Лист 2 мм

Рис. 1. Схема образования трещины

при вырубке на матрице с

закругленной кромкой

Увеличение высоты блестящего пояска можно осуществить, если скалывающие трещины, которые опережают разрушение, возникнут при большей, чем при обычной вырубке или пробивке, глубине внедрения острых режущих кромок штампа в металл. Последнее может быть достигнуто или уменьшением деформации вблизи режущих кромок, или увеличением пластичности металла. Уменьшение деформации или концентрации напряжений можно осуществить притуплением или закруглением одной из режущих кромок штампа (рис. 1). Этот способ называется также чистовой вырубкой с обжимкой.

Увеличение пластичности, а следовательно, уменьшение влияния растягивающих напряжений на процесс деформации, достигается изменением схемы напряженного состояния в зоне резки металла. Имеются три способа уменьшения влияния растягивающих напряжений: чистовая вырубка пуансоном больше (полнее) матрицы; чистовая вырубка со сжатием или поперечной осадкой; чистовая вырубка обжимкой через две матрицы.

Чистовая вырубка с заваленными режущими кромками - вырубка с обжимкой

При вырубке таким способом линии скалывания как бы образуются между‘уширенной частью завала кромки матрицы и пуансоном, вследствие чего вырубаемая деталь в начальный момент процесса имеет в нижней своей части размеры несколько большие, чем размеры матрицы (рис. 2, а).

Рис. 2. Схемы чистовой вырубки с обжимкой (а), пуансоном больше матрицы (б) и распределение припуска на зачистку деталей сложной конфигурации пуансоном больше матрицы (в)

Под давлением пуансона излишек металла (ABC), проходя через матрицу, обжимается и деталь приобретает гладкую блестящую поверхность. Отход получается с затянутым вниз острым заусенцем.

Форма завала матрицы подбирается в зависимости от рода и толщины вырубаемого материала, а также и от формы изделия. Высота завала h′ берется в пределах 0,2-0,5 толщины материала, ширина АС - в пределах 0,1-0,2 толщины материала.

Вырубку с зачисткой производят также на матрице с закругленными режущими кромками. В этом случае радиус закругления матрицы для материалов толщиной до 6 мм составляет (0,2÷0,3) s. Высота цилиндрического вертикального пояска матрицы, следующего за радиусом закругления, должна быть равна двум толщинам материала; угол поднутрения матрицы принимается равным 1-2° на сторону. Пуансон пригоняется к матрице с минимальным зазором 0,01-0,02 мм независимо от толщины материала.

Матрица закаливается до твердости HRC 62-64 и внутренняя рабочая ее поверхность тщательно обрабатывается до шероховатости Ra 0,16-0,10. Это обеспечивает стойкость матрицы до 30 000 деталей без ее перешлифовки. Указанный способ чистовой вырубки применяется в приборостроении и часовой промышленности при изготовлении деталей типа рычагов, храповиков, небольших шестерен малого модуля и других деталей из цветных металлов, а также из мягкой стали. Шероховатость поверхности среза Ra 0,63-0,32.

Точность штампуемых деталей соответствует 4-3-му классам. При этом следует иметь в виду, что вследствие упругих деформаций деталь после выхода из матрицы увеличивается в размерах на 0,02-0,06 мм.

Чистовая вырубка пуансоном больше матрицы

По этому способу при незначительном перекрытии (на одну сторону) торцом пуансона отверстие матрицы b < 0,10s можно считать, что здесь так же, как и при обычной штамповке, образуются скалывающие трещины, идущие от пуансона к матрице, но уже с обратным углом наклона (рис. 2, б). В этом случае имеется как бы обратный отрицательный зазор между пуансоном и матрицей.

