Размещено на сайте 30.04.2008.

При изготовлении разделительных штампов требуется добиться, чтобы между пуансоном и матрицей был равномерный зазор по периметру. Очень часто эти две детали пригоняют вручную, алмазными надфилями, что чрезвычайно трудоемко и выполнять эту операцию могут только очень высококвалифицированные работники.

Существует электроэрозионная технология, избавляющая от ручного труда.

Вместо обычного пуансона изготавливается удлиненный пуансон (Рис. 1, а). Этот пуансон используется как электрод для изготовления полости в матрице (Рис. 1, б).

При электроэрозионной обработке между электродами (в нашем случае между пуансоном и матрицей) возбуждаются электрические разряды и в результате воздействия разрядов из электродов удаляются частички металла. При правильном подборе параметров электрических импульсов, подаваемых на электроды, разряды разрушают (а, значит, и обрабатывают) в большей степени матрицу. При этом часть пуансона, участвующая в обработке, также частично эродируется.

Величина зазора между пуансоном и матрицей определяется уровнем напряжения между электродами¹. Параметры разрядов подбирают таким образом, чтобы между пуансоном и матрицей получался требуемый зазор.

После обработки эродированная часть пуансона отрезается (Рис. 1, в). Штамп собирается (Рис. 1, г). Зазор между матрицей и пуансоном по периметру  получается равномерным и точным.

А в чем, собственно, проблема?

Проблема заключается в том, что вследствие особенностей износа пуансона и матрицы во время электроэрозионной обработки полость в матрице получается слегка конической (Рис. 2).

Этой прямой конусностью можно пренебречь, если изготавливаются штампы с достаточно большим зазором между пуансоном и матрицей: 0,05 - 0,1 мм. Но для вырубки тонколистовых материалов требуются зазоры в 0,01 -  0.03 мм. В этом случае прямая конусность полости матрицы является недопустимой.  Более того, для таких матриц необходимо обеспечить небольшую обратную конусность.

Для изготовления матриц с обратной конусностью идеальным был бы вариант обработки полости матрицы с обратной стороны (Рис. 3). В этом случае полость матрицы имела бы обратную конусность...

Однако такой способ не работает. Пунсон он в этом случае не сможет входить в полость матрицы сверху.

Как быть? 

1. Модель задачи

1.1. Техническое противоречие:

Техническая система для формирования полости матрицы.

Включает в себя пуансон и матрицу.

ТП 1.

Если пуансон обрабатывает полость матрицы с лицевой стороны, то получается идеально равномерный зазор по периметру матрицы и форма полости обеспечивает вход пуансона в матрицу сверху при сборке штампа, но при этом получается прямая конусность полости матрицы по вертикали, что недопустимо...

ТП 2.

Если пуансон обрабатывает полость матрицы с обратной стороны, то получается отличная обратная конусность полости матрицы и равномерный зазор по периметру, но форма полости не позволяет пуансону войти в матрицу сверху при сборке штампа.

Необходимо при минимальных изменениях в системе обеспечить равномерный по периметру зазор, обратную конусность в полости матрицы и возможность входа пуансона в матрицу сверху при сборке штампа.

1.2. Конфликтующая пара:

Инструмент – пуансон

Изделие – матрица.

1.3. Схема конфликта:

1.4. Выбор противоречия:

Выбрать противоречие для решения задачи – сложно. Для главного производственного процесса нужно, чтобы обе детали – пуансон и матрица - были изготовлены качественно, так как они обеспечивают качественную штамповку деталей.

В  случае ТП 1 – у нас есть качественный пуансон, но некачественная матрица: в ней – прямая конусность.

В случае ТП 2 у нас есть идеально изготовленная матрица, но некачественный пуансон: он не может быть вставлен в матрицу сверху.

Выбираем ТП 2, так как в этом варианте обеспечивается качественное изготовление матрицы, а ее всегда сложнее изготавливать.

ТП 2.

Если пуансон обрабатывает полость матрицы с обратной стороны, то получается отличная обратная конусность и равномерный зазор, но форма полости не позволяет пуансону войти в матрицу сверху при сборке штампа.

1.5. Усиление противоречия:

В данном случае усилить конфликт сложно. Пуансон и так не может быть вставлен в полость матрицы сверху при сборке. Куда уж сильнее...

1.6. Формулировка задачи:

Итак.

Пуансон обрабатывает полость матрицы с обратной стороны, обеспечивая обратную конусность в матрице и равномерный зазор по периметру между пуансоном и матрицей, но форма полости не позволяет пуансону войти в матрицу сверху.

Необходимо найти Х-элемент, который позволял бы пуансону легко входить в полость матрицы сверху при сборке штампа,  но при этом обеспечивал бы обратную конусность в матрице и равномерный зазор по периметру между пуансоном и матрицей.

