Разновидности и особенности конструкций формообразующего инструмента

 

В процессах прессования и штамповки основными формообразующими инструментами, определяющими форму и размеры поверхности профилей и поковок, являются матрицы и специализированный инструмент (штампы, пуансоны, вставки и т.д.).

Многообразие факторов, характеризующих условия деформирования, и требований, которым должен удовлетворять формообразующий прессовый и штамповый инструменты, обусловило создание большого количества их конструкций.

Факторы, характеризующие условия деформирования:


• форма изделия и матрицы (количество каналов или позиций);

•  допустимые отклонения размеров изделия;

•  температура деформирования;

• прочностные и пластические свойства деформируемого материала;

• контактные условия (применяемая смазка; наличие оксидов, окалины);

• длительность процесса деформирования и извлечения из матрицы изделия или прессового остатка;

•  темп изготовления изделий;

•  степень и скорость деформации, коэффициент вытяжки;

•  усилия (давления), действующие на инструмент.

Основные требования, предъявляемые к матрицам:

•  максимальная стойкость в условиях эксплуатации;

•  обеспечение качества (шероховатость поверхности и точность геометрических размеров) изделий (профилей или поковок);

*   устранение или сведение к минимуму доводочных операций сформованных изделий (механическая обработка профилей или поковок, правка профилей). Кроме того, имеются и дополнительные требования; минимальное усилие и максимальная скорость деформирования; минимум отходов и затрат на изготовление. Особо следует, отметить, что целенаправленное исследование технологий управления структурообразованием в процессах прессования и штамповки приведет к еще одному весьма существенному требованию — получению заданных свойств (прочностных, пластических, электромагнитных и др.) изготавливаемых изделий.

Наиболее полное удовлетворение требований, предъявляемых к инструменту, и точный учет факторов, характеризующих условия деформирования, в настоящее время возможны лишь при производстве прутков и поковок с круговым поперечным сечением из легкодеформируемых металлов и сплавов. При усложнении формы сечения профиля и использовании труднодеформируемых металлов и сплавов приходится создавать новые конструкции инструмента. Однако вносимые изменения могут отрицательно влиять на выполнение других требований и характеристик условий деформирования. Поэтому при выборе конструкции инструмента и материалов для его изготовления используют не общие рекомендации, а стремятся, в первую очередь, к выполнению тех требований, которые в данных конкретных условиях деформирования приводят к наибольшему технико-экономическому эффекту.

Прессовые матрицы. В зависимости от формы продольного профиля канала различают следующие типы прессовых матриц: плоские, плоскоконические, плоскорадиальные, конические, радиальные,/с двойным конусом (рис. 2.1).

Используется и разработан целый ряд конструкций инструмента с иной формой продольного профиля канала, например сигмовидной, с винтовыми  и сужающимися канавками, винтовыми и ступенчатыми поверхностями.

Все прессовые матрицы имеют калибрующую часть, которая определяет размеры и форму изготавливаемых профилей, ивыходную часть цилиндрической либо конической формы (рис. 2.1, а), которая устраняет возможность образования заусенцев деформированного профиля кромкой канала и предохраняет инструмент от разрушения. Большинство матриц имеет заходную часть, которая и определяет ее тип (рис. 2.1, б-е).

В качестве примеров, подтверждающих необходимость использования различных типов такого формообразующего инструмента, рассмотрим конструкции и назначение матриц, представленных на рис. 2.1.

Разновидности и особенности конструкций формообразующего инструмента

Рис. 2.1. Типы матриц для прессования: а — плоская; б — плоскоконическая; в — плоско радиальная; г — коническая; д — радиальная; е — с двойным конусом; 1,2,3 — соответственно калибрующая, выходная и заходная части матриц

 

Самой простой по форме конструкцией, требующей минимальных затрат на изготовление, является плоская матрица (рис. 2.1, а). Такие матрицы предохраняют поверхностные слои прессуемых профилей от попадания в них инородных включений (например, окалины) и способствуют увеличению усилия прессования за счет увеличения неравномерности деформации. Поэтому плоские матрицы часто применяют при прессовании профилей из пластичных материалов, например алюминия и его сплавов.

