредственно в цехе.
При штамповке деталей типа днищ и обтекателей с небольшой высотой, заряд ВВ следует располагать от заготовки на расстоянии 0,3—0,5 диаметра штампуемой детали. Причем над зарядом необходимо оставлять слой жидкости не менее 1,5—2,0 расстояний от заряда ВВ до заготовки с целью уменьшения выброса жидкости из бассейна.
Кроме ВВ в качестве энергоносителя можно использовать различные газовые смеси, например, смесь природного газа метана с кислородом воздуха, причем стоимость такой смеси, эквивалентной по энергии ВВ, значительно меньше.
На рис. 14.27 представлена схема газовой установки для штамповки взрывом [13]. Установка работает на газовой смеси, которая подается в камеру сгорания 3 после закрепления заготовки 2 на матрице 1. Воздушную пробку, образующуюся после подачи газовой смеси в камеру 3, удаляют через верхний вентиль. После поджога газовой смеси запальным устройством 4 в результате воздействия на заготовку падающей и отраженной волн происходит деформация последней по форме матрицы. После съема заготовки камеру продувают сжатым воздухом. Такие установки можно размещать непосредственно в
Рис. 14.27. Схема установки для штамповки взрывом газовой смеси
14.6. Штамповка с применением высоких энергий
457
цехах, т. к. они обладают большей безопасностью в работе и значительно меньшим уровнем шума, чем установки, использующие ВВ.
Рабочий инструмент для штамповки взрывом — матрицы — изготавливают из дешевых материалов, например из литой стали, вторичного алюминиевого сплава и т. п. При штамповце крупногабаритных деталей с размерами свыше 2000 мм матрицы могут быть из бетона, заливаемого в специальный металлический контейнер, причем поверхность таких матриц покрывается стеклопластиком или эпоксидными смолами.
14.6.2.	Электрогидроимпульсная штамповка
Электрогидроимпульсная штамповка (ЭГИШ) основана на преобразовании электрической энергии, предварительно накопленной в мощной конденсаторной батарее, в кинематическую энергию ударной волны в жидкости, которая используется для формоизменения заготовки.
На рис. 14.28 представлена схема электрогидроимпульсной установки — ЭГИУ. Электрическая часть ЭГИУ состоит из колебательного контура, образованного емкостью конденсаторной батареи, индуктивностью проводников и сопротивлением канала разрядки.
При замыкании цепи канала разрядки на электроды, расположенные в жидкости, подается импульсное напряжение от 5 до 40 кВ, которое приводит к тому, что между электродами начинает протекать ток, и температура жидкости здесь возрастает. Так как при нагреве удельная электропроводность воды увеличивается, то плотность тока резко возрастает, соответственно растет и температура. Резкий рост температуры приводит к
Рис. 14.28. Принципиальная схема электрогидроимпульсной штамповки,
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
458
вскипанию жидкости и возникновению между электродами мостика из ионизированного газа, представляющего собой низкотемпературную плазму высокого давления. В результате за короткий промежуток времени (10~7—10-4с) происходит выделение большого количества тепла (до 105 Дж), при этом температура в канале поднимается до 104 К. Это приводит к быстрому расширению стенок канала (со скоростью, достигающей сотен метров в секунду), при этом в жидкости генерируется волна сжатия с большим давлением. Стенки канала продолжают расширяться сначала под действием давления в канале, а затем за счет инерции растекающегося потока. Образующийся в канале газовый пузырь расширяется до тех пор, пока давление в нем не станет меньше давления окружающей жидкости. Затем начинается обратное движение жидкости, т. е. происходит несколько последовательно затухающих пульсаций.
Параметры давления жидкости, возникающего в разрядной камере малого объема, определяются по формуле
Ро = 3,11 • 107(Ж • 10"3)°’963(С • IO4)"0’036,
где W — выделившаяся в результате разряда энергия; С — емкость конденсаторных батарей.
Зная давление, необходимое для конкретной технологической операции, определяют энергию конденсаторной батареи.
Используя ЭГИШ, можно штамповать детали из плоских или пространственных заготовок. При этом можно реализовать следующие технологические операции: вырубку, пробивку, вытяжку, рельефную формовку, отбортовку. Размеры плоских заготовок: диаметр D3 до 2000 мм, толщина S до (3—5) мм.
