CC BY
88
6. Демин В.А. Проектирование процессов толстолистовой штамповки на основе прогнозирования технологических отказов. М: Машиностроение, 2002. 186 с.
Демин Виктор Алексеевич, д-р техн. наук, проф., va deminahk.ru, Россия, Москва, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
STUDY OF THE CONNECTION BETWEEN THE LIMITING DRA WING COEFFICIENT AND THE GROUP STAMPED STEEL FOR COLD FORMING
V.A. Demin
The relationship between the group stamped of steel for cold forming, determined hy testing the Eriksen sheet material, and the limiting drawing coefficient is considered. Using the AutoForm^plus R5.1 software. Modeling drawing of the cap and molding was carried out.
Key words: drawing, forming, testing of sheet metal.
Demin Viktor Alekseevich, doctor of technical sciences, professor, va deminahk. ru, Russia, Moscow, Bauman State Technical University of Moscow
УДК 621.96
КОНСТРУКТОРСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ПОПАДАНИЯ ОТХОДОВ НА РАБОЧИЕ ПОВЕРХНОСТИ ШТАМПА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ
А.Н. Малышев, С.А. Бысов
В статье выполнен обзор наиболее распространенных конструкторских решений по предотвращению попадания отходов на рабочие поверхности штампа при выполнении разделительных операций холодной листовой штамповки. Представлены унифицированные конструкции матриц, пуансонов и универсального узла типа «базука» с описанием основных их характеристик и направлений их эффективного применения.
Ключевые слова: штамповка, выскакивание отходов.
В связи с интенсивным развитием автомобильной промышленности в мире, а так же в связи счастыми изменениямивнутреннего и внешнего дизайна автомобилей, вызванными постоянно меняющимися потребностями рынка,а так же высокими требованиями к безопасности и надежности автомобиля, штамповочное производство становится все более гибким и наукоемким, используя передовые достижения науки и техники, новейшее прессовое оборудование и материалы, новые схемы и технологии штамповки, средства и системы автоматизации, роботов, включая прогрессивные логистические решения.
В автомобильной промышленности наиболее предпочтительны автоматизированные штамповочные линии [1], состоящие, как правило, из кривошипных или гидравлических прессов простого и совмещенного действия, и включают в себя автоматизированные столы для загрузки заготовок и роботов, выполняющих транспортную функцию межоперационного перемещения заготовок и полуфабрикатов от пресса к прессу, включая удаление отходов и готовых деталей.
Зачастую, из-за повышенной сложности дизайна технологической оснастки, ее конструктивных особенностей и особенностей непосредственно технологических процессов штамповки, не предоставляется воз-можнымобеспечить полный контроль удаления отходов при выполнении разделительных операций. Невозможность стопроцентногоотслеживания зон удаления отходов является следствием их недостаточной досягаемости для визуального контроля оператором прессового оборудования.Такую функцию контроля могут выполнять детекторы [2], предназначенныедля отслеживания корректного удаления отходов, и, служащие для подачи сигнала штамповочному оборудованию для его остановки [3], в случае застревания отходов в матрице или канале отвода отходов штампа,чтобы избежать поломки деталей технологической оснастки. Но, как правило, такие детекторы могут быть установлены не везде. Отходы штамповочных разде-лительныхопераций могут не только застревать в матрице и каналах блока штампа, но и выскакивать на рабочие поверхности штампа, вызывая появление дефектов на штампуемых деталях и повышая риск поломки деталей штампа.
Периодические, даже непродолжительные, потери времени на незапланированные остановки прессового оборудования для удаления застрявших или выскочивших на рабочие поверхности штампа отходов приводят к значительному снижению общей эффективности использования оборудования, которую в автомобильной промышленности принято оценивать показателем ОЕЕ [4].