Рис. 3. Напряженно-деформированное

состояние металла при чистовой вырубке

пуансоном больше матрицы

В начале процесса пуансон осуществляет вырубку детали, а затем, при дальнейшем опускании,-зачистку. Так как пуансон не должен доходить до плоскости (зеркала) матрицы, на некоторую величину - «недоход» h_н, равным (0,10÷0,15) s, то окончательная зачистка и проталкивание детали через отверстие матрицы, в связи с образовавшимся отходом - тонким ободком, лежащим на ней, производится последующей деталью. При большем перекрытии пуансоном отверстия матрицы, когда b > (0,10÷0,12) s, следует принять, что в процессе чистовой вырубки заготовка шириной Ь, заключенная между торцом пуансона и плоскостью матрицы, сжимается (осаживается) в осевом направлении и, следовательно, в соответствии с условием постоянства объема растягивается (уширяется) в радиальном, а также и в тангенциальном направлениях (рис. 3). Последнее вызывается всесторонним неравномерным сжатием, которое значительно повышает пластичность металла, что способствует увеличению степени деформации до момента начала разрушения, т. е. увеличению высоты блестящего пояска.

Таким образом,в результате применения вырубки пуансоном больше матрицы можно получить детали с гладкой блестящей боковой поверхностью среза. При этом наилучшие результаты получаются при чистовой вырубке деталей из цветных металлов и их сплавов (алюминия, дуралюмина, латуни, нейзильбера и др.). Разница в размерах пуансона и матрицы для круглых деталей обычно на практике составляет на диаметр (0,1 ÷0,2) s.

Для деталей сложной конфигурации разница у' (b') на одну сторону составляет для материалов толщиной 0,5-3,0 мм 0,10- 0,25 мм, а для толщин 3,0-6,0 мм - 0,30-0,55 мм. В местах острых и резких переходов по наружным углам у' (см. рис. 2) следует принимать в 1,5-2,0 раза больше приведенных, а по внутренним углам - уменьшить вдвое.

Усилие при чистовой вырубке круглых деталей (с перекрытием пуансона по диаметру до 0,2s при s до 3 мм) по опытным данным будет на 20-50% больше усилия вырубки при обычной штамповке. .

Для деталей сложной конфигурации в зависимости от величины припуска на одну сторону у' усилие для чистовой вырубки Р'_mах составляет:

Р' _max

Для алюминия.........(1,30÷1,60) Р_mах

» латуни ...................(2,25÷2,80) Р_mах

» нейзильбера...........(2,30÷2,50) Р_mах

» малоуглеродистой стали ............(2,40+2,60)  Р_mах

Здесь Р_тах - максимальное усилие вырубки при штамповке с нормальным зазором.

Большее значение Р'_maх следует принимать для металла, имеющего поверхностный наклеп.

Достоинствами приведенного способа чистовой вырубки являются хорошая поверхность среза с шероховатостью до Ra 0,63-0,25 и незначительная утяжка, составляющая не более 10-15% от толщины материала. К его недостаткам относятся затруднение при вырубке контуров, имеющих глубокие впадины; повышенное усилие вырубки и пониженная стойкость штампа.

При проектировании штампа необходимо учитывать, что деталь по выходе из матрицы увеличивается в размерах на 0,02-0,06 мм.

Чистовая вырубка со сжатием

Рис. 4. Схема чистовой вырубки со сжатием

Чистовая вырубка со сжатием (или с поперечной осадкой) является наиболее совершенным способом получения деталей с гладкой и хорошей поверхностью среза. При этом способе удельное усилие, передаваемое прижимным кольцом на заготовку, должно быть не менее предела текучести а_т штампуемого металла. Для локализации сжимаемых напряжений в очаге деформации на прижимном кольце делают клиновидные ребра для чистовой вырубки материалов s до 3-4 мм, а для более толстых материалов аналогичные ребра делают также и на матрице, профиль которых показан на рис. 4. При таком высоком давлении, которое создается со стороны прижимного кольца, в очаге деформации заготовки возникает объемное-напряженное состояние (неравномерное сжатие), повышающее пластические свойства металла, благодаря чему степень деформации до момента начала разрушения металла повышается, а следовательно, увеличивается и высота блестящего пояска, характеризующая шероховатость боковой поверхности отделяемой части металла.

