Холодная штамповка. Проектирование штампов. Разработка штампов
Москва, Зеленоград, Сосновая Аллея, 6А, стр. 1
+7(926)724-84-53+7(926)949-02-20
info@ingenergrupp.ru

Холодная штамповка. Проектирование штампов.

Проектирование штампов. Холодная штамповка.

Разработка техпроцесса листовой штамповки и эскизное проектирование штампа

Обработка металлов давлением – это вид механической обработки суть которой состоит в разделении материала без снятия стружки или пластической деформации. Одним из способов обработки материалов под давлением выступает холодная штамповка. Когда с помощью различного типа штампов осуществляется холодная пластическая деформация для достижения определенного результата обработки металла. Данный способ является наиболее прогрессивным из всех методов изготовления деталей.

К достоинствам холодной штамповки можно отнести:

  • высокая производительность
  • взаимозаменяемость деталей
  • благоприятные условия механизации и автоматизации процессов
  • низкая себестоимость деталей
  • безопасные условия труда
  • небольшими потерями материалов

Возможности технической составляющей:

  • Изготовление сложно форменных деталей, при невозможности или нецелесообразности обработки другими методами
  • Создание прочных и жестких конструкций деталей в минимальном весе с минимальными ресурсными затратами .
  • Получение взаимозаменяемых деталей с высокой точностью размеров

В экономическом отношении штамповка обладает следующими преимуществами:

  • экономичным использованием материала и сравнительно небольшими отходами;
  • весьма высокой производительностью оборудования, с применением механизации и автоматизации производственных процессов;
  • низкой себестоимостью изготавливаемых изделий.

Наибольшее распространение холодная штамповка получила в крупносерийном и массовом производстве, где большие масштабы выпуска позволяют применять технически более совершенные, хотя и более сложные и дорогие штампы.

Эффективность использования холодной штамповки обусловлена снижением веса изделия при увеличении жесткости и прочности штампованных деталей в сравнении с другими методами обработки металлов. При обработки  металлов холодной штамповкой есть возможность получить законченную деталь без применения последующих деформаций.

Наше конструкторское бюро предлагает услуги по разработке и проектированию штампов. У нас есть большой опыт в данной области проектирования изделий. Также есть возможность изготовления спроектированных штампов у наших проверенных партнеров.

Проектирование штампа с подробным описанием

Далее представлен один из примеров, реализованный нашим КБ, изготовление данного элемента было осуществлено нашими партнерами — производственной компанией по изготовлению штампов.

Этапы разработки штампов

Содержание статьи

1. Конструктивно-технологический анализ детали, выбор заготовки и схемы штамповки

1.1. Анализ конструкции детали и механические характеристики детали

Химический состав и механические характеристики материала.

30ХГСА — это легированная сталь которая кроме обычных примесей содержит элементы, специально вводимые в определённых количествах для обеспечения требуемых физических или механических свойств.
Эти элементы называются легирующими.
В состав входит:
30ХГСА — 0,30 %,
0,8—1,1 Сr,
0,9—1,2 Мn,
0,8—1,251 Si.
Е = 2,1∙105 МПа – модуль упругости материала тяги;
σв = 1800 МПа – предел прочности материала; τв = 864 МПа

Анализ технологичности детали.

Под технологичностью следует понимать такое сочетание конструктивных элементов, которое обеспечивает наиболее простое и экономичное изготовление деталей (в условиях данной серийности производства) при соблюдении технических и эксплуатационных требований к ним.

