1. Oprzyrządowanie dzielimy na :

1) Oprzyrządowanie maszyn uniwersalnych głównie prasy i młoty:

-przyrządy jednooperacyjne(jednozabiegowe)

-przyrządy wielozabiegowe np. jednoczesne lub wielotaktowe

Wyróżniamy:

- przyrządy cięcia(wykrojniki, okrojniki, dziurkowniki, rozcinaki, przecinaki)

-przyrządy do gięcia( wyginaki, zaginaki, owijanie )

-przyrządy do tłoczenia ( wytłaczaki, przetłaczaki )

-przyrządy do wyciskania (współ-przeciwbieżnego)

-przyrządy do kucia (swobodnego i matrycowego)

2) Oprzyrządowanie maszyn specjalizowanych(walcarki do gwintów, prasy krawędziowe, kuźniarki, nitownice, walcarki profilowe, automatyczne prasy do wyciskania). Wyróżniamy :

-narzędzia-elementy bezpośrednio stykające się z kształtowanym materiałem : stemple, matryce, wypychacze, walce do walcowania, rolki gnące, zagłowniki.

-części podajników półwyrobów (szczęki, krzywki, prowadniki

-części podajników materiału(rolki prostujące i podające, szczęki zaciskowe).

-elementy układu smarująco-chłodzącego.

3) Oprzyrządowanie maszyn specjalnych (do produkcji konkretnych wyrobów np. beczek 100l, zębatki przekładni kierowniczej).

2. Kolejności przy projektowaniu

1) Dokładne zapoznanie się z rysunkiem konstrukcyjnym wyrobu oraz warunkami technicznym:

-rodzaj materiału (aby obliczyć siłę wykrawania i luzy),

- wymiary(duże,małe),

- klasy dokładności,

- położenie zadziorów, dopuszczalnych skrzywień

- klasy chropowatości

- odchyłki położenia i kształtu

- wielkości produkcji (szt./miesiąc, szt./rok),

- maszyny(adaptowane czy nowe)

2) Analiza technologiczności wyroby

-Możliwość wykonania w danej operacji cięcia np.fi1 w blasze st. o gr.3mm

-płaskość wyrobu przy krawędziach

-odległość otworu od krawędzi

3) Zaprojektowanie układu wykrojników w pasie, taśmie lub arkuszu :

a) czy zachowane są odległości między krawędziami cięcia np. zalecenie IOP. Jeżeli nie są zachowane te wartości np. są za małe to może nastąpić pękanie mostków lub poszerzenie obrzeży taśmy albo pasa i utrudnienie podawania przez podajnik. Jeżeli za duże to strata materiału.

b)czy zaprojektowany układ wykrojników zapewnia otrzymanie pełnej liczby wykrojów (szczególnie ważne jeżeli jest wykrawanie z pasów lub arkuszu)

c) czy zapewniany jest maksymalny współczynnik wykorzystywania materiału: η=((A*n)/(L*B))*100%. W celu lepszego wykorzystania materiału stosujemy układy proste, pochyłe, naprzemienne, wielorzędowe.

4) Ustalenie rodzaju, liczby, kolejności i jednoczesności operacji. Im mniejsza liczba operacji tym większa wydajność, ale większy koszt.

5) Sporządzić schemat przyrządu będący podstawą do konstrukcji przyrządu, powinien zawierać:

-typ tłocznika np. jednoczesny, jednozabiegowy, wielotaktowy, jednorzędowy, wielorzędowy, z klinami napędowymi stempli bocznych np. w przyrządach karoseryjnych)

-sposób podawania materiału: z pasów, z taśmy, z półfabrykatów.