Основными причинами застревания отходов разделительных операций пробивки и вырубки и их появления на рабочих поверхностях штампа может быть намагничивание рабочих частей штампа, как в процессе эксплуатации, так и в процессе их изготовления;износ рабочих кромок пуансона и матрицы; вакуум между поверхностью пуансона и поверхностью материала в момент удара и как следствие «присасывание» отхода к пуансону; адгезия между материалом пуансона и материалом детали; высокая скорость штамповки; большая высота рабочей части матрицы и, как следствие, застревание в ней большого количества отходов; неправильный выбор и скопление отработанного смазочного материала; относительно тонкий материал или материал значительной толщины; свойства материа-ла;геометрическая форма отходов или изделий и т.д. [5].
269
Согласно рекомендациям [6] достаточно эффективным способом предотвращения застревания отходов и выбрасывания их из матрицы на рабочую поверхность деталей штампов вследствие намагничивания матриц и пуансонов является применение размагничивания деталейштампов.
При опасности прилипания штампуемых деталей и (или) отходов к рабочим частям штампа следует применять отлипатели, выталкиватели и т.д. [7]. На данный момент сравнительно широкое распространение получил способ введения в конструкцию пробивных,вырубных и отрезных пуансонов дополнительных газовых [8] и пружинных [9, 10] эжекторов, в отечественной технической литературе называемых «отлипателями» [11, 12]. Современный инструментальный рынокфактически переполнен стандартизованными и унифицированнымикомплектующими для штамповой оснастки, поставляемыми такими компаниями как DYTON, FIBRO, SANKYO, FODESCO и т.д.
Одним из самых простых способов, не требующих специальных технических решений и изменений дизайна штампа, является увеличение глубины захода пуансона в матрицу, тем самым уменьшается количество отходов в рабочем окне матрицы и появляется возможность поштучного удаления отходов с каждым ударом. Однако в данном случае существует вероятность увеличения износа рабочих частей штампа и создания эффекта ваккумирования в рабочем окне матрицы при холостом ходе пресса и как следствие выбрасывание отхода на рабочие части.
В технической литературепо листовой штамповкеесть справочные и руководящие материалы по технологии и штампам для листовой штамповки. В справочнике [13] приведены схемы рационального рассечения отходов, их выталкивания и съема деталей посредством деталей конструкции самого штампа (съемников, подъемников, подпружиненных шпилек и т.д.) и сопутствующих устройств и механизмов, а так же приводятся алгоритмы силового расчёта для их реализации.Имеются рекомендации [14], где приведены типы скоса рабочих кромок пуансонов и матриц, а так же,в справочнике [15] приведена информация, что при реализации в определённых случаях скос рекомендуется делать на пуансоне, что бы деталь оставалась плоской, а вырубленный отход деформировался. Известны конструкторские рекомендации [16] относительно конструирования ножей штампов для резки отходов и выталкивающих устройств, приведены принципиальные схемы установки отлипателей.В источнике [17] имеются рекомендации для проектирования провальных отверстий в матрицах и плитах вырубных и пробивных штампов; съемников, снимающих отход путем его разрубания, в том числе описано удаление отходов путем их разрубки посредством «пуансон-зубила»; приведены типовые конструкции подвижных выталкивателей ударного и плавного действия. В технической литературе [18] приведены сведения относительно рациональной геометрии режущих частей матриц и пуансонов, рекомендации по конструированию рабочего
окна матриц с вертикальными стенками по всей высоте, с местным пояском и с уклонами в различных вариантах, а так же приведены формулы для расчета усилия резания в зависимости от формы инструмента. Справочник [19] содержит наиболее распространенные формы режущих частей пуансонов, а так же схемы съема материала с пуансонов.
Современное многономенклатурное листоштамповочное производство, как правило, требует от изготовителей технологической оснастки и поставщиков штампованных деталей минимальных сроков проектирования, изготовления и запуска производства. Зачастую, отсутствие достаточного времени на тщательную проработку конструктиваштампов и на должное проведение пуско-наладочных работ не позволяет воспользоваться уже имеющимися отработанными конструкторскими решениями относительно внедрения технических приемов, которые предотвращают попадание отходов на рабочие поверхности штампов при разделительных операциях, непосредственно в конструктив штампов. Поэтому, наиболее распространенными и легко осуществимыми являются технические мероприятия, касающиеся конструкции деталей, непосредственно участвующих в реализации разделительных операций, а, именно, матриц и пуансонов. В основном эти мероприятия реализуются посредством применения определенного ряда пуансонов (рис. 1) и матриц (рис. 2), имеющих как оригинальную форму, так и встроенные вспомогательные элементы.