Эксплуатационно-технические требования к холодноштампованным деталям следующие:
  • 1) полное соответствие конструкции назначению и условиям эксплуатации;
  • 2) обеспечение требуемой прочности, твердости и жесткости при минимальном весе;
  • 3) обеспечение необходимой точности и взаимозаменяемости;
  • 4) соответствие специальным физическим, химическим или техническим условиям.
Основными показателями холодноштампованных деталей является:
  • 1) наименьший расход материала;
  • 2) наименьшее количество и низкая трудоемкость операций;
  • 3) отсутствие последующей механической обработки;
  • 4) наименьшее количество требуемого оборудования и производственных площадей;
  • 5) наименьшее количество оснастки при сокращении затрат и стоков подготовки производства;
  • 6) увеличение производительности отдельных операций и цеха в целом;
  • 7) повышенная стойкость штампов.
Общие технологические требования к конструкции плоских деталей, полученных вырубкой и пробивкой
  • 1. Необходимо избегать сложных конфигураций с узким и длинными вырезами контура или очень узкими прорезями(b<2S);
  • 2. При применении цельных матриц сопряжения в углах внутреннего контура необходимо выполнять с радиусом закругления r > 0.5S;
  • 3. Сопряжение сторон наружного контура следует выполнять с закруглениями лишь в случаи вырубки детали по всему контуру;
  • 4. Наименьшие размеры пробиваемых отверстий 1,3S;
  • 5. Наименьшее расстояние от края отверстия до прямолинейного наружного контура должно быть не менее S для фигурных круглых отверстий и не менее 1,5S, если края отверстий параллельны контуру детали.
Анализ технологических требовании для данной детали:
  • 1. Наружный контур состоит из закругленных участков и не имеет узких и длинных вырезов;
  • 2. Внутренний контур не имеет участков требующих сопряжения;
  • 3. Стороны наружного контура выполнены с закруглениями и вырубка будет производиться по всему контуру;
  • 4. Диаметр пробиваемого отверстия 5,8 мм (5,8>1,3);
  • 5. Наименьшее расстояние от края отверстия до прямолинейного наружного контура составляет 8 мм.(8 ≥ 1,5);

Все технологические требования выполняются, поэтому можно сделать вывод, что деталь обладает хорошей технологичностью.

Анализ параметров технологичности детали

Изготавливаемая деталь представляет собой плоскую деталь, полученную путем пробивки отверстий, с последующей вырубкой внешнего контура. Данная деталь называется скобой. Изготавливается из 30ХГСА.

Данная деталь представляет собой сложную форму с тремя круглыми отверстиями диаметром 6мм. Толщина детали 2мм. При ее изготовлении необходимо выдержать 14 квалитет точности.

Деталь может быть изготовлена за одну операцию (штамп совмещенного  действия) или за две (штамп последовательного действия).

Наименьший размер пробиваемого отверстия должен быть больше  мм. В данном случае, это выполняется (диаметр пробиваемого отверстия 5,8 мм.)

Наименьшее расстояние от края отверстия до прямолинейного наружного контура больше минимального допустимого (не меньше S), что также соответствует требованиям технологичности.

1.2. Определение формы и размеров заготовки, выбор оптимальных размеров стандартного листа, обеспечивающего максимальный коэффициент использования материала (КИМ).​

Для листовой штамповки выбор исходной заготовки осуществляется путем экономического анализа возможных вариантов раскроя материала и определения оптимального.

В качестве критерия оптимальности принимается коэффициент использования материала (КИМ).

Для вычисления КИМ, при условие, что лист, из которого производится штамповка, имеет постоянную толщину, по всей плоскости (1мм), используем следующую формулу:

 Произведя необходимые расчеты, мы определили оптимальным размер листа 1500*800 с вертикальным расположением полос.

Экономия металла и уменьшение отходов в холодной штамповке имеют весьма важное значение, особенно в крупносерийном и массовом производстве, так как при больших масштабах производства даже незначительная экономия металла на одном изделии дают в итоге большую экономию.

При штамповке деталей из полосы, между соседними деталями (заготовками) должна быть перемычка, обеспечивающая достаточную прочность и жесткость полосы.

Схему раскроя выбирают из условия рационального использования материала.

В данном случае целесообразно применить прямой тип раскроя.

Величины перемычек выбираем из справочника. Для толщины листа 2 мм при ручной подаче величина боковой перемычки m=2,2 мм, а междетальной n=1,7 мм. [2, стр.17], из за того что полосу придется штамповать 2 раза , то увеличим перемычки на  1 мм , что бы обеспечить жесткость заготовки: n=2.7 мм, m=3.2 мм.

