ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

па. Их можно использовать для изготовления всех разделительных и формообразующих штампов.

В разделительных штампах, изготовленных из твердых сплавов, по сравнению со штампами из сталей более продолжительное время сохраняется в надлежащем виде режущая кромка при стабильном технологическом зазоре. Высокая твердость этих материалов позволяет легко разделять относительно хрупкие и термообра-ботанные материалы. Такие штампы экономичны, - в результате уменьшения числа заточек увеличивается выпуск продукции и сокращается простой оборудования.

В формообразующих штампах твердые сплавы, кроме повышения стойкости, обеспечивают заданные параметры шероховатости поверхиости и стабильную высокую точность штампуемых деталей. При использовании этих сплавов исчезают такие вредные явления, как прилипание штампуемого материала к рабочим частям штампа и образование задиров.

В табл. 13 приведены механические характеристики некоторых материалов, рекомендуемых для изготовления рабочих частей штампов листовой штамповки, а в табл. 14 конкретные рекомендации по их применению.

Глава

стойкость ШТАМПОВ

Понятие о стойкости штампов. В процессе эксплуатации штампов наиболее часто приходят в негодность их основные рабочие части -матрицы и пуансоны. Поэтому следует различать:

полную стойкость штампа, определяемую числом деталей, отштампованных до полного изнашивания его рабочих частей, и получением размерного брака штампуемых деталей;

промежуточную (качественную) стойкость или стойкость между двумя переточками (для устранения заусенцев прн вырубке-пробивке) или между зачистками рабочих частей для устранения задиров, рисок и царапин при вытяжке, гибке.

Полная стойкость штампов непосредственно связана с промежуточной стойкостью, так как число допустимых переточек и зачисток ограничено полным использованием рабочих деталей штампов илн получением размерного брака деталей.

Стойкость штампа до полного изнашивания

Т = riNni, (1)

где п-число переточек; N -число иагружений на период между двумя переточками; tii - число рабочнх мест в штампе.

Стойкость штампа до переточки рабочих частей имеет большое значение для обеспечения его бесперебойной работы в производственных условиях. Экономичность штампа характеризуется стойкостью его рабочих частей до полного изнашивания, поскольку стоимость изготовления последннх для большинства типов штампов составляет 65-80 % стоимости всего штампа.

Характеристика условий работы режущих кромок вырубных и пробивных штампов. Исследованиями В. П. Романовского установлено, что удельная нагрузка на режущие кромки при вырезке стальных деталей равна

Р К1Х = 3,12 (к-- 1 0в,

где к - коэффициент, зависящий от величины зазора z; s и d - соответственно толщина заготовки и диаметр отверстия;

г= 0,15s 0,10s 0,05s 0,025s 0,005s = 2.0 2,38 3,33 4,1 5,0

При чистовой вырубке сопротивление разделению (сдвигу) выше, чем при обычной вырубке, и составляет

0сд = (т-----О,750 ,

где коэффициент т=3,0 при z - = 0,005s (беззазорная вырубка); т = = 2,5 при г = 0,025s.

Максимальная удельная нагрузка на режущие кромки пуансонов при чистовой вырубке (без противодавления) прн г= 0,005s равна

Рпк,ч 3,9 (4- + l) Ов.

а с учетом противодавления

Pm.x 4,5(4-i--l)a . (5)

Удельная нагрузка на режущие кромки матриц прн чистовой вырубке несколько ниже нагрузки пуансонов и составляет

Pniax 3,6 (4-i- -1-1 Ов-

На рис. 1 приведена зависимость Ршах/в от относительной толщины (s/d) заготовки, действительная для различных марок углеродистой н коррозионно-стойкой сталей. Так как с увеличением отношения s/d удельная нагрузка резко возрастает, то для режущих частей штампов различных

,ИПа

6000

5000

IfOOO

3000

2000

1000

о 0,1 0,3 0,5 0,7 о;9 1

Рис. 1. Зависимость относительной локальной удельной нагрузки режущих кромок гаах/в относительных размеров деталн нлн отверстия sId:

1 - чистовая вырубка при г = 0,005 s;

2 - беззазорная вырубка при г = 0.005 s;

3 - вырубка при Z = 0,05 s; 4 - вырубка при г = 0,01s; 5 - вырубка при г = = 0,15s; 6 - данные фирмы Файнтул

размеров рекомендуется применять разные типы штамповых сталей, обладающих различной прочностью и износостойкостью.

Для создания нормальных условий разделения обрабатываемого материала в штампах необходимо, чтобы режущие кромки в зоне контактного пояска ие подвергались смятию, не выкрашивались и обладали высокой износостойкостью.

Выбор материалов для рабочих частей разделительных штампов и их износостойкость. Современное производство приборов электронной и вычислительной техники, различного рода радиотехнических и других устройств характеризуется частой сменой объектов производства и увеличением доли деталей изготовляемых небольшими партиями.

Для мелкосерийной штамповки непременное требование высокой стойкости, весьма важное для разделительных штампов массового производства, отходит на второй план. Важнейшей задачей здесь является снижение трудоемкости и металлоемкости специальных штампов. Этого можно достичь при изготовлении рабочих частей разделительных штампов из многократно используемых материалов (например, литейных сплавов, которые периодически подвергаются переплавке), а также использованием в групповых штампах термически необработанных матриц.

В настоящее время наибольшее распространение получили вырубные штампы, в которых матрицу изготавливают из сплава на основе цинка (сплав ЭКВ), а пуансон - из углеродистой илн инструментальной стали с закалкой до HRC 56-60.

Химический состав сплава ЭКБ; 3,5-4,5 % А1; 3,0-4,0 % Си; 0,2-0,8 % Mg; 0,3-0,6 % Si. Механические свойства; Og = 250 МПа; = = 1 %; НВ 135. TeMnepiaTypa плавления tnn = 395 °С; усадка 0,82 % .

Штампы нз сплавов на основе цинка рекомендуется применять для вырубкн деталей из материалов толщиной до 3 мм, имеющих предел прочности Ов = 450 МПа, а материалов с Ов > > 450 МПа - толщиной до 1,5 мм.

Стойкость штампов с матрицами из сплава ЭКБ можно оценивать по следующей формуле;

Г = о,2А:1л:тЛ:ф1о ,

где Ki, Кт, Кф - коэффициенты, учитывающие соответственно механические свойства и толщину штампуемого материала, тип штампа н сложность контура штампуемой детали.

Стойкость штампов из сплава ЭКБ приведена в табл. 1. Износостойкость разделительных штампов с литыми матрицами из сплава на основе цинка прн вырубке-пробивке высокопрочных стилей с пределом прочности Ов 1250 МПа характеризуется графиками (рис. 2). Из графиков

м. т. ср = / (/V) и Fm. б. ср = / (/V) можно заключить, что процесс изнашивания режущего контура матрицы

1300 2700

1800 2700 5}

3600 N

Рис. 2. Изменение суммарного бокового f g (.р (а) и торцового F (.р (б износа в зависимости от числа N нагружении;

1 - сталь 1Х17Н5М;) (s = 1 мм); 2 - сталь 1Х17Н5МЗ (s = 0,6 мм): 3 - сталь 12X18H10T (S = 1 мм); 4 - сталь I2X18H10T (s = 0,5 мм)

характеризуется стадийностью (/- /). В ряде случаев наличие третьей стадии изнашивания необязательно, так как уже на стадии замедленного изнашивания качество штампуемых деталей не удовлетворяет требованиям производства.

В результате применения штампов с матрицами из цинковых сплавов (пуансон-сталь XI2M) при штамповке высокопрочных сталей получают детали по 11 - 14 квалитету; стойкость матрицы до переточки от 2 до 4,5 тыс. нагружении. Время на изготовление матрицы по сравнению со стальной

матрицей сокращается в 5-6 раз. Кроме того, полностью исключаются ручные работы по подгонке рабочих контуров матрицы и пуансона.

В ленточно-ножевых штампах с сопряженными режущими кромками в качестве матрицы применяют стальную термически обработанную ленту, поставленную на ребро между матрице-держателем и пуансоиодержателем н заточенную под углом 35° так, что на торце остается небольшая площадка. Толщину ленты выбирают в зависимости от толщины и механических свойств штампуемого металла; при-

1. Стойкость штампов с матрицами из сплава ЭКБ при вырубке - пробивке деталей простого контура

2. Экспериментальные значения стойкости (число иагружений) матриц

ближенно ее можно рассчитать по формуле

s, (l+0,3s)JI. (8)

Ширину площадки можно определить по формуле

6 = 0,2(s-fl). (9)

Материал пуансон-матрицы в штампе с сопряженными режущими кромками - сталь 40 или сталь 45 (пластина толщиной 4-6 мм), термически обработанная до HRC 36-40.

Полная стойкость некоторых типов упрощенных штампов для разделительных операций, по данным Д. А. Вайнтрауба, в отношении к полной стойкости стационарных штампов

для тех же деталей, принятой за единицу, характеризуется следующими данными; листовой пинцетный 0,02- 0,04; пластинчатый подкладной 0,03- 0,05; пластинчатый с электромагнитным креплением 0,2-0,3; пластинчатый с механическим креплением 0,2- 0,3; пакетный со стальными рабочими частями 0,8-0,9; пакетный с рабочими частями из цинково-алюминиевого сплава 0,1-0,15; ленточно-иожевой 0,30-0,40.

В работах Я. О. Рудермана исследована стойкость термически необработанных матриц из сталей 45, У10А, ЗОХГСА и алюминиевого сплава В95 при штамповке алюминиевых сплавов в мелкосерийном приборостроении (табл. 2).

За критерий стойкости термически необработанных матриц принята высота заусенца, определяемая по эмпирической формуле

(10)

где К - коэффициент, зависящий от толщины штампуемого металла; для

S = 1-нз мм л: = 5.

Из табл. 2 видно, что стойкость стальных термически необработанных матриц является достаточной для мелкосерийного производства листовых каркасных деталей в приборостроении, так как примерно 94 % таких деталей изготовляют до 10 тыс. шт. в год. Алюминиевый сплав В95 рекомендуется для изготовления групповых пластинчатых штампов больших габаритов, а также для изготовления каркасных деталей малыми партиями.

В условиях крупносерийного и массового производства рабочие части разделительных штампов (пуансоны и матрицы) рекомендуется изготовлять из износостойких материалов, обеспечивающих максимальную производительность при высокой стойкости штампов.

Износостойкость инструментальной стали зависит от ее структуры и свойств, а также от изнашивающей способности обрабатываемого материала.

Износостойкие стали разделяют на три группы [19]:

стали умеренной износостойкости с содержанием углерода 0,8-1,2%, в структуре которых присутствуют избыточные карбиды цементитного типа MC3I;

стали повышенной износостойкости, в структуре которых содержатся карбиды М7С3. Износостойкость этих сталей, имеющих более твердые карбиды, выше. При увеличении содержания карбидов М,Сз с 11-12% (сталь Х6ВФ с 1 % С и 6 % Сг) до 14-15% (сталь Х12М с 1,6% С и 12 % Сг) износостойкость вырубных штампов повышается в 2 раза;

стали высокой износостойкости содержат в структуре, кроме карбидов М7С3, карбиды МС (карбиды ванадия).

М обозначает в общем виде металл, участвующий в образовании карбида.

В этом случае износостойкость возрастает дополнительно, поскольку карбид МС имеет более высокую твердость {HV 2000), чем карбид МА-

Выбор стали для изготовления рабочих частей разделительных штампов определяется главным образом их конфигурацией и изнашивающей способностью обрабатываемого материала. Для пуансонов и матриц вырубных, пробивных и обрезных штампов простой формы толщиной или диаметром до 25 мм рекомендуется применять инструментальные стали У8А, У10А, УН, которые после правильно выполненной термической обработки обладают такой же твердостью и прочностью, как и многие легированные стали. Основными недостатками углеродистых сталей являются нх низкая прокаливаемость и чувствительность к поводке и короблению при термической обработке.

Для изготовления пуансонов н матриц вырубных, пробивных и обрезных штампов сложной формы (прн высоких удельных нагрузках) целесообразно применять легированные инструментальные стали: Х12М, Х12ВМ, Х12Ф1, Х6ВФ, 7ХГ2ВМ и др.

Высокохромистые стали обладают высокой прокаливаемостью, что позволяет использовать их для рабочих частей штампов больших сечений и применять закалку с умеренным охлаждением, что уменьшает их поводку и коробление.

При вырубке с умеренными удельными нагрузками лучшая стойкость у штампов небольших габаритов (до 30-40 мм) из сталей с содержанием 12 % Сг, имеющих больше карбидной фазы. Прн вырубке с большими ударными нагрузками более высокая стойкость у крупных штампов с рабочими частями нз стали Х6Ф4М, характеризуемой пониженной шлифуемостью из-за наличия карбидов ванадия (МС). Рабочие части штампа нз стали Х6Ф4М следует шлифовать кубическим нитридом бора.

Наиболее оптимальное сочетание свойств, предъявляемых к материалам вырезных Штампов, имеет сталь 11Х4В2ФЗС2М. Ее следует рекомендовать прежде всего для изготовления рабочих частей тяжелонагруженных