Конструкция пуансона на рис. 1, а [5, 20] предполагает наличие заглушки, пружины и толкателя, посредством которого отход механически отделяется от поверхности торца пуансона. Отличительной особенностью пуансонов на рис. 1, б и в является наличие упругого элемента для отталкивания отхода или детали от поверхности торца пуансона. Конструкция (рис. 1, б) предусматривает возможность установки вставки из упругого материала (например, полиуретана), а конструкция (рис. 1, в) позволяет использовать упругий стержень с возможностью регулировкиего положе-ния.Такие конструкции эффективно применять при штамповке сравнительно мягких листовых материалов, таких как цветные металлы и их сплавы [5]. Пуансоны (рис. 1, г, д) [5] имеют центральное сквозное отверстие, которое в случае рис. 1, г служит для прохождения сжатого воздуха для разделения поверхности отхода и торца пуансона; а в случае рис. 1, д предотвращает вакуумирование между отходом и пуансоном и, как следствие, препятствует «прилипанию» отхода.Центральная часть пуансона на рис. 1, е имеет сферический выступ, который гарантирует отсутствие ва-куумирования между отходом и пуансоном, и, преднамеренно деформируя отход, позволяет избежать «выскакивание» отхода при обратном ходе пуансона. Особенностью конструкции пуансонов рис. 1, ж, з, и [20] является разделение контура штамповочной разделительной операции с целью преднамеренного деформирования отхода (изменения его формы) за один ход пуансона во избежание попадания отходов на «зеркало» штампа. На-
клонная поверхность рабочего торца пуансона (рис. 1, к) позволяет снизить нагрузку на пуансон [14, 16], и, изменив последовательность механизма разделительной операции, снижает вероятность «прилипания» отхода к торцу пуансона [5].
Рис. 1. Виды конструктивных исполнений пуансонов
272
Прилипание отхода к торцу пуансона так же может быть предотвращено за счет выполнения на рабочем торце пуансона дополнительных углублений, показанных на рис. 1, л [21].
Безусловно, все описанные выше решения распространяются, в том числе и на быстросъемные пуансоны, а так же на отрезные ножи и другие поверхности, участвующие в реализации разделительных операций.
Помимо вышеописанныхрешений для пуансонов имеется ряд технических мероприятий для матриц (рис. 2), которые реализованы в их конструкции.
На рис. 2, а изображена конструкция матрицы [14, 16], которая имеет обратный конус для облегчения проталкивания отходов через рабочий канал и ограничения количества отходов одновременно находящихся в нем, а также для предотвращения «втягивания» отхода при обратном ходе пуансона.Конструкция матрицы на рис. 2, б содержит радиальные каналы на периферии, через которые подается сжатый воздух, который в свою очередь, создавая в области рабочего торца матрицы разряжение, вовлекает отходы в поток и удаляет их непосредственно из рабочей зоны. Матрицы на рис. 2, в, г содержат конструктивные элементы, которые предназначены для создания «микрозаусенцев», которые препятствуют прохождению отходов через матрицу при обратном ходе пуансона [5].
Рис. 2. Виды конструктивных исполнений матриц
На рис. 2, д представлена конструкция матрицы, в которой проекции профилей рабочей кромки матрицы и отверстия «под отход» не соос-ны и пересекаются. В этом случае изменяется механизм проталкивания отхода через матрицу в зоне разрыва замкнутого контура вертикальной внутренней поверхности матрицы, а также, изменение претерпеваеткинематика
273
падения отхода посредствомсоударения края отходаобвыступающуюгори-зонтальную «полку» матрицы. Эти конструктивные элементы рассматриваемой матрицы так же предусматривают предотвращение «выскакивания» отходов на рабочую поверхность.Так же необходимо рассмотреть конструкцию так называемой двояко «колоколообразной» матрицы, показанной на рис. 2, е [5]. Способность конструкции такой матрицы предотвращать попадание отходов на «зеркало» штампа определяется тем, что при прохождении зоны сопряжения двух конических поверхностей отход защемляется круговой поверхностью матрицы и проталкивается вниз при очередном ходе пуансона.Следует отметить сложность наладки штампа (его закрытой высоты и хода) при использовании конструкций матриц, указанных на рис. 2, г, д, а также ограниченную универсальность их использования для различных штампуемых материалов и их толщин.