Раскрой полосы представлен ниже

Найдем наиболее экономное расположение полос и деталей в листе и деталей в полосе стандартного размера листа для получения вырубкой деталей. С учетом величин перемычек задача сводится к рациональному расположению деталей в листе стандартных размеров. (1, с.417 – 432)

Лист 750х1500 мм

Два возможных варианта расположения на таком листе изображены ниже:

а) На листе вмещается B/b=750/39.4=19 полос, где В –ширина разрезаемого листа; b – ширина полосы.                          

Количество заготовок в одной полосе L/m=1500/37.7 = 39, где L – длина листа, m – ширина детали + междетальная перемычка.

  Значит, на листе размещается 19×39 = 741 заготовка.

б) Вертикальный раскрой

На листе вмещается 1500/39,4 = 38 полос.

Количество заготовок в полосе 750/37.7 = 19.

На листе размещается 38×19 = 722 заготовки.

В варианте А) КИМ больше, следовательно этот вариант выгоднее.

Рассмотрим еще один лист размером 1500 800  мм

Два возможных варианта расположения на таком листе изображены ниже:

а) Горизонтальный раскрой

          На листе размещается 800/39.4 = 20 полос.

Количество заготовок в полосе 1500/37.7 = 39.

На листе вмещается 20×39 = 780 заготовок.

б) Вертикальный раскрой

          Количество заготовок в полосе 800/37.7 = 21.

На листе размещается 21×38 = 798 заготовок.

Наибольший КИМ имеет лист 1500х800, вертикальным расположением полос.

1.3. Выбор схемы штамповки

Под разработкой технологического процесса изготовления детали нужно выбрать схему штамповки, под этим мы понимаем последовательность выполнения  операций и схему штампа. Правильность выполнения и выбора этих схем зависит от различных факторов, а в первую очередь от экономического.

Способы штамповки деталей

Разделительная штамповка осуществляется на нескольких штампах, на каждом из которых выполняется только одна операция. Используется один или несколько штампов простого действия.

Комбинированная штамповка — когда в одном и том же штампе выполняется несколько операций.

Комбинированную штамповку можно осуществить в штампах последовательного, совмещенного, последовательно- совмещенного действия. Такой вид штамповки в значительной мере снижает трудоемкость изготовления детали, а следовательно и себестоимость. Этот штамп более выгоден с экономической точки зрения.

При серийном изготовлении деталей наиболее распространенными считаются штампы последовательного действия, так как получаем максимальную производительность при производстве.

Пользуясь рекомендациями выбираем штамп последовательного действия. Выбираем штамп последовательного действия – это значительно снизит затраты на технологический процесс. Изготавливать деталь будем за несколько переходов (в нашем случае за 2 перехода) рядом пуансонов при последовательном перемещении заготовки в горизонтальном направлении. При первом переходе осуществляется пробивка отверстий, а при втором переходе- вырубка детали по контуру.

Работа штампа

Конструктивно штамп состоит из нижней  и верхней плит. В нижнюю плиту впрессованы четыре направляющие колонки. На плите установлены матрица  и съемник. На верхней плите установлен хвостовик. К ней же крепится стальная каленая подкладная плита, пуансонодержатель  с двумя пуансонами: пробивным  и вырубным. В верхнюю плиту впрессованы направляющие втулки, которые скользят по колонкам вместе с верхним блоком штампа. Полоса подается справа на лево в просвет между матрицей и съемником и фиксируются разовым упором. От сдвигов в поперечном направлении при подаче полосы предохраняют направляющие планки , установленные между матрицей и съемником. Производится прибивка отверстий. Затем полоса подается дальше и фиксируется грибковым упором, происходит вырубка детали по контуру. Деталь и отход от пробития отверстий  проваливается в отверстие в  матрице, а отход в виде полосы продвигается дальше и выходит с другой стороны отверстия между матрицей и съемником. Далее происходит поворот полосы и действия повторяются в той же последовательности.

