Учебное пособие

Слесарь-инструментальщик

Изготовление рабочих частей штампов и пресс-форм

Рассмотрим некоторые особенности технологического процесса обработки рабочих деталей штампов и пресс-форм. Этот процесс включает следующие этапы: предварительную механическую обработку, образование профиля механическим и слесарным путем, термическую обработку, шлифование опорных частей и режущих частей, механическое или ручное шлифование и доводку рабочего профиля.

Самыми сложными и трудоемкими операциями при изготовлении таких деталей будут операции по созданию рабочего профиля пуансонов и матриц как до, так и после термической обработки.

До термической обработки рабочий профиль образуется на вертикальнофрезерных, координатных разметочно-сверлильных, копировально-фрезерных, профильнострогальных и некоторых других станках. Все эти операции могут выполняться по разметке или по профильным шаблонам.

Весьма удобны для изготовления пуансонов специальные строгальные станки, работающие по схеме, изображенной на фиг. 130. С их помощью получается прочная конструкция пуансона, имеющая плавный утолщенный выход к хвостовику.

Фиг. 130. Схема работы специального строгального станка.

Далее следует термическая обработка. После нее в создании профиля участвуют плоскошлифовальные, круглошлифовальные, внутришлифовальные, координатные профильношлифовальные станки. Также широко применяются и механизированные пневматические и электрические инструменты. За последнее время, особенно при изготовлении чеканочных штампов и пресс-форм, все чаще применяют электроискровые и анодномеханические станки.

Операции по окончательному образованию профиля могут быть выполнены двумя различными способами: либо грубой его обработкой до закалки с последующим шлифованием после нее, либо путем окончательной его обработки до закалки. Применение первого способа желательно, когда имеется для этого необходимое оборудование, так как на осуществление такого процесса требуется меньше трудовых затрат и он дает лучшие результаты по качеству деталей, как в отношении их формы, так и режущих свойств. Второй способ не гарантирует высокой точности и стойкости штампа. Причина этого заключается в том, что деталь деформируется при закалке и ее поверхность несколько обезуглероживается, теряя свою твердость. Поэтому второй способ может применяться, как исключение, при отсутствии оборудования для работы по первому способу.

Следует сказать, что не только отсутствие оборудования, но часто и конструкция штампа, не позволяют прибегнуть к изготовлению рабочих частей по первому способу. Особенно это характерно для производства матриц, менее технологичных, чем пуансоны. Поэтому при проектировании штампов конструкторы, учитывая преимущества первого способа, вынуждены предусматривать составные конструкции матриц и пуансонов. Фиг. 131 наглядно показывает, как подобное конструктивное решение улучшает технологичность матриц: матрица, изображенная на фиг. 131, а, может быть обработана только вторым способом, тогда как матрица, приведенная на фиг. 131, б, легко обрабатывается по первому способу.

Фиг. 131. Две конструкции матрицы: а — цельная; б — составная

Другой пример нетехнологичности конструкции матрицы пресс-формы приведен на фиг. 132, а. На фиг. 132, б и в даны более технологичные варианты конструкций. Выполнение рельефа дна матрицы при первом варианте конструкции может быть осуществлено только вручную. Два других варианта конструкции легко поддаются технологической обработке.

Фиг. 132. Конструктивные варианты матриц пресс-формы.

Существенным элементом технологического процесса изготовления рабочих частей штампов и пресс-форм является выбор технологической базы. Конструкция и технология изготовления данной оснастки имеют свои особенности, отражающиеся и на выборе базовых поверхностей для обработки и измерения. Коротко рассмотрим, в чем состоят эти особенности.

За базовые поверхности, как известно, принимают внешние или внутренние цилиндрические и торцовые поверхности у тел вращения или же три наружные взаимно-перпендикулярные плоскости у призматических тел. Так поступают при выборе баз в первых операциях. Тем не менее иногда приходится нарушать принцип постоянства баз и в последующих операциях переходить на новые, более удобные базовые поверхности. Такая необходимость появляется, например, тогда, когда принят вариант технологического' процесса получения рабочего профиля по оттиску. В этом случае базы первых операций (фиг. 133, а) заменяются новыми базами (фиг. 133, б). Перемена баз вызывается тем, что после обработки профиля по оттиску мастер-детали, рабочие поверхности могут оказаться непараллельными установочным поверхностям матрицы и пуансона. Поэтому установочные поверхности в дальнейшем должны быть согласованы с положением рабочих поверхностей, принятых в качестве баз.

Фиг. 133. Перемена технологических баз.

При отсутствии удобных естественных баз на матрице и пуансоне растачивают технологические отверстия, принимаемые в качестве базовых. Расточку ведут на координатном станке.