В рамках настоящей статьи, как одно из универсальных и сравнительно легко осуществимых на практике решений, следует рассмотреть устройство (узел) удаления отходов [22] с применением сжатого воздуха, изображенное на рис. 3. Такое устройство в технической литературе носит название «вакуумный рукав» или «базука». Принцип действия основан на принудительной подаче сжатого воздуха в зону, граничащую в рабочей поверхностью матрицы,что способствуетсозданию зоны разряжения, что в свою очередь влечет собой перемещение отходовв область пониженного давления и вовлечение их в общий поток сжатого воздуха уже на выходе из устройства. Такие устройства обладают универсальностью их применения, а также сравнительно просты в их установке и эксплуатации.
сжаты и воздух
Рис. 3. Устройство типа «базука» для удаления отходов
274
Современное листоштамповочное производство предъявляет определенные требования к технологии реализации разделительных операций с точки зрения своевременного и «гарантированного» удаления отходов из рабочей зоны, что особенно актуально при скоростной штамповке.Несмотря на высокий современный уровень развития и изученности технологии и процессов листоштамповочного производства, не всегда удается следовать указанным требованиям при проектировании новой штам-повой оснастки. Указанные в рамках настоящей статьи мероприятия могут быть внедрены в конструкцию штамповой оснастки, как на этапе ее проектирования, пуско-наладочных работ, так и при серийной ее эксплуатации, так как являются легко реализуемыми, обладают относительной универсальностью и простотой их эксплуатации. Как правило, многие технические решения реализуются в различном сочетании и комбинациях при проектировании новых и модификации существующих штампов на основе личного опыта и справочной технической литературы .Поэтому конструкторам и технологам в штамповочном производстве необходимо владеть современными универсальными решениями и подходами по предотвращению попадания отходов на рабочую поверхность штампов, что позволит повысить эффективность листоштамповочного производства.
Список литературы
1. Ланской Е.Н. Тенденции развития кузнечно-прессового оборудования // Вестник МГТУ «Станкин». М.: МГТУ «Станкин», 2008. №1. С.27-33.
2. Bird D. Where Sensors Make Sense.Error Proofing Your Stamping Process // STAMPING Journal, 2008.
3. Bachman K. Sensors clear the way for high-speed stamping. Safely navigating the press autobahn // STAMPING Journal, 2008.
4. Hansen, Robert C. Overall Equipment Effectiveness: Powerful production// Maintenance tool for increased profits. Industrial Press, 2001.
5. Tittel1 V., Bernadic L. A Review of Methods and Precautions against Slug Pulling // Int. J. Pure Appl. Sci. Technol, 2012. 12(1). P. 7-15,
6. ГОСТ 22472-87. Государственный стандарт СОЮЗА ССР. Штампы для листовой штамповки. Общие технические условия.(изм. редакция) М.: Издательство стандартов, 1993.
7. РДМУ 80-76. Методические указания по проектированию штампов листовой штамповки для разделительных операций. М.: Издательство стандартов, 1977.
8. FIBRO Catalog Standard Parts [Электронный ресурс] // FIBRO. de. URL: https://shop.fibro.de/xdesk neu/ximages/265/2479 032 english.pdf (дата обращения: 21.11.2017).
9. DAYTON Press Die Components Catalog [Электронный ресурс] // DAYTON. URL: http://www.dayton.co.ip/catalog2013ap/catalog2013ap.pdf (дата обращения: 21.11.2017).
10. FIBRO Catalog Standard Parts [Электронный ресурс] // FIBRO. de. URL: http://www.fibro.de/en/standard-parts/product-groups.html (дата обращения: 21.11.2017).
11. ГОСТ 24532-80. Государственный стандарт СОЮЗА ССР. От-липатели. Конструкции и размеры. М.: Издательство стандартов, 1985.
12. ГОСТ 15830-84. Государственный стандарт СОЮЗА ССР. Обработка металлов давлением. Штампы. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1984.
13. Справочник по листовой штамповке: учебное пособие. Демин В.А., Львович К.Д., Маркин П.В., Семенов В.И., Феофанова А.Е.; под ред. Демина В.А. и Семенова Е.И. М.: МГИУ, 2011. 177 с.
14. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. 6-е изд., Ленинград, Машиностроение, 1979.
15. Григорьев Л.Л., Иванов К.М., Юргенсон Э.Е. Холодная штамповка: справочник; под ред. Л.Л. Григорьева. СПб.: Политехника, 2011. 665 с.
16. Справочник конструктора штампов: Листовая штамповка; под общ. ред. Л.И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988. 496 с.
17. Мещерин В.Т. Листовая штамповка. Атлас схем: учебное пособие для ВУЗов. Изд. 3-е и доп. М.: Машиностроение, 1975. 227с.
18. Скворцов Г. Д. Основы конструирования штампов для холодной листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1972. 360 с.
19. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка // под общ.ред. С.С. Яковлева; ред. товет: Е.И. Семенов (пред.) идр. 2-оеизд., перераб. идоп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
20. Tittel 1 V., Bernadic L. Comparison of methods controlling slug pulling by using an indirect method in automotive industry // International Journal of Mechanical Engineering, 2012. V. 2. I. 10.
21. Hedrick A. DieScience: Slug pulling-Causes and solutions // STAMPING Journal, 2015.
22. Vacuum Removal Solutions for Loose Slugs [Электронный ресурс] // Air-Vac. URL: http: //www.airvacpumps. com/bazooka.html (дата обращения: 21.11.2017).
Малышев Александр Николаевич, канд. техн. наук, доц., lm-kf.mgtuainhox.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет),
Бысов Сергей Александрович, канд. техн. наук, доц., lm-kf.mgtuainhox.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет)
DESIGN SOLUTION TO AVOID SLUG PULLING ON OPERATING SURFACES OF DIE IN SHEARING OPERATIONS OF COLD SHEET METAL STAMPING
A.N. Malyshev, S.A. Bysov
The article contains an overview of the most common design solutions to avoid slug pulling on operating surfaces of dieinshearing operations of cold sheet metal stamping. Unified constructions of matrices, punches and a universal unit the "bazooka" type are described with a definition of their main characteristics and frames of their effective application.
Key words: stamping, slug pulling.
Malyshev Alexander Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, 1m-kfmgtu@,inbox. ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Bysov Sergey Alexandrovich, candidate of technical sciences, docent, 1m-kf.mgtu@,inbox.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch
УДК 621.646
ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНЫЙ ИЗГИБ ВИНТОВ ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
Н.Е. Проскуряков, И.В. Лопа
Анализируются результаты моделирования продольно-поперечного изгиба винтов запорной арматуры.Предложена модель учетавлияния поперечной нагрузки при моделировании потери продольной устойчивости винтов приводов затворов трубопроводов. Показано, что не учет поперечной силы существенно искажает результаты.
Ключевые слова: запорная арматура, моделирование, продольно-поперечный изгиб, продольная устойчивость, винт.
Винтовая пара винт - гайка в механизмах управления затворами применяется повсеместно, что объясняется значительными преимуществами этого механизма по сравнению с другими, а именно: простотой конструкции, компактностью и малыми габаритами, свойством самоторможения, благодаря которому давление среды не может произвольно изменять заранее установленного положения затвора.
При расчете винтов запорной арматуры существует проблема продольно - поперечного изгиба винта вследствиепотери продольной устойчивости из-за больших осевых усилий сжатия P и наличия поперечного возмущения в виде поперечной силы F из-за поддерживающего влияния сальника [1]. Кроме того, поперечный изгиб может возникнуть и из-за погрешностей изготовления и монтажа винта. Подобные проблемы возникают и при расчетах винтовых рабочих механизмов винтовых прессов [2].
277