На рис. 14.29 представлены схемы вырубки-пробивки. Схема по рис. 14.29, а применяется для получения деталей с относительным диаметром пробиваемого отверстия
использованием электрогид-роимпульсной установки:
а) без применения эластичной прокладки; б) с применением эластичной прокладки
14.6. Штамповка с применением высоких энергий
459
Рис. 14.30. Схемы реализации формоизменящих операций с использованием электрогидроимпульсной установки:
а) вытяжка; б) рельефная формовка; в) отбортовка
d/S = 50—100, где d — диаметр отверстия толщиной S до 1 мм. Схему по рис. 14.29, б с использованием полиуретановой прокладки применяют при S < 0,3 мм для получения деталей как из металлических сплавов, так и из неметаллических материалов (гетинакс, стеклоткань, фторопласт и др.). При единичной и мелкосерийной штамповке применяют вместо матриц специальные шаблоны, которые кладут под заготовку.
На рис. 14.30 представлены схемы вытяжки (рис. 14.30, а), рельефной формовки (рис. 14.30, б) и отбортовки (рис. 14.30, в).
Электрогидроимпульсной вытяжкой получают детали из листовых материалов с толщиной S = (0,5—3) мм при значениях относительной толщины S/D3 = (0,02—0,002) (где D3— диаметр заготовки). Коэффициент вытяжки на первом переходе Къ = 1,2—1,5, a d применением схем, интенсифицирующих процесс, Къ < 1,85. Усилие прижима заготовки определяют, исходя из условия, что величина давления прижима должна быть в 3— 5 раз больше, чем при традиционной вытяжке.
Электрогидроимпульсную формовку проводят в основном по схеме формовки в закрытую матрицу (рис. 14.30, б) либо формовкой на пуансон. Формовкой в закрытую матрицу получают детали с отношением глубины формовки (йф) к диаметру заготовки в плане (Z>3) до h$/D3 < 0,4.
Электрогидроимпульсную отбортовку проводят, в основном, по схеме рис. 14.30, в, совмещающей пробивку отверстия с отбортовкой. При этом относительная высота борта может быть на (12—15)% больше, чем при традиционной отбортовке.
460
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
Рис. 14.31. Схемы электрогидроимпульсной штамповки полых заготовок:
а) формовка гофр на боковой поверхности; б) раздача
Наибольшее распространение нашла электрогидроимпулъс-ная штамповка при изготовлении деталей из полых заготовок с размерами в плане от 40 до 350 мм, высотой до 900 мм и с толщиной S = (0,2—2,5) мм. При этом необходимо обеспечить: надежное уплотнение торцев заготовки в течение всего процесса деформирования; полное удаление воздуха из пространства между заготовкой и матрицей; свободное и быстрое удаление детали из матрицы (которую в большинстве случаев для этого делают разъемной).
На рис. 14.31 представлены схемы штамповки в разъемной матрице: для получения кольцевых гофр на поверхности (рис. 14.31, а) и для увеличения наружного диаметра в центральной зоне заготовки (рис. 14.31, б).
Разъемная матрица помещается в цилиндрическую обойму. Удаление воздуха производится через специальные отверстия, выполняемые в местах наибольшей глубины рельефа матрицы. Диаметр отверстий для выхода воздуха d = (0,5—1)8; D = (4—8) мм; I = (3—6) мм.
Проектирование технологических процессов ЭГИШ состоит из четырех основных этапов.
На первом этапе на основании чертежа детали определяют форму и размеры заготовки с учетом припусков для зажима и уплотнения фланца заготовки, а при вытяжке с утяжкой фланца также с учетом величины перемещения фланца.
14.6.
Штамповка с применением высоких энергий
461
На втором этапе определяется вид и число переходов, если нельзя провести штамповку за один переход, а также возможное число промежуточных отжигов.
На третьем этапе проводят расчет технологических параметров штамповки: количество энергии и разрядов по переходам; величины деформаций и сравнение их с допустимыми.
На четвертом этапе проводят отладку и корректировку расчетных режимов и параметров рабочего инструмента на реальных изделиях.
14.6.3.	Штамповка импульсным магнитным полем
Штамповка импульсным магнитным полем или электромагнитная штамповка (ЭМШ) характеризуется тем, что формообразование металлической заготовки осуществляется непосредственным воздействием на нее импульсным магнитным полем без участия промежуточных твердых, жидких или газообразных сред.