Чистовая вырубка со сжатием осуществляется в штампах, устанавливаемых на специальных прессах тройного действия, автономно развивающих усилие вырубки, усилие прижима и усилие проталкивания. Последовательность движения рабочих элементов штампа для чистовой вырубки следующая. Сначала прижимное кольцо 5 прижимает полосу (заготовку) 3 к матрице 2, при котором происходит внедрение клиновидного ребра 4 в заготовку. Затем пуансон 6 вырубает деталь по контуру и заталкивает ее в матрицу 2, преодолевая противодавление контрпуансона (выталкивателя) 1. При обратном ходе заготовка освобождается от прижимного кольца 5, а деталь выталкивается из матрицы 2 контрпуансоном 1 и удаляется из рабочего пространства штампа сдуванием сжатым воздухом при штамповке мелких деталей, а более крупные детали удаляются при помощи автоматически действующего рычажного сбрасывателя.

Чистовой вырубкой изготовляются детали из цветных металлов и их сплавов, а также из низко- и среднеуглеродистых марок стали толщиной до 10-12 мм. Шероховатость поверхности соответствует Ra 1,25-0,63 для цветных металлов и Ra 2,5-1,25 для стали по всей толщине материала за один ход пресса.

Опыты, проведенные в ЛМИ, показали, что этим способом можно штамповать также детали и из труднодеформируемых сталей 45-50 и ШХ15, причем обеспечивается шероховатость Ra 2,5-2,0.

В отличие от обычных штампов режущие кромки матрицы при вырубке и пуансона при пробивке в штампах для чистовой вырубки (пробивки) закругляют радиусом, равным 0,05-0,10 от толщины материала, что улучшает качество поверхности среза. Штампы имеют повышенную жесткость и прочность.

Чистовая вырубка способом обжимки через две матрицы (вырубка с одновременной зачисткой)

Рис. 5. Схема чистовой вырубки

способом обжимки через две матрицы

Поэтому способу, предложенному В. И. Пичугиным (ВНИТИ-прибор), вырубку деталей можно проводить без воздействия на заготовку усилия прижима. Здесь прижим служит только для съема полосы с пуансона и предохранения ее от изгиба в процессе вырубки, что способствует повышению точности вырубленных деталей.

При этом напряженное состояние трехосного сжатия в зоне разрушения металла достигается обжатием вырубленной заготовки в матрице с конической формой отверстия (по аналогии с чистовой вырубкой пуансоном полнее матрицы). Осуществляется этот процесс на обычных кривошипных (эксцентриковых) прессах простого действия за один ход ползуна пресса. Сначала из полосы вырубается заготовка 4 (рис. 5), которая при проталкивании ее пуансоном 7. через коническое отверстие вырубной матрицы / сжимается по контуру, а затем припуск обрезается в зачистной (чистовой) матрице 2. В момент обрезки припуска 5 на заготовку действуют сдвигающие усилия рабочих кромок пуансона 7 и зачистной матрицы 2, а перпендикулярно к ним - возникающие сжимающие напряжения со стороны конусных стенок вырубной матрицы 1. Полоса с пуансона после вырубки -зачистки снимается съемником 6, работающим при помощи винтов 8 от резинового буфера, а выталкивание зачищенной детали из матрицы 2 производится выталкивателем 3, действующим от поперечины в ползуне пресса или лучше от полиуретанового буфера, так как тогда детали получаются более плоскими,

Коническое отверстие вырубной матрицы в зависимости от рода и толщины материала берут в пределах 1-3°. Для цветных металлов толщиной 1-3 мм угол наклона берут 1,0-1,5°, а для стали - 1,5-3,0°.

Зазор между вырубной матрицей и пуансоном в зависимости от угла наклона конического отверстия матрицы и ее толщины получается значительно больше, чем для обычного вырубного штампа. Зазор между зачистной матрицей и пуансоном составляет независимо от толщины вырубаемого материала 0,008-0,010 мм. Величину обрезаемого одностороннего припуска Δ/2 делают 0,4- 0,5 мм.

