Поскольку при проектировании вытяжной штамповки необходимо учитывать множество факторов, таких как коэффициент вытяжки, достижение предела прочности материала, определение силы пружины, направление вытяжки (вверх или вниз), часто невозможно получить изделие за один раз, и требуется многократное изготовление опытных образцов для достижения желаемого результата, а иногда даже возможен брак штампа, поэтому накопление опыта на практике очень помогает в проектировании вытяжных штампов.

Кроме того, размер заготовки играет немаловажную роль в производстве и изготовлении опытных образцов всего штампа. Поэтому в большинстве случаев при проектировании нестандартных вытяжных деталей на этапе проектирования штампа обычно оставляется запасной ход.

I. Материал для вытяжки

Если требования заказчика к материалу не очень строгие, а многократное изготовление опытных образцов не соответствует требованиям, можно попробовать использовать другой материал с хорошими характеристиками вытяжки. Хороший материал — это половина успеха, и это ни в коем случае нельзя игнорировать при вытяжке. Для вытяжки используются холоднокатаные тонколистовые стали марок 08Al, 08, 08F, 10, 15, 20, при этом наиболее часто используется сталь марки 08, которая делится на кипящую и спокойную сталь. Кипящая сталь дешевле, имеет хорошее качество поверхности, но более подвержена ликвации и склонна к «возрастному упрочнению», поэтому она не подходит для деталей с высокими требованиями к штамповочным свойствам и строгими требованиями к внешнему виду. Спокойная сталь лучше, ее свойства более однородны, но она дороже, представителем является алюминиевая спокойная сталь 08Al. За рубежом использовалась японская сталь для глубокой вытяжки SPCC-SD, которая превосходит по своим характеристикам вытяжки сталь 08Al.

II. Шероховатость поверхности штампа

При глубокой вытяжке недостаточная шлифовка двух поверхностей пуансона и бортового кольца, особенно при вытяжке из нержавеющей стали и алюминиевой стали, может привести к появлению царапин на вытяжке, а в тяжелых случаях — к разрыву вытяжки.

III. Определение размеров заготовки

Наш принцип: много — складки, мало — трещины. Проектирование позиционирования заготовки должно быть правильным. Диаметр заготовки для вытяжных деталей простой формы вращения при вытяжке без утонения, хотя толщина материала меняется, но в основном очень близка к исходной толщине, и его можно рассчитать по принципу равенства площади заготовки и площади вытяжной детали (если есть обрезка, необходимо добавить припуск на обрезку). Однако форма и процесс вытяжки часто бывают сложными, иногда требуется вытяжка с утонением, хотя сейчас существует много трехмерного программного обеспечения для расчета развертки, но его точность не может достигать 100% требований.

Решение: испытание материала.

Одно изделие проходит через множество операций, первой операцией обычно является операция вырубки. Сначала необходимо выполнить расчет развертки, чтобы получить общее представление о форме и размерах заготовки, чтобы определить общие размеры вырубного штампа. После проектирования штампа не следует обрабатывать размеры пуансона и матрицы вырубного штампа. Сначала вырежьте заготовку с помощью электроэрозионной резки (если заготовка большая, можно сначала фрезеровать на фрезерном станке, а затем подправить), после многократных экспериментов с последующими операциями вытяжки окончательно определяются размеры заготовки, а затем обрабатываются пуансон и матрица вырубного штампа.

Опыт 1

Обратный порядок операций: сначала испытание вытяжного штампа, затем обработка размеров режущей кромки заготовки, что значительно повышает эффективность.

IV. Коэффициент вытяжки m

Коэффициент вытяжки является одним из основных технологических параметров в расчетах процесса вытяжки, обычно он используется для определения последовательности и количества операций вытяжки.

На коэффициент вытяжки m влияет множество факторов, включая свойства материала, относительную толщину материала, способ вытяжки (с бортовым кольцом или без него), количество операций вытяжки, скорость вытяжки, радиус закругления пуансона и матрицы, смазку и т. д.

Расчет и выбор коэффициента вытяжки m подробно описаны в различных справочниках по штамповке, существует множество методов, таких как расчет, поиск в таблицах и т. д., все очень подробно, я выбираю по книгам, ничего нового нет, смотрите книги.

Опыт 2

Относительную толщину материала, способ вытяжки (с бортовым кольцом или без него), количество операций вытяжки трудно регулировать при доводке штампа, поэтому следует быть осторожным. Лучше всего проверить коэффициент вытяжки m с коллегой.

V. Выбор смазочного масла

Выбор смазочного масла очень важен. Способ определения пригодности смазочного масла заключается в том, что если температура изделия после извлечения из штампа настолько высока, что его нельзя коснуться рукой, необходимо пересмотреть выбор смазочного масла и способ смазки, нанести смазочное масло на матрицу или надеть на тонкий лист полиэтиленовый пакет.

Опыт 3

При возникновении разрыва при вытяжке нанесите смазочное масло на матрицу (не на пуансон), а на поверхность детали, соприкасающуюся с матрицей, наложите полиэтиленовую пленку толщиной 0,013–0,018 мм.

VI. Термическая обработка заготовок

Хотя это не рекомендуется, но все же следует сказать, что в процессе вытяжки заготовка из-за пластической деформации подвергается наклепу, что снижает ее пластичность, увеличивает сопротивление деформации и твердость, а также из-за нерациональной конструкции штампа может потребоваться промежуточный отжиг для размягчения металла и восстановления пластичности.

Примечание: в обычных технологических процессах промежуточный отжиг не является обязательным, ведь он увеличивает стоимость, необходимо выбирать между добавлением операций и добавлением отжига, используйте с осторожностью!

Отжиг обычно проводят при низкотемпературном отжиге, то есть рекристаллизационном отжиге. При отжиге следует учитывать два момента: обезуглероживание и окисление. Здесь мы в основном поговорим об окислении. После окисления на заготовке образуется окалины, что имеет два недостатка: уменьшение эффективной толщины заготовки и увеличение износа штампа.

Если у компании нет соответствующих условий, обычно используется обычный отжиг, чтобы уменьшить образование окалины, при отжиге следует максимально заполнить печь, я также использовал народный метод:

1. При небольшом количестве заготовок их можно загружать вместе с другими заготовками (условие: параметры термической обработки должны быть примерно одинаковыми).

2. Загрузите заготовки в сварные железные ящики, а затем в печь. Для удаления окалины после отжига необходимо провести травление в зависимости от ситуации.

Если у компании есть соответствующие условия, можно использовать отжиг в азотной печи, то есть светлый отжиг. На первый взгляд, цвет практически не отличается от цвета до отжига.

Опыт 4

Для металлов с высокой степенью наклепа или при возникновении разрыва при изготовлении опытных образцов и отсутствии других способов добавьте операцию промежуточного отжига.

VII. Дополнительные замечания

1. Размеры на чертеже изделия должны быть указаны по возможности с одной стороны, чтобы было ясно, гарантируются ли внешние размеры или размеры полости, нельзя одновременно указывать размеры внешней и внутренней формы. Если на предоставленных другими лицами чертежах есть подобные проблемы, необходимо связаться с ними, если возможно, унифицировать, если нет, то необходимо знать, как данное изделие сопрягается с другими деталями.

2. Для заключительной операции, если размер заготовки больше, чем размер матрицы, то в качестве основы используется матрица, а зазор достигается за счет уменьшения размера пуансона; если размер заготовки меньше, чем размер матрицы, то в качестве основы используется пуансон, а зазор достигается за счет увеличения размера матрицы;

3. При проектировании радиус скругления пуансона и матрицы следует выбирать как можно меньше допустимого значения, что упростит последующую доработку пресс-формы.

4. При определении причины разрыва заготовки можно руководствоваться следующим: трещины, возникшие из-за низкого качества материала, чаще всего имеют зубчатую или неправильную форму, а трещины, возникшие из-за технологических процессов или пресс-формы, обычно более ровные.

5. «Много — складки, мало — разрыв», руководствуясь этим принципом, регулируйте состояние потока материала. Методы включают регулировку давления прижимной рамки, добавление вытяжных ребер, корректировку радиуса скругления пуансона и матрицы, обработку технологических отверстий на заготовке и т.д.

6. Для обеспечения износостойкости и предотвращения царапин при растяжении пуансон, матрица и прижимная рамка должны быть закалены, также можно нанести хромирование или использовать обработку TD поверхности. При необходимости пуансон и матрица могут быть изготовлены из твердого сплава.

Конструкция кронштейна задней подвески автомобиля. Для специалистов по пресс-формам. Ознакомьтесь с новейшими знаниями в области пресс-форм.

1. Анализ процесса штамповки

Сейчас все больше и больше людей изучают проектирование пресс-форм, многие спрашивают меня о наличии материалов, какую первую книгу лучше прочитать. В соответствии с вашими потребностями я классифицировал некоторые материалы по проектированию пресс-форм, надеюсь, вы добьетесь больших успехов в отрасли пресс-форм.

На рисунке 1 показана усилительная пластина кронштейна задней подвески автомобиля, серийное производство. Материал: SAPH440, толщина t=2 мм. SAPH440 — это конструкционная сталь для автомобилей с содержанием углерода около 0,20%, предел текучести составляет 305-395 МПа, предел прочности при растяжении — 390-470 МПа, относительное удлинение ≥30%, обладает хорошими формовочными свойствами, в основном используется для конструкционных элементов автомобилей с высокими требованиями к прочности, таких как рама и колеса. Внешние размеры детали, показанной на рисунке 1, составляют 107,5 мм × 149 мм × 33 мм, предъявляются высокие требования к качеству и точности поверхности, форма довольно сложная, отверстие ϕ7+0,1 мм имеет требования к сборке, класс точности — IT9.

В соответствии с особенностями формы детали пресс-форма спроектирована с конструкцией 1 форма — 2 детали (см. рис. 2). Формование кронштейна задней подвески должно быть выполнено с помощью таких операций, как вырубка, пробивка, формование и разделение. Поскольку толщина детали составляет 2 мм, а форма поверхности представляет собой сложную криволинейную поверхность, целесообразно использовать метод производства, сочетающий в себе одноходовые и комбинированные пресс-формы.

2. Расчет размеров заготовки

Обычно используемые методы расчета заготовок для листовых деталей включают эмпирический метод, метод нейтрального слоя и метод соединения. Эти методы в основном подходят для деталей определенной формы, но поверхность детали кронштейна задней подвески имеет сложную форму, она не является стандартной деталью для гибки или вытяжки, деформируемая часть включает в себя гибку и вытяжку, поэтому традиционные методы расчета заготовок с трудом могут рассчитать точные размеры заготовки. С помощью метода конечно-элементного анализа в программном обеспечении UG были рассчитаны размеры заготовки, как показано на рисунке 3.

3. Конструкция пресс-формы

1. Опорный блок 2. Ограничительный штифт 3. Верхняя плита 4. Верхняя подкладная пластина 5. Ограничительный винт 6. Рукоятка 7. Выталкиватель (верхняя плита) 8. Возвратная пружина 9. Вставка матрицы 10. Втулка 11. Направляющий штифт 12. Нижняя плита 13. Плита выталкивателя 14. Нижняя подкладная пластина 15. Вставка пуансона 16. Ограничительный винт 17. Возвратная пружина 18. Подвеска

Вырубной штамп для заготовки использует перевернутый штамп с направляющими штифтами скольжения, жесткую плиту выталкивателя и направляющую раму из чугуна, конструкция показана на рисунке 4. Рабочий процесс пресс-формы: заготовка предварительно позиционируется с помощью упора и точно позиционируется с помощью позиционирующего штифта, обеспечивая точность подачи. В матрице спроектирован выталкиватель детали. После вырубки верхней и нижней матриц деталь выталкивается выталкивателем, а отходы вырубки выталкиваются плитой выталкивателя из нижней матрицы.

1. Опорный блок 2. Ограничительный штифт 3. Направляющий штифт 4. Верхняя плита 5. Вставка матрицы 6. Рукоятка 7. Позиционирующий штифт 8. Втулка 9. Нижняя плита 10. Подвеска 11. Пружина прямоугольной формы 12. Плита выталкивателя 13. Нижняя подкладная пластина 14. Вставка пуансона 15. Позиционирующий штифт 16. Ограничительный винт 17. Позиционирующий штифт

На рисунке 5 показана конструкция формовочного штампа для кронштейна. В соответствии с особенностями формования детали, для снижения производственных затрат пуансон и матрица выполнены в виде вставок. Матрица находится в верхней матрице, пуансон и выталкиватель — в нижней матрице. Перед формованием заготовка помещается на выталкиватель. Во время работы матрица опускается, а выталкиватель под действием силы толкателя станка прижимает заготовку. После формования выталкиватель выталкивает деталь вверх. Для позиционирования формовочного штампа используется самодельный позиционирующий штифт для точного позиционирования. На выталкивателе нижней плиты установлены 3 позиционирующих штифта, а на матрице верхней матрицы обработаны 3 технологических отверстия для позиционирующих штифтов. В качестве устройства выталкивания пресс-формы используется пружинное выталкивание. Поскольку после формования деталь будет обхватывать пуансон, 8 пружин SWM40-100 прямоугольной формы воздействуют на плиту выталкивателя, выталкивая деталь, обхватывающую вставку пуансона. Основание пружины непосредственно контактирует с нижней рабочей поверхностью через крышку пружины.

1. Опорный блок 2. Направляющий штифт 3. Верхняя плита 4. Плита выталкивателя 5. Пробивной пуансон 6. Рукоятка 7. Вырубной пуансон 8. Втулка пуансона плечевой формы 9. Втулка 10. Нижняя плита 11. Подвеска 12. Задняя опора 13. Вставка пробивной матрицы 14. Направляющий блок 15. Пуансон и матрица 16. Винт 17. Ограничительный винт 18. Пружина прямоугольной формы 19. Направляющий штифт

Поскольку деталь использует конструкцию пресс-формы 1 форма — 2 детали, после формования необходимо выполнить вырубку для разделения. На рисунке 6 показана конструкция комбинированного штампа для пробивки и разделения деталей. Этот штамп в основном состоит из верхней плиты, плиты выталкивателя, пробивного пуансона, вырубного пуансона, матрицы и нижней плиты. Поскольку требования к точности пробивки высоки, пробивной пуансон устанавливается на втулке пуансона плечевой формы и вместе с втулкой пуансона плечевой формы крепится к верхней плите с помощью винтов.

Для обеспечения точности пробивки в пробивной матрице спроектирована вставка. Вставка матрицы и матрица установлены с помощью переходной посадки H7/n6 на матрице, конструкция показана на рисунке 7. Разделительная матрица состоит из 2 вставок матрицы. Для обеспечения точности положения при вырубке слева и справа на нижней плите установлены по одной задней опоре.

На рисунке 8 показана конструкция разделительного пуансона и вставки матрицы. При вырубке верхняя плита приводит в движение пуансон и плиту прижима, прижимая заготовку. Верхняя плита и пуансон продолжают опускаться, пробивая и разделяя заготовку. Отходы вырубки напрямую сбрасываются с поверхности станка, а деталь выталкивается плитой выталкивателя.

Был проведен анализ процесса штамповки усилительной пластины задней подвески автомобиля, разработан рациональный технологический процесс, определено содержание работ для трех операций. На основе традиционного проектного опыта и с использованием программного обеспечения для автоматизированного проектирования UG были спроектированы три комплекта штампов для вырубки, формовки и пробивки отверстий усилительной пластины задней подвески автомобиля. Результаты испытаний штампов и серийного производства показали, что конструкция штампов рациональна, работа стабильна, качество деталей стабильно и надежно, что отвечает требованиям к точности деталей и крупносерийному производству.