На рис. 14.32 представлена принципиальная схема ЭМШ.
Установка состоит из повышающего высоковольтного трансформатора ТР, выпрямителя В, конденсаторной батареи С, коммутирующего устройства-разрядника Р и индуктора И. Заготовка размещается внутри индуктора. Зарядка конденсаторной батареи осуществляется через трансформатор и выпрямитель. Затем производится разряд через разрядник на индуктор, в результате чего через индуктор проходит импульсный ток,, который приводит к возникновению вокруг его витков мощного имЦульсного затухающего электромагнитного поля. При этом в металле заготовки индуцируются вихревые токи.
Взаимодействие электромагнитного поля индуктора с электромагнитным полем наведенных токов вызывает появление пондеромоторных (приводящих в движение) сил, деформирующих заготовку. Таким образом, электрическая энергия непосредственно преобразуется в механическую работу деформирования заготовки.
Рис. 14.32. Принципиальная схема штамповки импульсным магнитным полем
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
462
Основной характеристикой электромагнитной установки является величина запасаемой энергии в конденсаторной батарее:
гт2
С7 (j w = с__________5 = —
с 2 т| ’
где С — емкость конденсаторной батареи; UCq — рабочее напряжение, до которого заряжена конденсаторная батарея; Ад — энергия деформирования; Т| — КПД. При штамповке плоских заготовок Т| = 0,15, при раздаче трубных заготовок ц = 0,2[31].
ЭМШ обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с другими способами обработки давлением. Это простота технологической оснастки; высокая устойчивость технологического процесса; возможность точного и плавного регулирования давления и времени его воздействия; высокая производительность; возможность автоматизации; высокая культура и простота обслуживания.
К недостаткам ЭШИ следует отнести следующие: не все металлы и сплавы могут деформироваться без применения «спутников» (специальных прокладок с высокой электропроводимостью, которые устанавливают между индуктором и заготовками из сталей, титана и др. материалов с низкой электропроводимостью); низкую стойкость индукторов при деформировании высокопрочных сплавов; высокий уровень шума при разряде.
ЭМШ можно выполнять разделительные, формоизменяющие и сборочные операции.
Максимальный диаметр обрабатываемых плоских заготовок до 300 мм, трубчатых до 200 мм, толщина: до (3—5) мм для тяжелых металлов и сплавов (сталь, медь, латунь) и до 10 мм для легких металлов и сплавов (алюминиевые, магниевые сплавы).
В последнее время получает распространение ЭМШ через эластичную передающую среду, который называют магнитно-эластоимпульсной штамповкой (МЭИШ).
На рис. 14.33 представлены схемы вырубки-пробивки (рис. 14.33, а), формовки детали из плоской заготовки (рис. 14.33, б) и формовки кольцевых гофр на трубной заготовке (рис. 14.33, в).
14.6.
Штамповка с применением высоких энергий
463
Рис. 14.33. Схемы штамповки импульсным магнитным полем с использованием промежуточной эластичной среды:
а) вырубка и пробивка; б) формовка рельефа; в) формовка кольцевых гофр
Технологические операции выполняются импульсным воздействием на эластичную среду 7 (пуансон) переходником 8, который, перемещаясь под действием импульсного магнитного поля и сжимая пуансон 7, производит деформирование заготовки 5. Переходник 8 приводится в движение при воздействии на него импульсного магнитного поля, создаваемого плоским спиральным индуктором 2 при разряде на него емкостного накопителя энергии 1 магнитно-импульсной установки. Таким образом при МЭИШ происходит преобразование давления импульсного магнитного поля в импульс давления эластичного пуансона. В зависимости от вида технологической операции подбирается форма импульса давления. Так, для разделительных операций требуется большое давление малой длительностью, а при выполнении формовочных операций время импульса должно быть больше.
Сохраняя основные преимущества ЭМШ, метод МЭИШ позволяет деформировать металлы и сплавы с низкой электропроводимостью.
Методом МЭИШ получают детали с размерами в плане до 200 мм с высокой точностью, с большим числом отверстий из тонколистовых алюминиевых и медных сплавов, магниевых сплавов, титана, никеля, нержавеющих сталей и т. д. Можно деформировать методом МЭИШ также и неметаллические материалы, например, слюду, гетинакс и др.