Как известно, профили пуансона и матрицы должны быть строго одинаковыми, ню противоположными друг другу. Это проще всего достигается взаимной пригонкой или спариванием и последующей обработкой с целью получения равномерных зазоров по всему ¦профилю. Однако это не единственный способ изготовления рабочего профиля. Их может быть, по крайней мере, два: способ взаимной пригонки и способ независимой обработки профиля по координатам.

При использовании способа взаимной пригонки, иначе способа подмежи матрицы по пуансону (фиг. 134, а), прежде всего изготовляется пуансон по окончательным его размерам, а затем ставится на режущую плоскость незакаленной матрицы. Надавив прессом на опорную поверхность пуансона, получают, таким образом, его отпечаток на матрице и, воспользовавшись им, как разметкой, обрабатывают по линиям этого отпечатка контур матрицы. При такой обработке пуансон, в дальнейшем служит в качестве калибра.

Фиг. 134. Два способа изготовления рабочих частей штампа: а — способ взаимной пригонки; б — способ независимого изготовления; 1 — пуансон; 2 — деталь; 3 — контрольная плита.

Как следует из описанного, метод взаимной пригонки требует слишком длительного цикла изготовления штампа, поскольку обработка матрицы возможна только после того, как будет окончательно изготовлен пуансон. Эта отрицательная особенность способа взаимной пригонки легко устраняется, если для подметки воспользоваться не пуансоном-деталью, а специальным эталонным пуансоном или, как часто говорят,— мастер-пуансоном. Однако изготовление особого эталонного пуансона оправдывает себя только в том случае, если готовится не одна матрица, а серия или же подобные матрицы будут изготовляться и в дальнейшем. При единичном изготовлении матриц применяют способ взаимной пригонки по пуансону-детали.

Способ независимой обработки профиля пуансонов и матриц (фиг. 134, б) позволяет резко сократить произвол* ственный цикл, обеспечить взаимозаменяемость рабочих частей штампа, но требует больших затрат труда и применения более квалифицированного труда.

Этот способ состоит в том, что изготовление пуансона и матрицы производится в строгом соответствии с их чертежными размерами, которые отличаются для данной пары рабочих частей только величиной зазора и расположением допуска па их изготовление. Как следует из фигуры, приемы, применяемые в данном случае, подобны тем же приемам, которыми пользуются при изготовлении приспособлений к металлорежущим станкам. Способ независимой обработки позволяет вести обработку обеих рабочих частей штампа параллельно.

При опиливании закрытых окон вырубных матриц, осуществляемых в варианте независимой пригонки элементов профиля, также используются специальные приспособления, называемые наметками и выполняющие роль универсальных копиров.

Рассмотрим один из примеров применения наметки (фиг. 135). Для эффективного использования копирную поверхность наметки необходимо расположить так, чтобы в момент касания напильника о копирную плоскость наметки заданный размер получался автоматически.

Фиг. 135. Установка матрицы в наметке.

Для подобной установки матриц на необходимый размер по отношению к плоскости наметки используются либо специально образованные технологические отверстия, либо отверстия, имеющеся в матрице, либо, наконец, уже окончательно обработанные плоскости, параллельные плоскости копирной планки наметки. В отверстия, принятые за базы, вставляются два валика 1. Подбираются блоки концевых мер 2, на которые устанавливается матрица 4: Затем матрица вместе с наметкой 3 закрепляется в губки слесарных тисков, а блоки концевых мер и валики удаляются. Опиливая нижнюю плоскость окна 5 до касания напильник о копирные плоскости наметки, получим ее точное расположение по отношению к базовым отверстиям.

Следует сделать несколько замечаний относительно техники производства отпечатка пуансона на поверхности матрицы при выборе варианта взаимной пригонки. Нанесение точного и отчетливого отпечатка представляет известные трудности. Предложенный ленинградским слесарем-инструменталыциком А. Н. Платоновым способ получения точного отпечатка пуансона на поверхности матрицы в значительной мере устраняет эти трудности и сокращает время на выполнение данной операции. По способу А. Н. Платонова в матрице обрабатываются самые простые участки ее профиля, в дальнейшем используемые в качестве направляющих поверхностей для пуансона, производящего оттиск- Такими направляющими поверхностями могут быть либо цилиндрические, либо плоские поверхности. Затем у пуансона с торцовой стороны сошлифовывается слой металла толщиной 1—1,5 мм (фиг. 136). Слой металла удаляется в тех местах, где остались необработанные участки профиля матрицы. Таким образом, на пуансоне образуются направляющие участки обеспечивающие точное его направление в матрице в момент нанесения оттиска на ее поверхность.