Опыты, проведенные автором по чистовой вырубке с обжимкой через две матрицы (при диаметре детали d = 30 мм, толщине вырубной матрицы 8 мм, угле наклона отверстия 1,5° и толщине зачистной матрицы 20 мм), показали, что сопротивление срезу τ₀ при вырубке заготовки близко соответствует значениям _τ0, как и при обычной вырубке, и его можно определить из зависимости т₀=(0,80÷0,90) σ_в.

Сопротивление срезу при зачистке τ_{0 зач} на 5-6% меньше, чем τ₀. При этом при определении т₀ по максимальному усилию вырубки Р_выр площадь среза следует устанавливать по наибольшему диаметру вырубной матрицы d_{м выр}, где помимо величины зазора z_в учитывается также и двусторонний припуск на зачистку Δ, т. е. z_{в полн} = z_в + Δ; толщину материала следует брать исходную s.

При расчете сопротивление срезу при зачистке τ_{0 зач} по усилию Р_зач площадь зачистки определяется по диаметру зачистной матрицы d_{м зач}; толщину срезаемого кольцевого обода можно принять равной толщине материала. Что касается затрачиваемой работы при зачистке по этому способу, то она значительно больше, чем при обычной вырубке, примерно в 2,5-3,0 раза, так как она складывается из трех видов работ: на вырубку заготовки, на обжимку ее и на зачистку. Это следует учесть при расчете и подборе электродвигателя пресса для этого процесса.

Для пластичных металлов (алюминия, латуни, железа Армко, малоуглеродистой стали 10, 15, 20) толщиной до 3 мм получается перпендикулярная, гладкая и чистая поверхность среза по боковой поверхности детали, достигающая Ra 1,25-0,32. С применением силового полиуретанового прижима точность штамповки значительно повышается: точность штамповки по диаметру (d = 30 мм) имеет 2-2а классы точности; неплоскостность детали по высоте составляет не более 5% по отношению к толщине детали s. Величина заусенца не превышает 3% от s. При штамповке малопластичных металлов и особенно трудно-деформируемой стали марок 45-50, ШХ15 шероховатость поверхности составляет Ra 2,5-1,25. Точность штамповки по диаметру 30 мм 2а класса точности, неплоскостность детали не превышает 6%, а величина заусенца не более 4% от s.

Чистовая пробивка пуансоном со специальной формой торца

Одновременная пробивка с зачисткой отверстия по этому способу производится пуансонами, имеющими специальную форму торца: ступенчатым пуансоном, пуансоном с заваленными режущими кромками, с конусообразным и с остроконечным профилем.

При ступенчатом пуансоне сначала отделяется отход, пробиваемый выступом на торце, а затем срезается припуск на стенках отверстия. Этот способ применяется для зачистки отверстий диаметром до 12-15 мм в деталях из цветных металлов и мягкой стали толщиной 0,8-3 мм. Шероховатость поверхности после зачистки соответствует Ra 0,63-0,25. Ступенчатым пуансоном можно также производить и чистовую вырубку деталей. Недостатком рассматриваемого способа является то, что по мере работы штампа режущая кромка зачистного уступа пуансона быстро затупляется, затруднена также и перешлифовка пуансона по мере его притупления. Пуансон с заваленными (закругленными) режущими кромками применяется для пробивки и зачистки отверстий диаметром d  > 3s для алюминия, мягкого дуралюмина и мягкой стали. Радиус закругления рабочих кромок пуансона принимают равным (0,3÷0,5) s. Для относительно более толстых материалов (d > 3s), а также для латуни и бронзы лучший результат дают пуансоны, заточенные под углом 120°.

Пуансоны с конусообразным торцом и с остроконечным профилем на практике применяются сравнительно реже, чем предыдущие два. способа чистовой пробивки отверстий.

Для одновременной чистовой вырубки и пробивки применяется сдвоенный или реверсивный способ вырубки, осуществляемый при помощи специальных штампов совмещенного типа на гидравлических прессах тройного действия.