Глава 14. Особенности листовой штамповки
в мелкосерийном производстве
464
ЛИТЕРАТУРА
1.	Аверкиев Ю. А., Аверкиев А. Ю. Технология холодной штамповки: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1989. 304 с.
2.	Аверкиев А. Ю. Методы оценки штампуемости листового металла. М.: Машиностроение, 1985. 176 с.
3.	Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожалова В. И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: учебное пособие. В 2 т. Т. 1. М.: Высш, шк., 1983. 247 с.
4.	Беренфельд В. В* Изготовление штампов / пер. с латыш. М.: Машиностроение, 1984. 192 с.
5.	Богданов В. М. Холодная штамповка деталей по элементам в мелкосерийном производстве. М.: Машгиз, 1963. 184 с.
6.	Богоявленский К. Н. Технологический процесс и установка для гидромеханической вытяжки // Пути повышения эффективности холодноштамповочного производства / под ред. В. В. Риса. Л.: ЛДНТП, 1987. С. 36—40.
7.	Валиев С. А. Комбинированная глубокая вытяжка листовых материалов. М.: Машиностроение, 1973. 176 с.
8.	Вдовин С. И. Методы расчетов и проектирования на ЭВМ процессов штамповки листовых и профильных заготовок. М.: Машиностроение, 1988. 157 с.
9.	Гибкие технологические системы холодной штамповки / под ред. С. П. Митрофанова. Л.: Машиностроение, 1987. 286 с.
10.	Глазков В. И., Ершов В. И., Медведь Ю. Р. Расчетное определение относительного удлинения и поперечного сужения плоских образцов // Заводская лаборатория. 1980. № 2. С. 160—161.
11.	Глазков В, И., ^Кошелев А. Д.9 Савченко Е. Н. Влияние схемы напряженного состояния на предельно допустимые деформации при раздаче тонкостенных труб // Кузнечно-штамповочное производство. 1976. № 4. С. 24—26.
12.	Зубцов М.Е. Листовая штамповка: учебник для вузов. Л.: Машиностроение, 1980. 431 с.	х
466
Литература
13.	Изготовление деталей пластическим деформированием / под ред. К. Н. Богоявленского и П. В. Камнева. Л.: Машиностроение, 1975. 424 с.
14.	Ильин Михайлов С. Н. Оптимизация раскроя листового проката на персональной ЭВМ: тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции «Системы автоматизированного проектирования в кузнечно-штамповочном производстве». Свердловск, 1988. С.124—126.
15.	Ильин Л. Н., Рахимова Н. Т. Интегрированная система раскроя листовых материалов // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. №2. С. 9—11.
16.	Ильин Л. Н., Смирнов А. М. Системный анализ листоштамповочного производства на основе фаз жизненного цикла // Кузнечноштамповочное производство. 1991. № 2. С. 7—9.
17.	Исаченков Е.И. Штамповка резиной и жидкостью. М.: Машиностроение, 1967. 367 с.
18.	Ковка и штамповка: справочник. В 4 т. / под ред. Е. И. Семенова. М.: Машиностроение, 1986. Т. 4. 544 с.
19.	Короткевич В. Г. Проектирование инструмента для пластического деформирования: учебник / под ред. С. Б. Сарело. Мн.: Высш, шк., 2000. 383 с.
20.	Кроха В. А. Упрочнение металлов при холодной и пластической деформации: справочник. М.: Машиностроение, 1980. 157 с.
21.	Малов А. Н. Технология холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1969. 568 с.
22.	Мещерин В. Т., Ильин Л. Н. Определение минимальной глубины матрицы при гибке П-образных деталей // Кузнечно-штамповочное производство. 1975. № 6. С. 24—26.
23.	Мещерин В. Т., Ильин Л. Н. Определение угла пружинения при гибке П-образных деталей с учетом влияния зазора между пуансоном и матрицей // Кузнечно-штамповочное производство. 1972. №2. С. 16—18.
24.	Михаленко Ф.П. Стойкость разделительный штампов. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. 224 с.
25.	Мовшович И. Я. Система универсально-сборных штампов для листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 176 с.
26.	Могильный Н. И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 190 с.
27.	Мухачева Э. А? Рациональный раскрой промышленных материалов. М.: Машиностроение, 1984.176 с.
Литература
467
28.	Олыиа А. М. Листовая штамповка на многопозиционных автоматах. М.: Машиностроение, 1980. 192 с.
