Операции листовой штамповки осуществляются с помощью специального инструмента-приспособления – штампов. Штамп – инструмент для получения идентичных изделий (деталей, заготовок, поковок) методом пластической деформации.
Согласно ГОСТ 15830-84, штамп – технологическая оснастка (рис. 1.1), посредством которой заготовка, пластически деформируясь, приобретает форму и (или) размеры, соответствующие поверхности или контуру рабочих элементов штампа.
Рис. 1.1. Штампы для операций листовой штамповки
Штамп устанавливают на оборудование для штамповки – на пресс, который приводит штамп в действие (рис. 1.2).
Листовую штамповку осуществляют в штампах, состоящих, как правило, из неподвижной и подвижной половин, несущих рабочие части, при сближении которых деформируется помещенная между ними заготовка. Рабочими инструментами штампа являются матрица и пуансон.
Рис. 1.2. Прессы для листовой штамповки: а) кривошипный, б) гидравлический: 1 – стол пресса, 2 – ползун (поперечина) пресса
Половины штампов закреплены в прессе. Неподвижная половина устанавливается на стол пресса 1 (рис. 1.2), подвижная с помощью цилиндрического хвостовика присоединяется к ползуну пресса 2 (рис. 1.2).
Общий вид и принципиальная схема штампа представлена на рис. 1.3.
Рис. 1.3. Штамп: принципиальная схема; 1 – верхняя плита; 2 – хвостовик; 3 – направляющая втулка; 4 – направляющая колонка; 5 – нижняя плита; 6 – матрица; 7 – пуансон; 8 – установочные детали; 9 – пуансонодержатель; 10 – съемник, 11 – подкладная пластина
Штампы листовой штамповки классифицируются по технологическим и конструктивным признакам (рис. 1.4).
По технологическому признаку (по характеру операции) штампы листовой штамповки разделяются на две группы:
- Штампы для разделительных операций. Выполняются операции: резка, вырубка-пробивка, обрезка, надрезка, зачистка, проколка, высечка и т.д.
Штампы для формоизменяющих операций. В них выполняются операции гибки, вытяжки, раздачи, обжима, рельефной формовки, скручивания, закатки, завивки и т.д.
| Классификация штампов | ||
|---|---|---|
| Технологические признаки | Характер операции |
1. Разделительная 2. Формообразующая |
| Принцип действия |
1. Простой 2. Комбинированный |
|
| Конструктивные признаки | Степень универсальности |
1. Универсальный 2. Специальный |
| Тип блока |
1. С направляющими 2. Без направляющих |
|
Рис. 1.4. Классификация штампов для листовой штамповки
К технологическому признаку классификации штампов относится степень совмещенности операций (принцип действия):
штампы однооперационные (простого действия) и многооперационные (комбинированные). Комбинированные штампы подразделяются на штампы совмещенного действия и на штампы последовательного действия.
Штампы простого действия (рис. 1.5) просты по конструкции. Они выполняют за один ход ползуна пресса одну операцию. Например, пробивку или вырубку крупногабаритных деталей целесообразно выполнять в штампах простого действия, причем вы- рубку целесообразно проводить с обратной выдачей деталей, а не на провал.
Штампы этого типа отличаются простотой конструкции и дешевизной изготовления. Производительность простых штампов находится в прямой зависимости от вида подачи материала или полуфабриката. На многопозиционных прессах, как правило, используют простые штампы.
Рис. 1.5. Технологическая схема штампа простого действия: 1 – пуансон; 2 – матрица; 3 – съемник; 4 – заготовка; 5 – деталь; 6 – отход
Обычно каждая из частей штампа (рис. 1.6) состоит из целого ряда деталей, назначение которых самое различное.
Рис. 1.6. Принципиальная схема вырубного штампа простого действия: 1 – нижняя плита; 2, 16 – направляющие колонки; 3 – вырубная матрица; 4, 5, 11, 12 – крепежные винты; 6 – вырубной пуансон; 7 – пуансонодержатель; 8, 15 – направляющие втулки; 9 – верхняя плита; 10 – упорная плита; 13 – хвостовик; 14, 19 – штифты; 17 – съемник; 18 – упор
Верхняя и нижняя плиты, направляющие колонки и втулки, пуансоно- и матрицедержатели служат для опоры, направления и крепления рабочих частей штампа. Эти элементы штампа обеспечивают установку, крепление и точное взаимное расположение матрицы и пуансона в процессе работы штампа, а рабочие части штампов непосредственно деформируют заготовку. Пуансон чаще монтируют на подвижной части штампа, а матрицу – на неподвижной. Определение пуансона как охватываемой детали и матрицы как охватывающей действительно для всех видов штампов (вырубных, гибочных, вытяжных и т.д.).
