Рис. 38. Схема наладки инструмента для обратного выдавливания полости с направляющей втулкой для пуансона

/ ==(0,3/d-0,7J/ d); Л1 < 2,5d; 2а = 160-170°; Р= 4--5°; т = 1.5--30°; R = (0,050,1) d.

Для обеспечения продольной устойчивости высота рабочей части пуансона Л) при штамповке низкоуглеродистых сталей не должна превышать (22,5) d. Чтобы предотвратить продольный изгиб пуансонов 2 с отношением высоты рабочей части к диаметру d равным 5:1 и большим, используют направляющие втулки / (рис. 38).

Для повышения стойкости против износа могут быть применены сборные конструкции пуансонов, Головку пуансона изготовляют из твердого сплава типа ВК20-КС и соединяют с остальной рабочей частью диффузионной сваркой.

Распространенным видом разрушения пуансонов для обратного выдавливания является появление трещин на поверхности пуансона. Анализ поверхности излома, проведенный Г. И. Афанасьевым и В. А. Евстрато-вым, свидетельствует об усталостном характере разрушения. Разрушение пуансонов происходит преимущественно при обратном ходе ползуна. Сопоставление этого факта с результатами микроанализа мест излома позволяет утверждать, что на пуансон

действуют растягивающие и изгибающие силы, вызывающие его поломку.

В начале обратного хода пуансон остается в изогнутом состоянии, и в сечении пуансона будут действовать суммарные напряжения Оо от растяжения и изгиба. Так как пуансон работает в условиях циклического иагру-жения, то условие его прочности в первом приближении можно выразить так: а < а ; а < а , где Ор - напряжения сжатия от технологической силы; Oqc - предел выносливости для пульсирующего цикла сжатия; а ] - предел выносливости при изгибе при симметричном цикле; а-о. с и аэ. и - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при сжатии с изгибом и изгибе с растяжением.

Для сталей ледебуритной группы мартенситного класса, наиболее широко применяемых при изготовлении пуансонов, вследствие карбидной неоднородности предел выносливости при изгибе а 1и составляет 0,1 - 0,3 предела выносливости при пульсирующем цикле сжатия Оос- Это и делает более вероятным разрушение пуансона при обратном ходе ползуна. Основные факторы, вызывающие эксцентрическую нагрузку и боковой увод пуансона: неточность при изготовлении деталей штампов (отклонение от плоскостности и параллельности опорных поверхностей плит и опор должно быть 0,01 мм на 100 мм длины, от перпендикулярности оси пуансона к опорным торцам в пределах 0,01- 0,02 мм на всей длине); увеличение отклонений от соосности пуансона и матрицы под нагрузкой из-за недостаточной поперечной жесткости пресса и штампа; неточное фиксирование первоначального положения пуанссна; неточное центрирование заготовки в матрице; отклонение от параллельности торцов заготовки; отклонение формы заготовки от осей симметрии. Отклонение нагрузки от симметричности может быть значительно снижено путем оптимизации профиля торца пуансона (наличие площадки, малый угол конуса), дробления процесса выдавливания полости на несколько переходов.

Рис. 39. Конструкции матриц для холодной обьемной штамповки:

а - для калибровки; 6 - для прямого выдавливания; в - для редуцирования; г-

Для обратного выдавливания

Матрицы. Конструкция матрицы, геометрия ее формообразующих частей зависят от вида технологической операции, сил, возникающих при штамповке, формы и размеров штампуемой детали. Матрица для калибровки обычно имеет две полости: верхнюю рабочую, размеры которой определяются требуемыми размерами заготовки, и нижнюю, в которой устанавливается выталкиватель (рис. 39, о). Чтобы избежать появления трещин в месте перехода от рабочей полости к фаске нижней полости, необходимо предусмотреть плавный радиусный переход. Для повышения стойкости матрицы перепад диаметров рабочей полости и полости для выталкивания должен быть как можно меньше. После 50-100 ударов увеличивается рабочая полость матрицы непосредственно в зоне деформации, что повышает силу выталкивания. Для уменьшения влияния износа на силу выталкивания рабочую полость матрицы конструируют с небольшой конусностью (до 1°).