Для улучшения качества изделий при прессовании часто используют плоскоконические, плоскорадиальные (рис. 2.1, б, в) и радиальные (рис. 2.1, д) матрицы.

Конические матрицы (рис. 2.1, г) позволяют значительно уменьшить усилие прессования. Величина этого усилия зависит от величины угла а между образующей поверхность канала матрицы и ее осью (рис. 2.1, е). При прессовании круглых прутков оптимальным является угол в пределах 45.. .65°. С увеличением угла а усилие прессования повышается за счет возрастания сдвиговых деформаций. Для уменьшения этих деформаций и вероятности попадания в изделие дефектных или остывших сдоев заготовки применяют матрицы с двойным конусом. При углах меньше 45° повышается усилие прессования из-за увеличения контактной поверхности профилирующего канала.

Для минимизации усилия прессования и обеспечения наименьшей неравномерности пластического течения металла рекомендуется использовать вогнутые, сигмовидные, а также матрицы с другими формами образующих заходной части.

При производстве фасонных профилей из сталей и трудно деформируемых сплавов (для выравнивания скорости деформирования и механических свойств по сечению изделий) участки образующих заходной части матриц выполняют с разными длинами калибрующих поясков и углами наклона. Следует отметить, что при этом повышается стойкость инструмента.

По числу каналов различают одноканальные и многоканальные матрицы. Многоканальный инструмент целесообразно использовать в тех случаях, когда это обеспечивает заметное увеличение производительности и способствует уменьшению неравномерности деформации.

Для изготовления профилей с одним или несколькими внутренними отверстиями различной формы применяют комбинированные, или язычковые, матрицы, в которых объединены в одно целое матрица (для формообразования внешнего контура профиля) и оправка (для оформления контура отверстия).

По конструктивному исполнению формообразующий инструмент может быть цельным (см. рис. 2.1, 2.2, а) и составным (рис. 2.2, б-г).

Для производства фасонных профилей, не имеющих тонких полок, удлиненных отростков и других участков, оформление которых связано с большими локальными обжатиями, предпочтительно применять цельные матрицы, обладающие большой жесткостью и прочностью и изготавливаемые, как правило, с минимальными затратами.

 

Конструкции матриц для формообразования изделий

Рис. 2.2. Конструкции матриц для формообразования изделий: а — цельная с наплавкой гравюры; б — сборная; в, г — баядажированные; I — корпус; 2 — нал давленный слой; 3 — твердосплавная вставка; 4 — за- ходная часть; 5 — обойма; 6 — матрица; 7 — бандажи

 

Производство профилей с неравномерным обжатием отдельных участков приводит к неодинаковому износу различных частей инструмента. В этих случаях изготавливают составные матрицы, что позволяет заменять рабочие элементы, вышедшие из строя, выполнять их из менее изнашиваемых материалов, а также подвергать участки гравюры инструмента дополнительному упрочнению наплавкой или термодиффузией, Часто изготовление составного инструмента для производства тонкостенных профилей является менее трудоемким, чем изготовление цельного инструмента. Составной инструмент применяют при прессовании профилей переменного и периодического сечения.

Для увеличения стойкости инструмента используют специальные матрицы с наплавленными на их заходную и калибрующую части высокопрочными материалами, с покрытием элементов гравюры диоксидом циркония и с твердосплавными, например металлокерамическими, вставками.

Отметим, что при изготовлении формообразующего инструмента с наплавками возникает проблема, связанная с его термообработкой из-за различных свойств структур материалов основы и плакирующего слоя. Для решения этой проблемы предложен способ изготовления инструмента, включающий получение металлической заготовки с упрочняющим покрытием и последующую ее доработку электроэрозионным способом. Этот способ предполагает термообработку основы до эксплуатационной твердости инструмента и последующее нанесение многослойного защитного высокопрочного покрытия, После осаждения каждого слоя покрытия рекомендуется его расплавить. Плавление первого слоя проводится только на его глубину, затем этот слой снова нагревают до снижения твердости рабочей поверхности основы. На последний слой упрочняющего покрытия наносят дополнительный слой низкоуглеродистой стали, проплавляют его и удаляют. Благодаря термообработке основы уменьшаются остаточные напряжения и повышается однородность механических свойств заготовки по толщине. Из такой заготовки получают более качественный фасонный формообразующий инструмент.