В штампе совмещенного действия (рис. 1.7) происходит выполнение разноименных операций или переходов на одной позиции за один ход подвижной части штампа (две, три, реже – четы- ре). Например за один ход пресса проводится: вырубка и гибка;
вырубка, вытяжка и пробивка. Заготовка обрабатывается за один ход ползуна пресса аксиально-расположенными инструментами, при неизменном положении исходной заготовки относительно нижней плиты. То есть в совмещенном штампе переходы совмещены в пространстве, но разнесены по времени.
Рис. 1.7. Технологическая схема штампа совмещенного действия: 1 – пуансон пробивной; 2 – матрица вырубная; 3 – пуансон вырубной; 4 – выталкиватель; 5 – съемник; 6 – заготовка; 7 – деталь (шайба); 8 – отход
Вся работа осуществляется за один ход ползуна пресса и в пределах одного шага подачи. Совмещенные штампы сложнее простых и требуют более высокой квалификации при изготовлении. Сложность штампа полностью оправдывается производи- тельностью, точностью и плоскостностью штампованных деталей. Эти штампы обязательно имеют специфичную только для них де- таль, выполняющую одновременно функции и матрицы и пуансона (деталь двойного назначения) – пуансон-матрица (рис. 1.8). При малом расстоянии между деформирующими частями пуансона- матрицы ее прочность понижается.
Рис. 1.8. Схема штампа совмещенного действия для вырубки и гибки: 1 – верхняя плита штампа; 2 – пружины съемника; 3, 25, 26 – винты; 4 – пуансонодержатель; 5 – пуансон-матрица; 6 – хвостовик; 7 – верхний выталкиватель; 8, 9, 13 – штифы и винты; 10 – съемник; 11 – направляющие втулки; 12 – направляющие колонки; 14 – вырубная матрица; 15 – вытяжной пуансон; 16 – выталкиватель; 17 – нижняя плита штампа; 18 – прокладка; 19 – толкатели; 20 – прокладка; 21 – упругий элемент; 22 – шпилька; 23 – гайка; 26 – упор
Совмещенные штампы обеспечивают достаточно высокую точность (соосность) и плоскостность изготовляемых деталей. В совмещенных штампах получить детали сложной конфигурации трудно или невозможно.
Штампы последовательного действия (рис. 1.9) выполняют несколько различных операций последовательно (встречаются штампы, выполняющие 10…15 операций).
Работа штампа осуществляется за несколько ходов ползуна пресса и за несколько шагов подачи. При этом число шагов подачи равно (рис. 1.9, а) или больше числа выполняемых операций
(рис. 1.9, б). В последнем случае за счет нерабочего перехода расстояние между деформирующими частями матрицы увеличивается, что повышает ее прочность и делает возможным вместо одной, цельной, матрицы применить матрицу, изготовленную из нескольких вставок, смонтированных в общем матрицедержателе.
Рис. 1.9. Технологическая схема штампа последовательного действия: а – с цельной матрицей; б – со вставными матрицами и нерабочим переходом; 1 – пуансон пробивной; 2 – пуансон вырубной; 3 – матрица цельна; 4 – матрицы вставные; 5 – съемник; 6 – заготовка; 7 – деталь (шайба); 8 – отход
В штампе последовательного действия (рис. 1.10) происходит выполнение нескольких операций или переходов на нескольких позициях за соответствующее число ходов. Обработка заготовки производится за несколько переходов, различными инструментами (за несколько ходов ползуна), при последователь- ном перемещении исходной заготовки перпендикулярно движению ползуна в плоскости нижней плиты. То есть переходы разделены пространственно, но совмещены по времени.
Рис. 1.10. Схема штампа последовательного действия для пробивки, отбортовки и вырубки: 1 – хвостовик; 2 – плита верхняя; 3 – плитка подкладная; 4 – пуансонодержатель; 5 – съемник; 6 – матрица; 7 – плита нижняя; 8 – винт; 9 – пружина; 10 – выталкиватель; 11 – пуансон пробивной; 12 – пуансон отбортовки; 13 – пуансон вырубки
Трудоемкость изготовления последовательных штампов соизмерима с трудоемкостью совмещенных, предназначенных для штамповки одной и той же детали (при одном и том же числе операций). В этом случае производительности штампов одинаковы, но габаритные размеры совмещенного меньше, чем последовательного.
Точность совпадения контуров детали, штампуемой на нескольких простых штампах, наименьшая. Лучше точность совпадения контуров детали, штампуемой на последовательном штампе. Самая высокая точность – на совмещенном штампе.
Плоскостность детали обеспечивается совмещенным штампом, а большая сложность получаемого изделия – последовательным.Сравнение штампов: последовательное vs совмещенное действие
Когда перед конструктором стоит задача объединить несколько операций в одной оснастке, возникает главный вопрос: выбрать последовательный или совмещенный штамп? У каждого решения свои технологические границы и экономический смысл.
1. Штампы последовательного действия: По сути, это ряд простых штампов, объединенных общими плитами. Их главная особенность — наличие установочных упоров и ловителей для точного позиционирования ленты.
