8. Вырезка резиной и полиуретаном

Обычные методы штамповки, широко применяемые в крупносерийном и массовом производстве, недостаточно эффективны и нерациональны в условиях мелкосерийного и быстропереналаживаемого производства, так как для изготовления конструктивно сложных и дорогостоящих штампов требуется длительное время, а произведенные затраты не окупаются.

Необходимость быстрого освоения новых видов изделий требует применения в указанных условиях новых технологических процессов с использованием дешевой универсальной или частично универсальной оснастки. К таким процессам относятся безматричные способы вырезки и пробивки: вырезка резиной и полиуретаном; вырезка пластичными металлами; безматричная пробивка. При этом значительно упрощается конструкция инструмента и удешевляется его изготовление, так как при применении двух первых способов требуется лишь одни вырезной шаблон, а в последнем способе — только пробивные пуансоны. Отпадает необходимость изготовления и пригонки вырезных матриц, роль которых выполняет резина или полиуретан.

Вырезка резиной применяется главным образом в мелкосерийном производстве при изготовлении сравнительно крупных деталей из тонких материалов (толщиной до 2 мм). В крупносерийном и массовом производстве применяется вырезка резиной небольших деталей из весьма тонкого материала (фольга толщиной 0,01—0,005 мм).

Рис.42. Схема вырезки резиной.

На рис.42,а-б изображена последовательность штамповки — вырезки резиной на плунжерных гидравлических прессах давлением 85—120 кгс/см2. На подштамповой плите установлен вырезной шаблон, представляющий собой стальную пластину толщиной 6 – 10 мм, наружный контур которой соответствует контуру вырезаемой детали. Толстая резиновая пластина, являющаяся своеобразной матрицей, заключена в коробку (контейнер), прикрепленную к ползуну пресса и удерживающую резину от выдавливания в стороны. При опускании ползуна пресса резина отгибает свисающие края заготовки и прижимает их к подштамповой плите. При дальнейшем сжатии резина давит на отогнутые края заготовки и обрезает (обрывает) их по наружной кромке шаблона. Этим способом производятся различные операции (рис.43): вырезка по наружному контуру, пробивка отверстий, совмещенная вырезка и пробивка и комбинированные операции формовки и обрезки.

Рис.43. Схемы различных операций вырезки резиной;
а - вырезка; б - пробивка; в - вырезка и пробивка; г - пробивка и формовка.

Вырезка обычно производится на специальных гидравлических плунжерных прессах, причем, как правило, применяется групповая резка нескольких деталей из одного листа. С этой целью на подштамповую плиту устанавливают несколько вырезных шаблонов для деталей различных конфигураций. Так как шаблоны должны быть установлены с большими промежутками и припусками (25—30 мм), вырезка резиной неэкономична по расходу материала.

Детали, вырезанные резиной на плунжерных гидравлических прессах, обычно получаются с нечистыми рваными краями, поэтому применяется последующая зачистка кромок деталей, сложенных пачками, на специальных фрезерных станках. Из-за плохого качества среза и большой величины обрезаемых припусков вырезка резиной на гидравлических прессах с давлением 85—120 кгс/см2 в последнее время вытесняется вырезкой на гидростатических прессах, создающих наибольшее давление до 400—700 кгс/см2.

При высоком давлении резины одновременно вырезается как наружный контур, так и все отверстия, сделанные в вырезном шаблоне. Наименьшие размеры вырезаемых круглых отверстий зависят от прочности материала и давления резины.

Благодаря высокому давлению резины (> 300 кгс/см2) качество среза значительно улучшено и не уступает качеству среза, полученному при вырезке в штампах.

Иногда вырезка и штамповка мелких деталей производится на кривошипных или фрикционных прессах. В этом случае более удобно резину располагать в нижней части штампа, а вырезной шаблон прикреплять к пуансону. Требуемое усилие при вырезке резиной определяется исходя из поверхности резины и ее давления. Длина контура вырезки или наличие внутренних отверстий в ней в данном случае существенного значения не имеют, так как усилие сжатия резины значительно превышает усилие вырезки, которым можно пренебречь.