29.	Попов Е. А. Ос.новы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1968. 283 с.
30.	Попов Е. А., Валиев С, А., Яковлев С, С. Предельные степени деформации при комбинированной вытяжки // Сборник научных трудов Тульского политехнического института. Тула: ТПИ, 1982. С. 35—39.
31.	Попов Е. А., Ковалев В, Г., Шубин И, Н. Технология и автоматизация листовой штамповки: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. 480 с.
32.	Прогрессивные технологические процессы холодной штамповки / Ф. В. Гречников, А. М. Дмитриев, В. Д. Кухарь и др.; под ред. А. Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1985. 184 с.
33.	Прудников М. И. Изгибающий момент при пластическом изгибе листа // Кузнечно-штамповочное производство. 1961. № 4. С. 6—9.
34.	Вытяжка с утонением / И. П. Ренне, В. Н. Рогожин, В. П. Кузнецов и др. Тула: Изд-во Тульского политехнического института, 1970. 141с.
35.	Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1979. 520 с.
36.	Сатановский Р. Л. Организационное обеспечение гибкости машиностроительного производства. Л.: Машиностроение, 1987. 96 с.
37.	СИТЕП ЛШ — инструмент технолога листоштамповочного производства / С. Васильев, М. Дранникова, Ю. Максин и др. // САПР и графика. 1999. № 2. С. 68—72.
38.	Скворцов Г. Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1972. 360 с.
39.	С мирное-Аляев Г, А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. Л.: Машиностроение, 1978. 368 с.
40.	Смирнов-Аля^в Г. А., Вайнтрауб Д.А. Холодная штамповка в приборостроении. М.; Л.: Машгиз, 1963. 436 с.
41.	Справочник конструктора штампов. Листовая штамповка / под общ. ред. Л. И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. 488 с.
42.	Сторожев М. В., Попов Е. А, Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.
43.	Стоян Ю. Г., Панасенко А. А. Периодическое размещение геометрических объектов. Киев: Паукова думка, 1978. 176 с.
44.	Томленое А. Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972. 408 с.
468
Литература
45.	Фойгелъман Г, А, Альбом конструкций универсальных штампов, блоков и узлов для холодной штамповки. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение. 120 с.
46.	Шевелев В. В., Яковлев С. П, Анизотропия листовых материалов и ее влияние на вытяжку. М.: Машиностроение, 1972. 132 с.
47.	ШофманЛ.А. Теория и расчеты процессов холодной штамповки. М.: Машиностроение, 1964. 375 с.
48.	Экономичные методы формообразования деталей / под ред. К. Н. Богоявленского, В. В. Риса. Л.: Лениздат, 1984. 144 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение...............................,....*............... 3
Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ И МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
1.1.	Классификация операций листовой штамповки. Терминология................................................ 6
1.2.	Понятие о штампах. Основные рабочие детали штампов ..	10
1.3.	Материалы, применяемые в листовой штамповке........	12
1.3,1.	Виды материалов, применяемых в листовой штамповке ...	12
1.3.2.	Технические требования, предъявляемые к листовым материалам ........................................... 14
1.4.	Методы испытании и определение механических и технологических свойств листовых материалов....	19
1.4.1.	Физико-химические исследования................. 19
1.4.2.	Механические испытания металлов................ 20
1.4.3.	Технологические пробы.......................... 27
1.4.4.	Влияние схемы напряженного состояния на величину предельных деформаций металла........................  31
Контрольные вопросы к главе 1............................   35
Глава 2. РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
2.1.	Механизм процесса разделения материалов............... 37
2.2.	Влияние величины зазора между пуансоном и матрицей на качество поверхности разделения.....................     39
2.3.	Силовые параметры разделительных операций. Понятие о стойкости инструмента..................................   43
2.4.	Отрезка заготовок на ножницах и в штампах............. 46
2.4.1.	Разрезка на ножницах с возвратно-поступательным движением ножей.....................................   46
470
Оглавление
2.4.2.	Разрезка на ножницах с вращатёЛьнь£м движением ножей	49
2.4.3.	Отрезкй в штампах   ........................   51
2.5.	Технологические особенности вырубки и пробивки...	53
2.6.	Конструктивные исполнения матриц вырубных и пробивных штампов. ................................................. 59
2.7.	Конструктивные исполнения и способы крепления пуансонов...........................................       64
2.8.	Расчет пуансонов на прочность и жесткость............ 70
2.9.	Расчет исполнительных размеров пуансонов и матриц при вырубке и пробивке.................................... 71