-sposób transportu półwyrobów w przestrzeni roboczej: ręczne, w taśmie, podajnikiem szczękowym

6) Dobór prasy lub sprawdzenia czy istniejąca prasa spełnia wymagania:

-dokładność prowadzenia suwaka

-sprężyste odkształcenie korpusu

-nacisk nominalny i dopuszczalny

-energia

-przestrzeń robocza

-możliwość odprowadzenia odpadów

- liczba skoków prasy w minucie dostosowana do podajnika

-wyposażenie prasy (poduszki, wypychacze, podajniki, odciążacze - dotyczy pras hydraulicznych)

7)BHP

8) Analiza ekonomiczna i oferta wstępna

9)Konstruowanie:

a)ustalenie kształtu i wymiarów części roboczych oraz rodzaju stali narzędziowej

• np. stemple z łbem lub bez łba (dla okrągłych i kwadratowych- z łbem, dla skomplikowanych kształtów wykonywanych na drążarce drutowej- bez łba)

• tolerancje wykonania w zależności od tolerancji wyrobu

• czoła płaskie lub zukosowane

b) Wyznaczenie położenia wypadkowej siły cięcia aby obciążyć suwak w osi symetrii

c) Narysować pozostałe części robocze:

-części ustalające położenie materiału

-części dociskające

-części do usuwania odpadów i materiału.

3. Podstawy oprzyrządowania na przykładzie przyrządu do wykrawania: 1)projektowanie części roboczych: *ustalenie wymiarów elementów tocznych; Luz lub szczelina musi zapewniać prawidłową powierzchnią, że przy jednakowym luzie, szczelina wzdłuż obwodu może być różna. Wielkości luzów są podane w stosowanych tablicach i zależą od gatunku materiału grubości. Stosujemy w praktyce najczęściej luz normalny czyli nieco mniejszy od optymalnego ze względu na pękanie. W ten sposób zwiększa się trwałość.

Luz zmniejszony (ok. 50% luzu normalnego) stosujemy do wykrojników pracujących na prasach szybkobieżnych z podajnikami. Silniejsze zaciśnięcie wyrobu lub odpadu w otworze matrycy zmniejsza prawdopodobieństwo przyklejania się go czoła stempla i tym samym zakłócenia linii produkcyjnej.

Luzy w wykrojnikach do cięcia dokładnego: a)od wartości ujemnych do 2% wartości ciętego materiału, dążymy do luzu możliwie najmniejszego lub ujemnego ze względu na wymagania prostopadłości powierzchni cięcia; b)żądane tolerancje wykonania części tnących muszą być możliwe do wykonania w narzędziowni przy uwzględnieniu kosztów wykonania. Można np. wykonać jedną część na gotowo i drugą dopasować; c)wymiary przedmiotu musza dopasować sie w żądanym polu tolerancji z uwzględnieniem odkształceń sprężystych; d)wymiar stempla i matrycy muszą uwzględniać ścieranie się powierzchni roboczych oraz odkształcenia sprężyste.

4. Projektowanie stempli.

1) Budowa stempla:

2) Projektowanie części roboczej

Konstrukcja stempli zależy od warunków prac y i schematu obciążenia.

Warunki smarowania, kontroli, maszyna, urządzenia współpracujące- na rysunku zestawieniowym jako uwagi.

Konstrukcja zależy od schematu obciążenia oraz metody wykonania ze względu na warunki pracy (rodzaj podajnika i jego pewność działania oraz systemu kontroli skoku taśmy). Rozróżniamy stemple:

• Prowadzone w pobliżu krawędzi tnącej w płycie prowadzącej lub tnącej

• Swobodne, osadzone sztywno w płycie głowicowej

3) Ukształtowanie części roboczej tnącej (czoła):

a) Łatwe ostrzenie wszystkich stempli w tłocznikach wielostemplowych na szlifierce do płaszczyzn

b) Dla stempli o średnicy Φ>40 mm (naddatek na ostrzenie) w celu zmniejszenia powierzchni szlifowania przy ostrzeniu, s_min.=3 mm, b_min.=6 mm

c,d) Kąt α zwiększa płaskość wyrobu i zmniejsza siły wykrawania, ale utrudnia ostrzenie, zalecany jest gdy krawędź tnąca jest okręgiem lub odcinkiem prostej jak na rysunku d)

e,f)do wykrawania otworów w grubej blasze aby zmniejszyć siłę cięcia ihałas

g) Ułatwia odklejanie wyciętego materiału; R nie powinno spowodować odkształceń plastycznych wyrobu.

h) Ułatwia odklejanie wyciętego materiału (dla materiałów cienkich) ; R nie powinno spowodować odkształceń plastycznych wyrobu. (powierz. kulista).

i) Dla materiałów bardzo cienkich np. foli

4) Dla materiałów grubych, rzędu 10-15 mm, obciążenie krawędzi tnącej stempla może powodować ścięcie ostrza wzdłuż powierzchni A-A jak na rysunku a). Zjawisku temu zapobiegamy przez zastosowanie ujemnych kątów natarcia:

a) Zwiększona siła cięcia w odniesieniu do czoła płaskiego, ale mniejsze niebezpieczeństwo ścięcia ostrza (krawędzi tnącej).

b) Daszkowe czoło zmniejsza siłę cięcia, stosowane, gdy g=d

c) Stosowane dla stali o grubości g>5 mm

d) Ułatwia centrowanie i stosowane dla materiałów o grubości g>10 mm

e) Dla g>10 mm i d>20 mm

5) Stemple o złożonym kształcie, ze względów technologicznych (np. obrób. cieplnej) lub wytrzymałościowych, składa się z kilku dzielonych części.

6) Ukształtowanie bocznej powierzchni części roboczej ma wpływ na zużycie ścierne tego elementu.

a) najczęstszy przypadek gdyż ostrzenie nie zmienia wymiarów średnicy

b) ujemny kąt przyłożenia ma na celu zmniejszenie niepożądanego kąta pochylenia powierzchni ścinanej, a przy wykrawaniu blach cienkich zapewnienia stałości luzu gdy matryca jest rozbieżna

c) zmniejsza tarcie i naklejanie się materiału na powierzchni bocznej ale zwiększa luz podczas ostrzenia

d) eliminuje niedogodności jak w c)

b,c,d) stosujemy dla materiałów grubych g=0,7d

UWAGA Podczas ustalania średnicy części roboczej dla dokładnych wyrobów należy uwzględnić: rozszerzalność cieplną narzędzi, odkształcenia sprężyste narzędzi oraz ciętego wyrobu, odkształcenia plastyczne i jego wymiary po prostowaniu.

7) Wytrzymałość części roboczych stępli

Gdy tnie całym obwodem wystarczą obliczenia na naprężenia ściskające

F_st*k_o < l*g*R_t + siła przepchnięcia przez matrycę wyrobu lub odpadu 0,07÷0,1 siły cięcia

Stemple o długości części roboczej 2x większej od średnicy należy sprawdzić na wyboczenie.

Dla stali średnio węglowych d nie powinna być mniejsza od grubości.

Jeżeli nie jest spełniony warunek na wyboczenie zmniejszyć np. zapas na ostrzenie.

Jeżeli jest możliwość przypadku niesymetrycznego obciążenia czoła np. w wyniku błędu podajnika wówczas należy sprawdzić czy odchylenie czoła stempla nie spowoduje uderzenia krawędzi tnącej w matrycę.

W przypadku wystąpienia niesymetrycznego obciążenia stempla należy stosować płyty prowadzące.

Gdy istnieje prawdopodobieństwo wystąpienia sił bocznych, wówczas należy uwzględnić siły gnące. Stąd dla stali gdy g=d długość części roboczej powinna być mniejsza od 3d.

Długość części roboczej: L_r=a+g+s

8) Projektowanie trzonów stempli - stemple prowadzone w płycie prowadzącej

Najkorzystniej gdy trzon ma taki sam przekrój poprzeczny jak część robocza ponieważ ułatwia wykonanie, ułatwia zdzieranie materiału ze stempla, zwłaszcza ciękich blach.

Odstępstwa wynikają ze względów wytrzymałościowych i technologicznych: np. ze względu na wyboczenie zwiększamy przekrój poprzeczny członu lub ze względu na wykonawstwo warsztatowe.

W wielu przypadkach można go wówczas wykonać z materiały uprzednio obrobionego cieplnie za pomocą drążarek drutowych. Dotyczy to kształtów skomplikowanych.

Przejścia pomiędzy częścią roboczą, a trzonem powinny być łagodne i starannie szlifowane oraz polerowane aby pozbyć się karbów.

Jeżeli stemple są smukłe stosujemy tzw. oprawy stempli. l>d -duża różnica

Przykłady konstrukcji stempli swobodnych:

9) Stemple swobodne (bez płyty prowadzącej)

Stosowanie stempli swobodnych jest tańsze, gdyż nie wymaga płyty prowadzącej z dokładnie rozmieszczonymi otworami. Wadą braku płyty prowadzącej jest nierównoważny układ sił bocznych.

Część chwytowa jest odpuszczona- aby łeb się nie urwał.

Część stemplowa z aluminium- aby zmniejszyć siłę bezwładności- do zamocowania tulejka stalowa.

Zamocowanie bez luzu- kleje.

Jeżeli stemple są nieokrągłe to musi być zabezpieczenie przez obrotem w celu ustawienia względem matrycy.

Smarowanie stępli- w płycie prowadzącej- tulejki, folie, rowki.

Prowadzenie słupowe- montaż.

Zastosowanie różnego prowadzenia:

- bezpośredni

- bezpośredni- słupowe, walcowe

- mieszany (słupowe + płyta tnąca; słupowe + płyta prowadząca; słupowe + płyta prowadząca ruchoma)

10) Projektowanie zamocowania stempli - chwytu

• Stemple mocujemy w dwojaki sposób: - osadzamy je w płycie stemplowej, - przykręcamy bezpośrednio do płyty głowicowej lub suwaka prasy.

• Chwyt stempla przenosi: - siłę danej operacji technologicznej i dlatego stopa stempla musi być prostopadła do osi stempla a nacisk jednostkowy na płytę głowicową lub przekładkę nie może przekroczyć wartości dopuszczalnej np. dla stali ok. 0,45%C, pdop<100 N/mm² - siłę konieczną do zepchnięcia materiału ze stempla; w stemplach osadzanych w płycie stemplowej siłą tę przenosi kołnierz.

• Konstrukcja kołnierzy stempli okrągłych: - kołnierz rozklepywany stosowany w produkcji jednostkowej, - stosujemy przy nie dużych siłach tnących gdy spełniony jest warunek nacisku dopuszczalnego podczas wykrawania i spychania, - osadzenie z luzem można stosować w przypadkach z zastosowaniem płyty prowadzącej, - w celu ułatwienia szlifowania stosujemy podcięcie technologiczne, - w silnie obciążonych stemplach stosujemy promienie r 1-2mm, - szerokość kołnierza b=0,5(D-d2) powinna zapewniać wymagany nacisk jednostkowy, - dla stempli swobodnych l2 powinno być większa lub równa 1,5d2 a l1 max. 1,3l2

• Wykonanie kołnierzy w stemplach o złożonym kształcie jest technologicznie trudne. Przykłady sposobów osadzania stempli: - kołnierz wykonany tylko na dwóch płaskich powierzchniach szlifowanych a pozostałe wycinane na drążarce drutowej, - chwyt jest prostokątny szlifowany a kształtowa część robocza jest frezowana lub strugana i szlifowana ściernicami profilowanymi; można też kształtować ją na drążarkach wgłębnych, - stempel mocowany jest bocznymi płytkami, - przed wysunięciem stempla zabezpieczamy kołkiem, - zalanie np. żywicą, - powierzchnie przygotowuje się w 3 lub 4 klasie chropowatości w celu lepszego połączenia.

• Osadzanie z użyciem żywicy stosujemy do wykrawania stempli mniej obciążonych. Wklejanie stempli stosujemy również jeżeli luz cięcia jest mniejszy od 0,01mm w tym przypadku stosujemy kleje i wówczas szczelina jest nie większa niż 0,1mm (zależy od charakterystyki kleju i jest podawana przez producenta)

11) Materiały na stemple:

• W produkcji jednostkowej i nieskomplikowanych wyrobach można stosować stale węglowe narzędziowe np. N9 lub bardziej ciągliwe N8E płytko hartujące.

• Bardziej obciążone stemple ze stali chromowych NC4, NC6 (62-64 HRC), a w przypadku przewidywanego zużycia ściernego stosujemy stale NC10, NC11 lub NC11LV (wymaga hartowania w temperaturze około 100˚C w piecach solnych lub z atmosferą ochronna).

• Stemple do pracy udarowej lub o dużej smukłości wykonujemy ze stali NZ3 (osiąga 54-58 HRC i jest ciągliwa)- zwiększa zużycie ścierne.

• Największą trwałość wykazują stemple ze stali szybkotnących SW7M

• W szczególnych przypadkach można stosować węgliki spiekane G20, G30, G40; najbardziej twardy i kruchy jest G20.

• Powierzchnie robocze stempli można utwardzić powierzchniowo np. poprzez azotowanie, pokrycie azotkami tytanu TiN lub pasywację.

• Duże stemple w wykrojnikach karoseryjnych wykonuje się ze stopów np. Carmo, które po obróbce skrawaniem hartuje się np. palnikiem gazowym (tylko krawędź tnącą) 58-60 HRC. Ponieważ nie jest hartowane na wskroś, to nie zmienia swoich wymiarów.

4. Podczas konstrukcji płyt jednolitych należy: *zachować minimalne odległości p między krawędziami a brzegiem płyty; *otwory rozmieszczać tak, aby nie tworzyły niebezpiecznego przekroju; w przypadku wielotaktowych zwiększyć liczbę taktów; *płyty tnące podparte na dwóch podkładkach należy sprawdzić na zginanie, δ_g=400-500 N/mm²; Płyty jednolite najlepiej wykonać metodą drążenia (elektrodrążenia) drutem, gdyż minimalizuje się w ten sposób naprężenia montażowe; w produkcji małoseryjnej stosuje się stale węglowe N9E, N10E, a w produkcji średnioseryjnej NMV, NC4, NC10, NC11 i obrabia cieplnie do twardośći 58-62HRC. W produkcji masowej stosujemy stale szybkotnące NW7N lub węgliki.

Konstrukcja płyt składanych Ze względów wytrzymałościowych stosujemy płyty składane. Nieraz potrzeba taka występuje ze względów wykonawczych, np. niedostępności pieca do hartowania o wymaganych wymiarach. Również eksploatacji możliwa jest wymiana uszkodzonych lub zużytych segmentów. Płyty składane wymagają starannej analizy sił i naprężeń w celu ich odpowiedniego zabezpieczenia przed przesunięciem. Segmenty można także osadzać w pierścieniach. Konstrukcje składane umożliwiają zastosowanie drogich i trudnych w obróbce węglików na pewne fragmenty silnie obciążone.

5. Wkładki W przypadku dużej płyty i małych otworów stosuje się wkładki przedłużające żywotność elementu (wciskane, wklejane).

Pozycjonowanie otworu w matrycy ze stemplem-stempel pokrywa się warstewką farby i wprowadza do otworu matrycy. Płytki się pozycjonują i wtedy zalewa się je klejem.

Jeżeli wkładki matrycowe (podobnie jak stemple) nie są okrągłe, to należy je zabezpieczyć przed obrotem.

6. Elementy ustalające położenie taśm lub pasów w kierunku poprzecznym:

• Kołki w płycie matrycowej- szybko się wycierają, dlatego dobrze jest je ściąć z jednej strony

• Kołki z kołnierzem

• Prowadzenie zamocowane na śrubie

• Listwa z jednej lub z dwóch stron (można poszerzyć odległość między listwami w miejscu wykrawania). Trzeba uwzględnić dokładność wykonania pasów i arkuszy blachy.

• Kołki uchylne (na sprężynie)-unoszą blachę w celu przesunięcia jej o 1skok

• Śruby- reguluje się ich odległość, stosuje również dociskanie jednej z listw sprężyną do blachy-baza.

• Zukosowane kołki na sprężynach wyprzedzające stempel

7. Elementy ustalające położenie taśmy lub pasa w kierunku wzdłużnym (ustalanie skoku):

• Podawanie ręczne (przesuwanie następuje, gdy blacha uniesiona jest przez zaciśnięcie na stemplu).

• Kołek oporowy

• Noże boczne (ścinają krawędzie boczne blachy tak, żeby zmieściła się później w szczelinie).

• Stempel prowadzony jednym bokiem w matrycy

8. Piloty

• Stosuje się piloty na sprężynach, co jest korzystne w przypadku niewłaściwego podania materiału.

• Zderzaki na sprężynach - zabezpieczają przed zbyt dalekim przesunięciem taśmy.

9. Prowadzenie stempli

• Jeżeli nie tnie całą powierzchnia to bierna część stempla może opierać się w otworze matrycy

• W płycie prowadzącej-otwór na smarowanie

• Stemple swobodne

• Tulejki prowadzące

• Słupy prowadzące

10. Płyta tnąca

11. Przyrządy do wyciskania

• W przyrządach do wyciskania najbardziej obciążonymi narzędziami są stemple i matryce. Stemple obliczamy na wyboczenie (np. przy wyciskaniu stali na zimno, swobodna długość stempla <od 3 x d a przy wyciskaniu aluminium <6 x d) oraz na naciski dopuszczalne na ściskanie (dla stali szybkotnącej SW7M naprężenia dopuszczalne na ściskanie przyjmujemy 2500 - 2800 N/mm² i wartość ta decyduje o trwałości stempla). Matryce konstruujemy jako składane tz. stosujemy pierścienie tzw. wzmacniające w które wciskane są wkładki matrycowe. Liczba tych pierścieni zależy od przewidywanego obciążenia matrycy siłami rozciągającymi. Zamiast pierścieni są również stosowane pierścienie w postaci zwojów blachy nawijanych z odpowiednim naciągiem. Matryce jednolite możemy stosować do wyciskania ołowiu lub czystego aluminium.

• Zazwyczaj średnica zewnętrzna matrycy jednolitej lub składanej nie przekracza 4,5 - 5 średnic otworu roboczego. W przypadku stosowania matryc z węglików spiekanych średnica ta może wynosić do 6 średnic otworu. Pierścień zewnętrzny ze względu na BHP powinien być obrobiony cieplnie max. do 45HRC. Jeżeli ze względów wytrzymałościowych będzie posiadał twardość większą wówczas należy zastosować dodatkowy pierścień zewnętrzny wykonany ze stali ulepszonej do około 30HRC (np. przy matrycy dz = 200mm, grubość ścianki pierścienia 8-10mm).

• Pierścień z matrycą mogą być łączone na tzw. stożek czyli wciskane na prasie lub łączone przez podgrzanie pierścienia lub ochłodzenie matrycy. Łączone (na gorąco) są w zasadzie nie rozbieralne. Zazwyczaj w celu zwiększenia trwałości matrycy pod względem wytrzymałościowym (żeby nie pękała) stosujemy podziały matryc wzdłużne i poprzeczne.

12. Matryce kuźnicze

Zazwyczaj są jako wielowykrojowe i konstrukcja ich zależy od typu maszyny: prasy, młoty, kuźniarki. Wykroje w matrycach projektujemy wg zasad przyjętych dla poszczególnych grup odkówek: wygięte, płaskie, itp. Na matryce kuźnicze stosujemy stale do pracy na gorąco WNL, WCL, WWN1. Często podczas wytwarzania matryc stosujemy miejscowe napawania (np. tzw. stopowanie laserem w celu zapobieżenia zużyciu ściernemu) Matryce kuźnicze zazwyczaj regenerujemy (np. pogłębienie wykroju lub napawanie).

---