Сборные мащрицы (рис. 2.2, б) обычно состоят из корпуса (втулки) 1, твердосплавной вставки 3, заходной части 4 и обоймы 5 [45]. Вставки в корпус инструмента устанавливают с натягом, чаще всего по горячепрессовой посадке. Натяг должен обеспечивать создание во вставке остаточных сжимающих напряжений. Такие матрицы используют главным образом для горячего прессования фасонных профилей из стали и труднодеформируемых сплавов.

Вандажированные матрицы (см. рис. 2.2, в) за счет полной или частичной компенсации растягивающих напряжений от рабочего давления предварительно созданными сжимающими напряжениями способны выдерживать без разрушения большие нагрузки, чем небандажированный инструмент. Такой инструмент широко используют в процессах обработки металлов давлением, например, при холодном деформировании сталей.

 

В случаях, когда в бандажах можно создавать радиальные сжимающие напряжения, превышающие эксплуатационные растягивающие, целесообразно рабочую вставку, или матрицу, размещать в них без натяга, поскольку при этом не надо учитывать влияние бандажирования на размеры формующей части инструмента.

Штампованный инструмент. При получении большого ряда номенклатуры штампуемых изделий в качестве специализируемого используют инструмент, поперечные сечения внешнего контура которого выполнены в виде окружностей (простая форма), а часть внутренних поверхностей соответствует форме внешней поверхности поковок или ее фрагментам. Этот инструмент, по аналогии с прессовым формообразующим инструментом, называют полуматрицами (частями матрицы) или матрицами (см. рис. 1.2, а). Эти названия используют и для штамповото инструмента с отличной от простой формы внешней боковой поверхностью (см. рис. 1.2, б). По конструкционному исполнению штамповые матрицы (как и прессовые) бывают цельными или составными.

Отметим, что для получения боковой поверхности изделий в прессовой и штамповой оснастке рассмотренный формообразующий инструмент может выполняться подвижным относительно друг друга, составным и не только вдоль оси передачи рабочих нагрузок пресса.

Для проведения экспериментов используют рабочие, т.е. предназначенные для эксплуатации в том или ином технологическом процессе, матрицы, в которых выполняют дополнительные полости для размещения датчиков, например месдозы и термопары, или специально разработанные матрицы.

На рис. 2.3 представлена схема конструкции матрицы для проведения сравнительных исследований износостойкости материалов, в том числе и материала рабочих элементов штампа. В такой конструкции матрицы вставки 3 и 3* выполнены геометрически идентичными друг другу, но из разных материалов — известного и испытываемого, и расположены в рабочей зоне корпуса 2 симметрично относительно центра. При пластическом формообразовании изделия на выступы воздействуют одинаковые нагрузки, что обеспечивает высокую достоверность результатов испытаний. Выполнение в поперечном сечении мест сопряжения выступов вставок и канала корпуса в виде острых углов (а < ж/2) позволяет свести к минимуму износ рабочих поверхностей в зоне их сопряжения, что обеспечивает многократность применения корпуса. Использование матрицы такой конструкции сокращает число испытаний и продолжительность указанных исследований.

 

Конструкция матрицы для определения износостойкости  материалов

Рис. 2.3. Конструкция матрицы для определения износостойкости

материалов:

1 — бандаж; 2 ~~ корпус; 3, 3′ — вставки; а —- угол, образованный сопряженными образующими поверхностей выступов вставок и канала корпуса

Комментариев нет »

Комментариев нет.

RSS-лента комментариев к данной записи. TrackBack URI

Оставить комментарий