2.10.	Способы повышения качества поверхности разделения f и точности детали при разделительных операциях........	?[ 74
2.10.1.	Чистовая вырубка и пробивка.................. 74
2.10.2.	Зачистка ..................................   78
2.11.	Совмещение разделительных операций.................  82
2.12.	Методы изготовления пуансонов и матриц.............. 85
Контрольные вопросы к главе 2...........................   92
Глава 3- РАСКРОЙ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА
3.1.	Роль раскроя в технологическом процессе листовой штамповки......................................:.......... 94
3.2.	Раскрой полосы на плоские детали и заготовкй......... 96
3.3.	Способы фиксации шага подачи. Расчет ширйны полосы 104
3.4.	Раскрой исходных материалов......................... 109
Контрольные вопросы к главе 3..........................   118
Глава 4. ГИБКА
4.1.	Общая характеристика операции........ ............   12Ь
4.2.	Напряженно-деформированное состояние материала при чистом пластическом изгибе  ......................... 121
4.3.	Определение изгибающего момента при чистом пластическом изгибе....................................   123
4.4.	Расчет силы гибки в штампах......................    127
4.5.	Расчет размеров плоской заготовки.................   133
4.6.	Минимальный радиус гибки ............;.............. 135
4.7.	Пружинение при гибке и способы его компенсации...	138
4.8.	Исполнительные размеры и конструктивные исполнения инструмента для Гибки..................................   143
Контрольные вопросы к главе 4............................ 152
Оглавление
471
Глава 5. ВЫТЯЖКА
5.1.	Классификация деталей, изготавливаемых вытяжкой....	153
5.2.	Вытяжка цилиндрического изделия из плоской заготовки................................................ 155
5.2.1.	Анализ напряженного состояния................ 155
5.2.2.	Деформированное состояние материала, изменение толщины заготовок при вытяжке....................... 161
5.2.3.	Силовые параметры и работа деформации при вытяжке ...	165
5.2.4.	Смазка при вытяжке........................... 167
5.3.	Определение размеров заготовки при вытяжке цилиндрических изделий................................... 169
5.3.1.	Аналитический метод.......................... 169
5.3.2.	Графоаналитический метод...................   171
5.4.	Определение числа и последовательности переходов при вытяжке цилиндрических изделий....................... 174
5.5.	Расчет исполнительных размеров рабочего инструмента при вытяжке.............................................. 180
5.6.	Вытяжка деталей конической формы.................... 182
5.7.	Вытяжка деталей сферической формы................... 186
5.8.	Вытяжка деталей коробчатой формы.................... 188
Контрольные вопросы к главе 5.... (...................... 193
Глава 6. ДРУГИЕ ВИДЫ ВЫТЯЖКИ И ОПЕРАЦИИ
6.1.	Вытяжка с утонением................................. 194
6.2.	Комбинированная вытяжка.;..........................  199
6.3.	Отбортовка.........................................  201
6.4.	Обжим............................................... 206
6.5.	Раздача ............................................ 213
6.6.	Ротационная вытяжка................................. 218
6.7.	Особенности листовой штамповки трудно деформируемых
металлов и сплавов.................................. 224
6.8.	Особенности листовой штамповки неметаллических
материалов.......................................... 226
6.9.	Сборочные операции в листовой штамповке............. 231
6.10.	Вспомогательные операции, применяемые при листовой
штамповке........................................    233
Контрольные вопросы к главе в............................ 237
472
Оглавление
Глава 7. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ШТАМПОВ
7.1.	Классификация штампов, их узлов и деталей........... 238
7.2.	Общие требования к конструкциям штампов............. 242
7.3.	Конструктивные исполнения и порядок проектирования пакетов разделительных штампов.........	245
7.4.	Конструктивные исполнения и выбор типоразмеров блоков штампов и их элементов............................ 252
7.5.	Устройства для направления заготовки, фиксаторы, упоры, прижимы........................................... 261
7.6.	Конструктивные исполнения устройств для удаления отштампованных деталей и отходов......................... 266
7.7.	Буферные устройства................................. 269
7.8.	Определение положения центра давления штампа.....	273
7.9.	Выбор оборудованйя для штамповки.................... 274
7.9.1.	Система условных обозначений оборудования.... 274
7.9.2.	Технологические параметры прессов для листовой штамповки........................................... 276
7.9.3.	Основные принципы выбора оборудования........ 286