Затраты большей части энергии на сжатие резины являются недостатком данного процесса.

Требуемое усилие определяется по формуле:

Наименьшее давление, необходимое для вырезки деталей из отожженного дуралюмина толщиной от 0,6 до 1,2 мм, обычно находится в пределах от 70 до 130 кгс/см2.

Рис.44. Зависимость давления от сжатия резины

Зависимость давления от степени сжатия (деформации) резины приведена на рис.44. Толщина резинового слоя должна быть не менее пяти толщин шаблона. Из диаграммы, приведенной на рис.44, видны все преимущества применения замкнутой резины, так как одно и то же давление достигается уже при небольшой деформации. Это имеет большое значение для увеличения срока службы резины, так как наилучшие условия и наибольший срок службы резины имеют место при степени деформации 20—25%; предельная степень сжатия свободной резины составляет 40—45%.

В процессе штамповки происходят износ и разрущение поверхностного слоя резины, который периодически срезается на глубину 15—25 мм.

Вырезка листовых деталей полиуретаном явилась дальнейшим способом вырезки эластичной средой. Полиуретан — синтетический материал, обладающий высокой эластичностью, прочностью, износостойкостью и маслостойкостью. Прочностные характеристики полиуретана значительно выше, чем у резины: сопротивление разрыву до 350 кгс/см3 (у резины — до 170 кгс/см3), удлинение при растяжении от 250 до 700%, твердость по Шору, шкала А 65—98. Более подробные сведения о полиуретане приведены в третьем разделе.

Высокая прочность полиуретана позволила применить его для вырезки деталей толщиной от 0,05 до 2 мм при давлении до 7000 кгс/см2. Этого давления вполне достаточно для качественной вырезки тонколистовых деталей и пробивки отверстий диаметром до 1 мм. Вырезанные полиуретаном детали не имеют заусенцев и не требуют последующей доработки контура.

Рис.45. полиуретаном: а — примеры деталей; б — вырезной шаблон

На рис.45,а показаны некоторые тонколистовые детали с отверстиями и прорезями, полученные за один удар штампа.

Полиуретановый блок, заключенный в обойму (контейнер), является универсальной матрицей. Роль пуансона выполняет листовой вырезной шаблон (копир), имеющий форму детали со всеми отверстиями.

На рис.45,б показан разрез такого шаблона. Коническое уширение делается лишь при вырубке относительно толстого материала (1,0-2 мм) для облегчения удаления шаблона из заготовки.

Вырезной шаблон изготовляют из стали марок У7, У8, Х12М, ХВТ с термической обработкой до HRC 60—65 и последующей шлифовкой до 7-8-го класса шероховатости.

Режущие кромки должны быть острыми. Толщина вырезного шаблона зависит от толщины штампуемого материала и в среднем для углеродистых и легированных сталей берется равной:

Давление, необходимое для вырезки детали, зависит от механических свойств и толщины штампуемого металла, а также от толщины вырезного шаблона. Для прямолинейного участка давление вырезки [56] q = Sσ_В/h.

Если вырезаемая деталь имеет отверстия или пазы (рис.45), то давление вырезки определяется из условия пробивки минимального отверстия или паза q = 3Sσ_В/d_min.

Рис.46. Давление полиуретана в зависимости от диаметра отверстий для материалов: 1 — АМцАМ, S =0,72 мм; 2 — Д16АМ, S=0,77 мм; 3 — Д16АТ, S=0,9; 4 — Х18Н9Т, S=0,5 мм

Рис.47. Типы штампов для вырубки полиуретаном

На рис.46 приведены экспериментальные и расчетные давления в зависимости от диаметра пробиваемого отверстия для различных материалов.

В табл.14 приведены минимальные диаметры отверстий, пробиваемые полиуретаном в нержавеющей стали Х18Н9Т разных толщин.

На рис.47 приведены схемы штампов для вырубки полиуретаном: для вырубки из штучных заготовок (рис.47,а) и для вырубки из полос (рис.47,б).

В ряде случаев применяется обратное расположение контейнера с полиуретаном по сравнению с показанным на рис.47,а. Усилие пресса определяется по расчетному давлению и поверхности полиуретанового блока: