Советы экспертов по принципам выбора зазоров в заготовительных штампах

1. Определения

Площадь поперечного сечения пуансона в заготовительном штампе обычно меньше, чем размер отверстия штампа. Между пуансоном и матрицей имеется определенное пространство, называемое зазором. Это можно увидеть на рисунке ниже.

2. Влияние зазора на качество режущей части

В результате анализа процесса деформации заготовки было установлено, что при разумном зазоре микротрещины, образующиеся на кромке пуансона и матрицы, совпадают друг с другом. Это приводит к появлению большой светлой полосы на участке заготовки, небольшому углу разрушения и заусенцам, умеренной конусности участка и относительно плоской поверхности детали.

В результате можно добиться удовлетворительного качества заготовок, как показано на рисунке ниже.

При заготовке, если зазор слишком мал, на участке заготовки появятся две четкие светлые полосы, а заусенец на верхнем конце будет значительным. В основном это связано с наличием верхней микротрещины, расположенной на краю пуансона, которая возникает из-за недостаточного зазора при заготовке.

Чтобы предотвратить это, рекомендуется расположить нижнюю микротрещину на краю штампа на некотором расстоянии от места появления верхней микротрещины (см. рис. 2.3-2). Таким образом, верхняя и нижняя трещины не будут располагаться тяжелее одной линии.

По мере уменьшения пуансона материал, находящийся между двумя трещинами, подвергается второму сдвигу, что приводит к образованию второй светлой полосы и дальнейшему удлинению заусенца, что приводит к ухудшению качества сечения.

С другой стороны, если зазор при заготовке слишком велик, верхняя микротрещина возникнет на краю пуансона, а положение нижней микротрещины на краю штампа будет смещено внутрь на определенное расстояние, так что верхняя и нижняя трещины не будут тяжелее одной линии.

Материал, находящийся между двумя трещинами, будет сильно растягиваться по мере уменьшения пуансона, в конечном итоге разрываясь и ломаясь. Это приведет к образованию большой зоны разрушения на участке заготовки, в результате чего светлая зона уменьшится, а заусенец и конусность увеличатся. Угол развала увеличится, что еще больше ухудшит качество сечения (см. рис. 2.3-4).

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что даже если при проектировании штампа выбрана соответствующая величина зазора, она не может обеспечить равномерное распределение зазор между штампами из-за проблем с обработкой или сборкой. В результате вряд ли удастся добиться идеального качества профиля и стороны с небольшим зазором.

Как уже отмечалось ранее, если зазор слишком мал, секция будет иметь характерный малый зазор, а если зазор слишком велик, секция будет иметь характерный большой зазор, что особенно ярко проявляется в штампах без направляющих стоек.

Поэтому важно обращать на это внимание во время производства.

3. Влияние расчистки на другие аспекты

(1) Влияние зазора в заготовке на точность размеров заготовки

Как уже говорилось ранее, во время заготовки в металлических деталях происходят как упругие, так и пластические деформации. Это означает, что упругая деформация должна происходить во время пластической деформации.

Вследствие упругой деформации материала во время заготовки, будет происходить восстановление этой упругой деформации после процесс зачистки завершается. Такое восстановление приведет к некоторому отклонению между фактическим размером заготовки и размером кромки пуансона и матрицы (см. рис. 2.3-5).

Вертикальная ось на рисунке представляет собой упругое восстановление заготовленной детали, а горизонтальная ось - относительный зазор заготовленной детали.

В процессе заготовки, по мере увеличения зазора, кривая изменения размеров заготовленной детали показывает, что деформация растяжения деформированного металла также увеличивается из-за увеличения растягивающего напряжения на деформированном участке.

После заготовки сжатый металл восстанавливается упруго, что приводит к уменьшению размера заготовленной детали. Этот отскок увеличивается с увеличением зазора при заготовке.

При постепенном уменьшении зазора размер заготовки также уменьшается. Когда зазор уменьшается до определенного предела (точка B на рис. 2.3-5), деформационные свойства заготовки также изменяются. Помимо сдвига, в материале происходит экструзионная деформация, в результате которой зона деформации переходит из состояния растяжения в состояние сжатия.

После заготовки сжатый металл восстановит свою упругость, в результате чего размер пуансона будет больше размера кромки матрицы.

При штамповке применяются те же процессы деформации и принцип упругого восстановления, но измеряемые объекты отличаются. В результате вывод противоположен выводу о том, что размер штампованных деталей увеличивается с увеличением зазора при штамповке.

Когда величина зазора меньше определенного значения (точка A на рис. 2.3-5), размер пробиваемой детали уменьшается, то есть размер пробиваемого отверстия меньше размера пуансона.

Важно отметить, что размерная точность заготовок в первую очередь зависит от конструкции и точности обработки штампа для заготовок. Приведенный выше анализ был выполнен при определенной точности изготовления штампа, и влияние зазора на точность гораздо меньше по сравнению с самим штампом.

(2) Влияние зазора в заготовке на силу заготовки

Чем меньше зазор, тем выше компонент сжимающего напряжения в зоне деформации материала, что приводит к увеличению сопротивления деформации материала и увеличению усилия, необходимого для заготовки. И наоборот, чем больше зазор, тем выше компонент растягивающего напряжения в зоне деформации материала, что снижает сопротивление деформации материала и усилие, необходимое для заготовки.

Однако практический опыт показывает, что при постепенном увеличении зазора (с одной стороны) в диапазоне от 5% до 2% толщины материала не происходит значительного снижения усилия заготовки.

(3) Влияние зазора в заглушке на силу разгрузки и силу выталкивания

Чем меньше зазор, тем больше упругое восстановление материала в зоне деформации, что приводит к уменьшению размера пробиваемой детали и увеличению размера заготовки. В результате увеличивается усилие разгрузки и усилие выталкивания.

С увеличением зазора, вследствие уменьшения упругого восстановления материала, размер пробиваемой детали увеличивается, а размер заготовки уменьшается, что облегчает выгрузку материала из пуансона или выталкивание деталей из отверстия матрицы.

Обычно, когда зазор (с одной стороны) увеличивается до 10% - 20% от толщины материала, сила разгрузки близка к нулю.

(4) Влияние зазора в заготовке на срок службы штампа

Практический опыт показывает, что среди множества факторов, влияющих на срок службы штампа, зазор в заготовке является наиболее важным.

В процессе заготовки возникает сильное трение между пуансоном и пробиваемым отверстием, а также между штампом и заготовкой. Чем меньше зазор, тем сильнее трение, что крайне негативно сказывается на сроке службы штампа.

Однако больший зазор уменьшает трение между кромкой пуансона и матрицей и материалом и может смягчить негативные последствия неравномерного зазора, вызванного ошибками при изготовлении и установке матрицы, тем самым увеличивая срок ее службы.

4. Определение величины зазора

Термин "разумный зазор" означает зазор, который обеспечивает удовлетворительное качество сечения заготовки, высокую точность размеров, минимизирует усилие заготовки (усилие разгрузки и усилие толкания) и обеспечивает длительный срок службы штампа при использовании его для заготовки.

Однако невозможно одновременно удовлетворить все эти требования, используя одно значение зазора. Поэтому при производстве необходимо всесторонне учитывать влияние различных факторов и выбирать соответствующий диапазон зазоров в качестве разумного зазора, исходя из конкретных требований к деталям.

Верхняя граница этого диапазона представляет собой максимальный разумный разрыв, а нижняя - минимальный разумный разрыв. Другими словами, разумный разрыв относится к диапазону значений.

При проектировании штампа рекомендуется выбирать зазор, исходя из конкретных требований к деталям и производству, следуя следующим принципам.

(1) Если нет особых требований к качеству поперечного сечения детали со встречным резом, можно выбрать большую величину зазора, чтобы увеличить срок службы штампа и уменьшить усилие заготовки для получения большей экономической выгоды.

(2) При высоких требованиях к качеству поперечного сечения деталей со встречным резом следует выбирать меньшее значение зазора.

(3) При расчете размера режущей кромки заготовительного штампа следует учитывать, что в процессе эксплуатации штамп будет изнашиваться, что приведет к увеличению зазора между режущими кромками. Размер режущей кромки следует рассчитывать исходя из минимального значения зазора.

На практике в штамповой промышленности накоплено большое количество эмпирических значений для штампованных деталей различной толщины из различных штамповочных материалов, поэтому теоретический метод расчета зазора используется только в качестве справочного.