Матрица для прямого выдавливания имеет цилиндрическую заходную полость (которая служит для установки заготовки), рабочую по.тость для при-

дания детали соответствующей формы и нижнюю полость, обеспечивающую направление выдавленной детали (рис. 39, б). Высота заходной полости определяется требуемой высотой заготовки и величиной предварительного захода пуансона в матрицу перед выдавливанием, которая назначается в пределах 5-10 мм. Большая высота заходной полости приводит к увеличению сил трения в начальный момент штамповки и значительному увеличению дав.тения на пуансоне. Поэтому рекомендуется, чтобы отношение высоты заходной полости к ее диаметру не превышало 10.

Рабочая полость состоит из переходной части от цилиндрической заходной части к формообразующему пояску и самого пояска. Геометрия переходной части влияет на силу выдавливания, Зависимость сила - путь, распределение деформаций и скоростей по сечению и контактные условия.

Для получения сплошных деталей обычно прнменякут матрицы, имеющие коническую переходную часть с углом при вершине 2а = 70-н90°, что обеспечивает технологичность изготовления и достаточно равномерное и плавное распреде.тение нагрузки в

процессе выдавливания, необходимое для увеличения продолжительности срокаслужбы матрицы. При уменьшении угла 2а до 30° возникают большие напряжения на боковых стенках матрицы, возможно полное снятие смазочного материала с поверхности заготовки. Увеличение угла 2а до 160-180° вызывает рост давления. Важный фактор, определяющий стойкость матрицы, - радиус Гх перехода от цилиндрической части в коническую и от нее к рабочему пояску (см. рис. 39, б), который выполняют для уменьшения трения и давления на инструмент. Высоту рабочего пояска обычно выбирают в пределах 3-7 мм или расчетным путем: Lj, = (0,8- 1,2)/£> .

Для матрицы, показанной на рис. 39, б, диаметры /Э и /Эц назначают по минимально допустимым размерам готовых деталей; остальные

размеры /1=0,Шм; /-к = 0,2£)к Если выдавливаемая часть деталей имеет значительную длину, то на некотором расстоянии от калибрующего пояска предусматривают направляющий поясок с размером D = Dk + + 0.1 мм с целью обеспечения прямолинейности поверхности выдавливаемой детали. При повышенных требованиях к прямолинейности выдавливаемых деталей (например, шлице-вых валов) применяют специальное правильное устройство с двумя винтами и кольцом, отжимающее деталь в направлении, перпендикулярном к его оси.

Полость матрицы для редуцирования по конфигурации аналогична полости Л[атрицы для прямого выдавливания (см. рис. 39, в). Основное отличие заключается в там, что если процесс устойчив, то контейнер для загрузки заготовок значительно более короткий и меньше угол конической переходной части (2а 30°). При редуцировании заготовок из углеродистых сталей контейнер обычно служит только для центрирования заготовки; его длина не превышает (1ч-1,5)£)м. Остальные размеры, как и у матриц для прямого выдавливания. Рабочие части матриц для прямого выдавливания и редуцирования подвергают шли-анию с последующим полирова-

нием; все посадочные и опорные поверхности шлифуют.

Матрицы для обратного выдавливания выполняют с верхней частью и полостью, соответствующей форме и размерам получаемой детали (рис. 39, г-е). В нижнюю часть полости устанавливают выталкиватель, торцовая поверхность которого является дном или частью дна. Если в дне детали не предусматривается получение фасок и уступов, матрица имеет гладкую сквозную полость (см. рис. 39, г), а если предусматривается, то матрица имеет ступенчатую форму (см. рис. 39, д). В последнем варианте выталкиватель необходимо точно установить относительно ступеньки матрицы с учетом его упругой деформации во время выдавливания, иначе ухудшаются условия течения металла. При выдавливании стаканов с относительно тонким дном наблюдается отклонение формы дна из-за утягивания вверх его краев. Когда высота очага деформации равна или меньше толщины дна стакана, происходит интенсивное течение мета.тла краевой зоны в зазор между пуансоном и матрицей, в результате чего периферийные слои нижнего торца выдавливаемого стакана отделяются от дна матрицы. Утяжка может быть устранена, если рабочий торец выталкивателя выполнить со скошенными краями (см. рис. 39, е).

Степки сквозной рабочей полости выполняют строго цилиндрическими или для облегчения выталкивания - с уклоном яр;1°. Величина уклона зависит от толщины стенки детали, высоты заготовки и требуемой точности. Глубина рабочей полости матрицы определяется высотой заготовки, которая при загрузке в матрицу должна быть ниже верхнего его торца не менее чем на 5 мм.

Матрицы для комбинированного выдавливания по конструкции аналогичны матрицам для прямого выдавливания, а матрицы для двухстороннего выдавливания - матрицам для обратного выдавливания и проектируются по правилам, изложенным выше для каждого технологического способа в отдельности.

Для холодной объемной штамповки стальных деталей на прессах следует

применять сборные конструкции матриц, что снижает концентрацию напряжений, увеличивает прочность и износостойкость, улучшает технологичность изготовления.

При холодной объемной штамповке !га матрицы действует внутреннее давление со стороны штампуемого металла. В матрице возникают тангенциальные, радиальные и осевые напряжения, которые можно рассчитать по формулам Ляме как для толстостенных цилиндрических оболочек. При максимальном эффективном отношении наружного диаметра к диаметру полости равном четырем цельная матрица может выдержать давление в 2 раза меньше, чем предел текучести ее материала (прн От = 2000 МПа, р = 100 МПа). Напряжения, возникающие в матрице при выдавливании, можно значительно уменьшить. Прочность матриц увеличивают напрессовкой на них бандажей с определенным натягом. В результате матрице сообщаются предварительные напряжения, по знаку противоположные напряжениям, возникающим при штамповке. По числу бандажей матрицы делят на одно- и многобандажные. Допустимые давления в случае однобяндажной матрицы определяются механическими свойствами материала бандажа и превышают предельно допустимое напряжение для этого материала приблизительно в 1,1 раза. Таким образом, например, при о материала бандажа, равном 1350 МПа, и р = 1500 МПа применение двойного бандажирова-ния позволяет повысить допустимые давления до 2200 МПа.

По типу посадочной поверхности различают цилиндрические и конические бандажи. Запрессовку можно осуществлять в нагретом до 400 °С и холодном состояниях. В нагретом состоянии напрессовывают цилиндрические бандажи, а в холодном - конические с углом наклона образующей 1° 30 ± 5°. К качеству конических поверхностен бандажей предъявляются высокие требования, Боковые поверхности должны быть тщательно прошлифованы.

При изготовлении и сборке состав-вых матриц следует придерживаться

следующих основных правил:

для компенсации микропластических деформаций, возникающих в контактных объемах сопряженных колец вследствие различных погрешностей, рекомендуется увеличивать расчетное значение натягов на 15-20%;

прочность и долговечность обойм могут быть повышены благодаря применению поверхностной закалки, накатки и т. п.;

твердость обойм многослойной матрицы должна увеличиваться от наружного кольца к внутреннему;

для облегчения сборки и выдерживания необходимого натяга рекомендуется угол наклона боковой конической поверхности бандажа делать меньше, чем у вставки; в зависимости от глубины полости разность углов принимают обычно 10.

При разработке конструкции одно-бандажной матрицы задача сводится К определению диаметра сопряжения рабочей вставки матрицы о бандажом и натяга, при которых суммарные напряжения от предварительного сжатия и рабочего давления были бы по внутреннему радиусу вставки наименьшими, а растягивающие напряжения по внутренней поверхности бандажа не превышали предела текучести материала, из которого они изготовлены. Таким образом, по заданному отношению между предварительным напряжением сжатия и рабочим напряжением растяжения на внутренней поверхности матричной вставки требуется определить размеры матрицы и натяг. Для обеспечения необходимой прочности бандажированной матрицы это отношение выбирают в пределах 0,5-1. При разработке конструкции многобандажной матрицы задача заключается в получении ряда аналогичных решений для каждого бандажа.

Размеры вставок и бандажей можно принимать согласно табл. 18.

Натяг при применении однобандаж-ных матриц принимают равным 0,3- 0,4 мм. Для расчета натягов много-бандажных матриц в зависимости от размера, механических свойств и материала матриц и бандажей принимают = (0,025-7-0,005) D,; А2 = = (0,008-0,0045) О,; Д3 = (0,004-=-0,0045) Од.

18. Размеры вставок и бандажей матрицы

Для расчета натягов существует ряд методик. Ниже изложена общая методика поверочного расчета натягов. Исходными данными для расчета натягов в многослойных матрицах являются максимальное внутреннее давление Pmaxi допустимые напряжения на растяжение для материалов, из которых изготовлены матрица и бандажные кольца, а таклсг размеры матрицы и бандажных колец, выбранные согласно приведенным рекомендациям. Необходимо рассчитать относительный натяг А; для каждого бандажа. Обозначим п - относительный радиус поверхности, на которой приложено давление в многослойной матрице; 1=0, 1, 2, ...; [oj;-допустимое напряжение на внутренней поверхности /-го слоя; Е - модуль упругости; pi - давление внутреннее или от натяга на рассматриваемой поверхности в многослойной матрице; Г; - относительный радиус поверхности, в точках которой определяется напрялиние.

С учетом этих обозначений нормальные тангенциальные напряжения под действием внутреннего давления, приложенного на рассматриваемой поверхности в многослойной матрице.

6 и

i < / (9)

Нормальные тангенциальные напряжения от действия внешнего давления

2 -.>/ (10)

Давление на контактных поверхностях в многослойной матрит1е от натяга

Подставляя значение из (11) в (9) и (10), найдем выражения для определения нормальных тангенциальных на11ряжен,1Й от натяга в многослойной матрице гу.

£А.Н + г)И-1)

(12)

EA,{rl-r){r]~l) (4-1) ii. (13)

Пользуясь формулами (12) и (13) для точек /= О, 1, 2, расположенных на внутренних поверхностях матрицы и бандажей, находим нормальные тангенциальные напряжения от предварительных натягов и приложенного внутреннего давления. Сумму этих напряжений приравниваем допустимому напряжению на растяжение для материала рассматри-

Баемого бандажа. В результате получим систему линейных уравнений:

10 Al + Д.; -f Одо Дз + = ОоО.

Он Д1 + 021 Д2 + Оз1 Дз Н----= 01.

12 Д1 + 22 Д2 + 32 Дз + = 02-

(14)

Систему уравнений (14) можно записать в символической форме

ft-l

2 aijAi = aoj, /== 1, 2, 3... 4=1, 2, 3( ...

(15)

В этом выражении

, , Ро{г1+) ....

В результате решения (14) найдем натяг

ооОгойзо

001021031 002022032

О10О20О30 011021031 012022032

А2 =

ОюООЗО ОцОохОз!

О12О02О32

и т. д. (17)

Оюгозо; ОцОгтйз!

12022032

В символической форме выражение (17) для определения натягов можно Представить В виде

Di (ooj)

где Dj (a,)j) - определитель, в котором i-й столбец составлен из коэффициентов aj правой части системы

уравнений (15); D (Oij) - определитель, составленный из коэффициентов fljj системы линейных уравнений (15).

После определения натягов Д;,пользуясь формулой (И), необходимо найти давление р; на контактных поверхностях, а по формулам (9), (12) и (13) - распределение нормальных тангенциальных напряжений oqij.

В результате можно построить эпюры распределения нормальных тангенциальных напряжений в многослойной матрице. На рис. 40 приведена структурная схема для расчета бандажированных матриц.

Кроме чертежей бандажей и вставки матрицы, должен быть предусмотрен чертеж сборки с указанием положений вставки и бандажа до и после запрессовки. Сборку осуществляют от наружного бандажа к внутрениему. Рас-прессовку в целях предотвращения разрушения инструмента и безопасности работы необходимо проводить в обратном порядке, т. е. вначале вы-прессовать вставку матрицы, а затем бандаж наименьшего диаметра и т. д. Для уменьшения силы запрессовки сопрягаемые поверхности мед-нят или покрывают дисульфидом молибдена.

Бандажированные рабочие вставки для штамповки многогранных дета- лей из-за неравномерного распределения давлений и наличия концентраторов напряжений в угловых переходах быстро выходят из строя, поэтому их обычно выполняют составными. На рис. 41, а показан эскиз матрицы с составной рабочей вставкой 1 для выдавливания шестигранных стаканов. Разьем вставки - по плоскостям, проходящим через центр матрицы. Однако при деформации бандажа 2 рабочая вставка расходится по плоскостям стыка и материал может затекать в них. На рис. 41, б показан эскиз матрицы с разъемом шестигранной вставки 1 по криволинейной поверхности. В этом случае сегменты прижимаются один к другому с тем большей силой, чем больше рабочее давление. Поэтому выдавливание материала в зазоры между ними полностью устраняется.

При проектировании матриц необходимо предусматривать также