Фиг. 136. Выполнение оттиска по способу А. Н. Платонова.

Кроме описанных способов — взаимной пригонки и независимой обработки профиля, — известен еще способ чистовой обработки профиля пуансонов и матриц, называемый способом копирования по шаблону. Этот способ широко применяется в Чехословацкой Народной Республике и описан в книге шлифовщика-новатора Франтишека Гамра «Шлифование фасонных деталей».

Шлифование способом копирования по шаблону особенно эффективно при обработке внутренних замкнутых .профилей, спаренных с соответствующими наружными профилями. Очевидно, что решение подобных производственных задач чаще всего может потребоваться в производстве штампов и пресс-форм. Шлифование способом копирования не представляет особых трудностей. Для этого переоборудуется плоскошлифовальный станок, со шпинделем которого связывается быстроходный внутришлифовальный шпиндель, установленный в вертикальном положении.

Внутренние замкнутые профили обрабатываются путем копирования по шаблону, представляющему собой оттиск сопрягаемой детали. Шлифование осуществляется следующим образом.

Соосно со шлифовальным кругом (фиг. 137) на шлифовальном столике, соединенном со столом плоскошлифовального станка, устанавливается сменный ролик, играющий в процессе шлифования роль копирного пальца. Поскольку диаметр абразивного круга и диаметр сменного ролика одинаковы, абразивный круг точно перенесет профиль пластмассового шаблона на изделие. Однако за один проход шлифовального круга вдоль линии профиля нельзя снять весь припуск, оставленный для шлифования матрицы. Поэтому процесс шлифования надо начинать с использования ролика несколько большего диаметра и постепенно уменьшать его диаметр, осуществляя, таким образом, движение подачи на глубину путем подвода изделия к шлифовальному кругу вручную.

Фиг. 137. Схема шлифования копированием.

Наличие сменных роликов, как видно из схемы, приведенной на фиг. 138, создает возможность при одном и том же шаблоне производить постепенный съем металла плавными ручными перемещениями изделия вдоль профиля шаблона (постепенная подача на глубину), компенсировать износ диаметра шлифовального круга, осуществлять шлифование профиля изделия с припуском на его доводку и, наконец, производить шлифование матрицы с предусмотреиным равномерным зазором между ней и пуансоном, послужившим первоисточником для получения профиля шаблона.

Фиг. 138. Схема шлифования копированием с измененными размерами: а — с припуском; б — с зазором; 1 — пуансон; 2 — матрица; 3 — копирный шаблон; 4 — ролик.

Профили крупных и тяжелых матриц шлифуются на станке, оснащенном крестовым суппортом на роликовом ходу. Обработка ведется по схеме, показанной на фиг. 139. Данный опособ шлифования внутренних поверхностей матриц нашел широкое применение благодаря простоте получения профиля шаблона, применяемого для копирования. Он настолько орост, что оказывается выгодным даже при штучном производстве штампов.

Фиг. 139. Схема шлифования тяжелых матриц: 1 — крестовый суппорт; 2 — матрица; 3 — сменный ролик; 4 — шаблон.

Копировальные шаблоны выполняются путем оттиска сопряженной детали штампа в массе, состоящей из порошкообразных искусственных смол. Такой оттиск осуществляется на гидравлическом прессе с электрообогревом. В чем же состоит технологический процесс прессования копировальных шаблонов? Сопрягаемое изделие или контршаблон помещается в центр деревянной рамки, установленной на нагретую прессовальную плиту, и засыпается пресспорошком с учетом припуска на его усадку. Затем ведется прессование гидравлическим прессом и верхней прессовальной плитой при температуре 150—160°. Давление прессования должно достигать 250—300 кг/см². Некоторые копировальные шаблоны могут быть выполнены отливкой из легкоплавких сплавов

По сравнению со шлифованием профилированным кругом шлифование копированием по шаблону более универсально и производительно и заслуживает широкого распространения в производстве штампов и пресс-форм. Однако распространение данного метода ограничено невозможностью получения профилей, имеющих Острые углы. Несмотря на это, все же выгодно при наличии острых углов профиля вести шлифование копированием, а оставшиеся необработанные места дошлифовывать вручную.

Для обработки внутренних замкнутых контуров в отечественной промышленности широко применяется метод координатного шлифования. Процесс шлифования внутренних контуров может осуществляться либо на координатношлифовальных станках описанной выше конструкции, либо на универсальнозаточных станках с применением специального приспособления (известна конструкция подобного приспособления, предложенная новатором В. Ф. Голиковым), либо, наконец, на плоскошлифовальных станках с применением специального приспособления для шлифования внутренних контуров.