1.4. Выбор технологической схемы штампа.

Для изготовления данной детали необходим вырубной штамп последовательного действия, так как его стоимость меньше стоимости штампа совмещенного действия, а по производительности они мало отличаются.

Выбираем штамп с направляющими колонками, так как колонки обеспечивают более надёжное направление по сравнению с направляющей плитой.

Отходы от пробивки отверстий удаляется на провал через окно в  матрице в нижней плите штампа. Отход от вырубки по контуру удаляется в виде остатков полосы вручную.

 Из-за сил трения между деталью и рабочими поверхностями штампа, а также из-за напряжения сжатия заготовки, возникающего при пробивке-вырубке под рабочими плоскостями пуансонов, заготовка остается на пуансонах. Чтобы снять ее применяется съёмник. Выбираем неподвижный съемник

          В данном штампе осуществляется штамповка в два перехода:

1 переход — пробивается внутренние отверстие детали;

2 переход — деталь вырубается по внешнему контуру.

Отходы от пробивки отверстий удаляются на провал через провальное окно в матрице и нижней плите штампа. Отход от вырубки по контуру удаляется в виде остатков полосы вручную.

При выбранной схеме штамповки последовательность изготовления детали следующая:
Прежде всего, необходимо раскроить стандартный лист на полосы, после этого:
  • 1. установить заготовку (полосу) по разовому упору;
  • 2. произвести рабочий ход, при этом пробиваются отверстия и часть материала уходит в отход;
  • 3. убрать разовый упор и продвинуть лист до постоянного упора;
  • 4. произвести рабочий ход, при этом вырубается по контуру деталь и пробиваются отверстия для следующей детали;
  • 5. продвинуть заготовку так, чтобы постоянные упоры попали в отверстие, произвести рабочий ход и так далее.

1.5. Расчет усилия штамповки

Суммарное усилие штамповки является суммой собственно усилия вырубки-пробивки, проталкивания и снятия детали или отхода. 
По суммарному усилию подбирают оборудование необходимое для осуществления штамповки.

Усилие Р вырубки по контуру, если заготовка или отход свободно проваливаются в отверстие матрицы, определяется так:

Усилие Р пробивки по контуру, если заготовка или отход свободно проваливаются в отверстие матрицы, определяется так:

Силу проталкивания вырубленной детали и отхода для матрицы с цилиндрическим пояском при работе на провал определяют по формуле:

где   — усилие вырубки и пробивки,

Усилие снятия не рассчитывается, так как на него усилие пресса не затрачивается – снятие полосы осуществляется на обратном ходу ползуна пресса.

Тогда суммарное усилие штамповки:

Необходимое усилие пресса рассчитанное средствами компас-график ниже

2.Проектирование штампа, выбор оборудования.

2.1 Определение центра давления штампа

2.1 Определение центра давления штампа

Для правильной уравновешенной работы штампа необходимо вырезаемый контур расположить на матрице таким образом, чтобы центр давления совпадал c осью хвостовика. В противном случае в штампе возникают перекосы, несимметричность зазора, износ направляющих, быстрое притупление режущих кромок, а затем и поломка штампа. (2, с.32 – 33)

Центр давления – это точка, в которой момент равнодействующей всех сил равна нулю.

Центр давления находят из равенства момента равнодействующей моменту усилий штамповки относительно одной и той же оси.

Центр давления рассчитан средствами компас-график.

2.2. Расчет конструктивных элементов штампа

Определяем рабочую зону

Для нашего случая аxb=85×39 мм, тогда AxB=160×80.

По этим параметрам мы можем определить основные размеры блоков и направляющих узлов.

Толщину матрицы определяют из следующей эмпирической зависимости

Дополнительно по эмпирической формуле можно проверить достаточность толщины матрицы и округляем до ближайшего большего значения по ГОСТ 15861-81:

Выбираем форму и соотношение размеров отверстий в матрице для вырубки и пробивки

Определим так же по таблицам размеры и координаты крепежных винтов:

Для нашего характерного размера матрицы 160 мм выбираем винт М12 с координатами: e1=15; e2=25; e3=0.8*12=9,6; e4=1,2*30=36; e5=12; e6=2,5*30=75; e7=1,4*12=16,8; e8=2*2=4

2.3. Определение величин зазоров между пуансонами и матрицей, исполнительных размеров пуансонов и матрицы

Рабочие детали (элементы) штампов для вырубки и пробивки – матрицу и пуансон можно изготавливать совместно и раздельно.

Исполнительные размеры пуансонов для пробивки, пуансона для вырубки и матрицы определяем из условий совместного изготовления, а межосевые расстояния между отверстиями определяем исходя из условия раздельного изготовления.

При совместном изготовлении одна из рабочих деталей (сопрягаемая) дорабатывается по другой:

  • при вырубке пуансон по матрице (матрица определяет размер штампуемого элемента и является основной);
  • при пробивке – матрица по пуансону (пуансон определяет размер отверстия, паза и является основным)

При этом исполнительные размеры основной детали вычисляются по следующим формулам:

  • Для пробивки отверстия ( Lм- обеспечивается доработкой по пуансону с зазором z и допуском на зазор  ∇z):

Для вырубки внешнего контура ( L п- обеспечивается доработкой по матрице с зазором z и допуском на зазор ∇z ):

Определяем исполнительные размеры при вырубке (для матрицы):

Значения отклонений и припусков представлены в «Справочнике конструктора штампа»

б)  для вырубки внешнего контура (размер штампуемого элемента при изнашивании рабочих деталей штампа увеличивается, Ln- обеспечивается доработкой по матрице с зазором  z и допуском на зазор ∇z )

2.4.Назначение допусков и посадок в сопряженных элементах штампа

Изготовленный и принятый в эксплуатацию штамп должен  обеспечивать получение деталей в соответствии с технической документацией, безопасность работы и возможность ремонта. Штамп должен удовлетворять также ряду специальных требований, обеспечиваемых техническими условиями.

         Приведем виды посадок и перечень сопрягаемых деталей, применяемых в проектируемом штампе:

нижняя плита и направляющая колонка: посадка с натягом ;

верхняя плита и втулка: посадка с натягом ;

направляющая колонка и втулка: скользящая посадка S7/h6;

верхняя плита и хвостовик H7/s6 ;

пуансоны и пуансонодержатель: посадка с натягом H7/m6 ;

штифты: посадка с натягом H7/n6 ;

вырубной пуансон H7/h6

винты: посадка Н7/g8.

2.5 Расчет на прочность элементов штампа.

пуансон для пробивки:

смятие опорной поверхности (материал У10А ГОСТ 4345-71):

Т.к. сечение первого пуансона окружность то:

расчет на устойчивость пуансона круглого сечения:

пуансон для вырубки:

 смятие опорной поверхности:

2.6.Конструкция штампа, его устройство, работа, последовательность изготовления и сборки.

Конструкция штампа изображена на чертеже [К104.КП.141.15.00.СБ].

Конструктивно штамп состоит из нижней плиты 2 и верхней плиты 1. В нижнюю плиту запрессованы две направляющие колонки  13. На верхней плите установлен хвостовик 14. Через него передается усилие от ползуна пресса. Между пуансонодержателем и верхней плитой находится каленая прокладка 15.  В верхнюю плиту запрессованы направляющие ступенчатые втулка 16, которые скользят по направляющим колонкам вместе с верхним блоком штампа. Полоса подается справа налево в просвет между матрицей и съемником. Производится рабочий ход, за который пробиваются отверстия, и вырубается контур.

Для данного штампа выбираем матрицу прямоугольной формы в плане. Размеры матрицы выбираем по  в зависимости от диаметра рабочей зоны матрицы. Геометрия матрицы будет 100х100 мм. Матрица, как и пуансонодержатель поз.10, крепится к плитам штампа посредством двух штифтов диаметром 6 мм и четырёх болтов диаметром 8 мм. В конструкции предусмотрены направляющие штифты.

Технология сборки штампа
  • Запрессовать колонки в нижнюю плиту штампа.
  • Запрессовать втулки в верхнюю плиту штампа.
  • Запрессовать хвостовик в верхнюю плиту штампа.
  • Установить стальную каленую прокладку и пуансонодержатель на плиту.
  • Запрессовать пуансоны в пуансонодержатель, после чего шлифовать.
  • Установить матрицу, обеспечивая необходимый зазор между матрицей и пуансонами.
  • Сверлить отверстия под штифты и винты.
  • Крепить винтами и штифтами.
  • Утановить толкатель в хвостовик.
  • Запресовать направляющие штифты в съемник.
  • По направляющим колонкам установить верхнюю часть штампа,обеспечивая зазор между отверстиями в матрице и пуансонах.
  • Развернуть отверстия в плите под штифты.
  • Кернить штифтами,винтами
  • Снять верхнюю часть штампа
  • Кернить ступенчатыми винтами
  • Установить утопающий упор.
  • Надеть верхнюю часть штампа на нижнюю по направляющим колонкам.

2.7. Выбор пресса для проектирования штампа

В холодной штамповке применяются разнообразные типы прессов, предназначенные для различных условий работы.

По способу приведения в действие прессы разделяются на механически, электро–магнитные, пневматические и гидравлические.

Наиболее распространенные в штамповочном производстве являются приводные механические прессы, которые разделяются на кривошипные и винтовые.

По способу воздействия на штампуемый материал приводные механические прессы, которые разделяются на кривошипные и винтовые.

Непрерывное развитие методов холодной штамповки и расширение области ее применения основаны на дальнейшем совершенствовании конструкций прессового оборудования, в том числе увеличение усилия и рабочих габаритов прессов, повышении безопасности и улучшении условий эксплуатации.

К выбираемому прессу предъявляют следующие основные требования:

Требования к прессу
  • 1) мощность пресса должна быть достаточной для выполнения работы, необхо¬димой для данной операции;
  • 2) пресс должен обладать достаточной жесткостью (малой упругой деформа¬цией), а для разделительных операций — также повышенной точностью направляющих;
  • 3) габаритные размеры стола и ползуна пресса должны давать возможность уста¬новки и закрепления штампов и подачу заготовок, а отверстие в столе пресса - по¬зволять свободное проваливание штампуемых деталей (при штамповке „на провал");
  • 4) число ходов пресса должно обеспечивать достаточно высокую производитель¬ность штамповки;
  • 5) в зависимости от рода работы должно быть предусмотрено наличие специаль¬ных устройств и приспособлений (буфера, выталкиватели, механизмы подачи и т. п.);
  • 6) удобство и безопасность обслуживания пресса должны соответствовать тре¬бованиям техники безопасности.
  • 7)главное, чтобы нужное усилие штамповки Pшт должно быть меньше или равно номинальному усилию Pном, развиваемому прессом: Pшт< Pном

Поскольку Pшт= 151 кН, то выбираем пресс, у которого  Pном=300кН. Таким прессом является М329.

Технические характеристики пресса М329
Усилие пресса, кН
300
Ход ползуна, мм
68
Размеры подштамповой плиты, мм
300*220
Диаметр провального окна пресса, мм:
125
Минимальная закрытая высота пресса, мм
315
Максимальная закрытая высота пресса, мм
341
Диаметр хвостовика, мм
40

Контакты нашего конструкторского бюро:

г.Москва, г. Зеленоград,

ул. Сосновая аллея, д.6А стр.1

  • Тел.: 8-926-724-84-53 Конструкторский отдел (Viber, WhatsApp)
  • Тел.:8-926-949-02-20 Коммерческий отдел
  • E-mail: info@ingenergrupp.ru
  • Время работы: Пн.-Пт. с 10-00 до 20-00

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

× Написать в WhatsApp?