Контрольные вопросы к главе 7............................ 288
Глава 8. МАТЕРИАЛЫ ДЕТАЛЕЙ И СТОЙКОСТЬ ШТАМПОВ
8.1.	Основные факторы, влияющие на выбор материала для изготовления пуансонов и матриц штампов.............. 289
8.2.	Особенности конструирования основных рабочих элементов штампов из твердых сплавов..................... 291
8.3.	Материалы для изготовления базовых, направляющих, фиксирующих, удаляющих и других деталей штампов ..	295
8.4.	Прогнозирование стойкости штампов................... 297
Контрольные вопросы к главе 8............................ 301
Глава 9. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ШТАМПОВ
9.1.	Пример расчета и конструирования типового штампа для вырубки и пробивки................................... 302
9.2.	Типовые конструкции штампов для разделительных операций...............................................   308
Оглавление	473
9.3.	Пример расчета и конструирования типового штампа для вытяжки цилиндрической детали с фланцем ............ 316
9.4.	Типовые конструкции штампов для формоизменяющих операций...............................................  320
Контрольные вопросы к главе 9................................... 326
Глава 10. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ САПР
10.1.	Содержание технологической подготовки листоштамповочного производства. ....................... 327
10.2.	Основные этапы работ при автоматизации технологической подготовки производства................. 331
10.3.	Основные Методы создания геометрических моделей объектов................................................ 333
10.3.1.	Построение двумерных изображений..	  333
10.3.2.	Трехмерные модели.................................. 336
10.3.3.	Основные принципы выбора базовой графической системы..................................................   339
10.4.	Базы данных и их роль в современных САПР.................. 342
Контрольные вопросы к главе 10.................................. 350
Глава 11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
11.1.	Состав и форма документации технологического проектирования .......................................... 351
11.2.	Информационное обеспечение САПР технологии листовой штамповки....................................... 357
11.2.1.	Отношение (файл) «Технологический маршрут».	361
11.2.2.	Отношение «Операции технологического маршрута» ....	361
11.3.	Организация и программное обеспечение САПР технологии листовой штамповки..	362
Контрольные вопросы к главе 11..............................     367
Глава 12. ОСНОВЫ СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ШТАМПОВ
12.1.	Правила выполнения чертежей штампов....................... 368
12.2.	Особенности построения моделей операционных эскизов...............................................   371
474
Оглавление
12.3.	Моделирование схемы обработки заготовки.;.....-л -.	376
12.4.	Моделирование стандартных элементов конструкций	381
12.5.	Структура моделей рабочих чертежей деталей штампов................................................  389
12.6.	Моделирование элементов сборочных чертежей.......  392
12.7.	Организация САПР штампов  ........................ 395
Контрольные вопросы к главе 12........................   398
Глава 13. ОРГАНИЗАЦИЯ ЛИСТОШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ
13.1.	Понятие «гибкости» технологии. Жизненный цикл изделия................................................  399
13.2.	Отработка деталей на технологичность как средство сокращения сроков ТПП..................................  401
13.3.	Основы организации группового производства........ 408
13.4.	Основные направления повышения «гибкости» технологии.............................................. 410
13.5.	Управление качеством продукции.................... 413
Контрольные вопросы к главе 13.......................    419
Глава 14. ОСОБЕННОСТИ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
В МЕЛКОСЕРИЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
14.1.	Общая характеристика типа производства............ 421
14.2.	Универсальные штампы...........................    423
14.3.	Поэлементная штамповка............................ 440
14.4.	Упрощенные штампы................................  443
14.5.	Штамповка эластичными средами и жидкостью......... 445
14.5.1.	Штамповка эластичными средами.............. 445
14.5.2.	Штамповка жидкостью........................ 452
14.6.	Штамповка с применением высоких энергий........... 455
14.6.1.	Штамповка взрывом........................   456
14.6.2.	Электрогидроимпульсная штамповка .......... 458
14.6.3.	Штамповка импульсным магнитным полем....... 462
Контрольные вопросы к главе 14.......................... 465
Литература.............................................  466
Оглавление
475