- Когда применять: Идеальны для массового изготовления мелких деталей, которые сложно и опасно загружать в пресс вручную.
- Сложные формы: Чтобы избежать поломок инструмента, сложные контуры разбивают на несколько простых переходов.
- Точность: Погрешность накапливается при каждом перемещении заготовки. Поэтому такие штампы обычно обеспечивают 12–15 квалитет точности.
- Экономика: Дешевле в изготовлении, чем совмещенные, но требуют больших допусков на взаимное расположение отверстий и контура.
2. Штампы совмещенного действия: Здесь все операции выполняются на одной позиции за один ход пресса. Это технически сложная и дорогая оснастка.
- Когда применять: Если требуется высокая точность (9–11 квалитет) и жесткие допуски на соосность (менее ±0,1 мм).
- Преимущество: Поскольку заготовка не перемещается между пробивкой и вырубкой, смещение поверхностей практически исключено.
- Ограничение: Высокая стоимость изготовления оправдана только в крупносерийном и массовом производстве.
Резюме: критерии выбора типа оснастки
Для наглядности используйте следующую логику при подборе конструкции:
| Характеристика | Однооперационные | Последовательные | Совмещенные |
|---|---|---|---|
| Серийность | Мелкая / Единичная | Средняя / Массовая | Крупная / Массовая |
| Точность (квалитет) | Средняя | 12–15 (низкая) | 9–11 (высокая) |
| Сложность детали | Любая | Деление на переходы | Ограничена габаритами |
| Безопасность | Низкая (ручной завал) | Высокая (автоподача) | Средняя |
| Стоимость штампа | Низкая | Средняя | Высокая |
Экспертный совет:
Если деталь мелкая и сложная, стремитесь к многорядной последовательной штамповке. Это значительно повышает КИМ (коэффициент использования материала) и окупает затраты на сложную оснастку за счет экономии металла.
Таблица 1. Сравнительные характеристики штампов совмещенного и последовательного действия
| Показатель | Характеристика штампа | |
|---|---|---|
| Штамп совмещенного действия | Штамп последовательного действия | |
| Точность | Повышенная и средняя (9-11 квалитет) | Средняя и пониженная (12-15 квалитет) |
| Качество вырубаемых деталей | Отсутствие погнутости. Лучший срез. Одновременная правка. | Погнутость (выворачивание) небольших деталей. |
| Размеры деталей и диапазон толщины | Свыше 3000 мм при толщине до 5 мм. Диапазон толщин от 0,5 мм до 6…8 мм | Вытяжные до 250 мм при толщине 0,2…3 мм. Разделительные и гибочные — до 5000 мм при толщине до 10 мм |
| Производительность | Повышенная производительность | Пониженная производительность |
| Работа на быстроходных прессах | Не рекомендуется | Возможна работа на прессах с числом ходов более 400 в минуту |
| Многорядный способ штамповки | Применяется сравнительно редко для изготовления плоских, гнутых и полых деталей | Рекомендуется для изготовления плоских, гнутых и полых деталей небольших размеров |
| Трудоемкость и стоимость изготовления | Для вырубки деталей простой конфигурации меньше, чем стоимость последовательных штампов | Для вырубки деталей сложной конфигурации меньше, чем стоимость совмещенных штампов |
Обычно рост стоимости штампов меньше, чем кратность штамповки. При этом решающую роль при выборе технологического процесса и типа штампа имеют вопросы экономической целесообразности.
По конструктивному признаку универсальности применения различают:
- штамп специальный для изготовления деталей или заготовок одних наименований, форм и размеров;
- штамп универсальный со сменными или переналаживаемыми частями, предназначенный для изготовления группы деталей или заготовок различных наименований, форм и размеров.
Подавляющее число штампов изготавливают для конкретной детали, операции, перехода, в этом смысле они и называются специальными или специализированными. При единичном и мелкосерийном производствах в целях снижения удельной стоимости штампа применяют универсальные штампы, на которых путем переналадки или замены отдельных частей можно штамповать детали различных наименований, форм и размеров.
По конструктивному признаку :
| Тип штампа | Преимущества | Недостатки | Сфера применения |
|---|---|---|---|
| Без направляющих | Низкая цена, простота | Нужна постоянная настройка, риск смещения | Единичное и мелкосерийное производство |
| С направляющими | Высокая точность, стабильность | Более высокая стоимость | Серийное и массовое производство |
Штампы с направляющими элементами (колонки с втулками, плиты) удобны и безопасны в эксплуатации. Они позволяют автоматически поддерживать заданное расположение элементов, закрепленных на нижней и верхней плите штампа, друг относительно друга в течение всего срока эксплуатации и не требуют настройки. Стоимость таких штампов выше, поэтому они используются и окупаются только в условиях серийного и массового производства. По типу эксплуатации штампы делят на модели с ручной или автоподачей. Удаление заготовок реализуется на провал, через обратную запрессовку в ленту или с помощью выталкивателей (вверх или вручную).