2. Локализация конфликта

2.1. Оперативная зона:

Оперативная зона – тело пуансона и полость матрицы

1.2.  Оперативное время:

Оперативное время – время изготовления полости матрицы и время ввода пуансона в полость матрицы сверху при сборке штампа.

2.3. Ресурсы:

вещественные ресурсы: - материал пуансона, материал матрицы, рабочая среда при электроэрозионной обработке

энергетические ресурсы: - электрические разряды в жидкости при обработке

3. Формулирование противоречий

3.1 ИКР 1.

Икс-элемент, абсолютно не усложняя системы и не вызывая вредных явлений, обеспечивает свободное свободно вхождение пуансона в матрицу сверху при сборке штампа, сохраняя способность пуансона обрабатывать матрицу с обратной стороны для обеспечения обратной конусности и равномерного зазора.

3.2 Усиленный ИКР 1

ВПР (материал пуансона,  материал матрицы), абсолютно не усложняя системы и не вызывая вредных явлений, обеспечивает свободное свободно вхождение пуансона в матрицу сверху при сборке штампа, сохраняя способность пуансона обрабатывать матрицу с обратной стороны для обеспечения обратной конусности и равномерного зазора.

3.3 ФП на макроуровне

Для ресурса – пуансон:

В  момент сборки штампа при входе пуансона в матрицу поперечное сечение пуансона должно совпадать с формой полости матрицы, чтобы пуансон входил в матрицу сверху при сборке штампа и поперечное сечение не должно совпадать с формой матрицы, чтобы пуансон обрабатывал матрицу с обратной стороны.

Для ресурса – матрица:

В  момент сборки штампа при входе пуансона в матрицу поперечное сечение матрицы должно совпадать с формой пуансона, чтобы пуансон входил в матрицу сверху при сборке штампа и поперечное сечение не должно совпадать с формой пуансона, чтобы пуансон обрабатывал матрицу с обратной стороны.

Для обоих ресурсов противоречия получились «симметричными». Поэтому есть гипотеза, что и решения для них будут симметричными. Поэтому далее рассмотрим ход решения, основываясь на ресурсе «пуансон», а в конце решения задачи примем решение о необходимости рассмотрения ресурса «матрица».

3.4 ФП на микроуровне

Тело пуансона в момент входа в матрицу сверху при сборке должна содержать частицы, связанные в одну форму, чтобы обеспечить вхождение пуансона в матрицу сверху при сборке штампа и должна содержать частицы, связанные в другую форму, чтобы обеспечить обработку полости матрицы пуансоном.

3.5 ИКР 2

Тело пуансона или тело матрицы должно содержать частицы, связанные в одну форму и в другую форму.

4. Мобилизация и применение ВПР

4.1 ММЧ

Каким-то образом, при обработке матрицы человечки должны быть сгруппированы в одну форму, а при сборке  штампа – в зеркальную...

4.2 Шаг назад от ИКР

Обработка матрицы с верхней стороны и потом ручная доработка полости матрицы? Нет, плохо... При очень маленьких зазорах такую доработку может производить только слесарь-инструментальщик чрезвычайно высокой квалификации. А изначально технология и проектируется для того, чтобы избежать ручной работы по формированию зазора между пуансоном и матрицей.

Обработка матрицы с обратной  стороны, установка нового пуансонодержателя на эродированный конец пуансона и сборка матрицы с перевернутым пуансоном (Рис. 4).

В общем-то, идея работает – однако необходимо разработать технологию операции закрепления  пуансона к новому пуансонодержателю, обеспечивающую сохранение вертикальной ориентации пуансона...

4.3 Смесь ресурсных веществ

Смесь матрицы и пуансона? Гм-м! Интересно. Но непонятно.

4.4 Ресурсные вещества + пустота

Идей не видно.

4.5 Производные от ресурсных веществ + пустота

В качестве производного от ресурсного вещества – может быть использование дополнительного электрода...

Но не хочется уходить от использования пуансона для изготовления матрицы. Изготовление дополнительных электродов требует решения дополнительных задач по точности и позиционированию...

4.6 Электрическое поле

Идей не видно

4.7 Поле + добавка вещества

При разработке технологии было опробовано магнитное поле. Дело в том, что в межэлектродном промежутке находятся продукты эрозии - микрочастицы матрицы и пуансона, образованные при действии  электрических разрядов на материал пуансона и матрицы. Так как матрица и пуансон изготавливают из стали, то эти микрочастицы – самые натуральные магнитные частицы. 

Если приложить магнитное поле к пуансону, то они должны прилипнуть  к нему и, создав «ежик», слегка увеличить размер пуансона. Была сделана попытка убрать прямую конусность матрицы при обработке сверху за счет создания во время обработки «ежика» из микрочастиц в нижней части пуансона. Этот «ежик» должен был бы дополнительно обработать полость матрицы, убрав прямую и создав обратную конусность.

 Эксперименты показали, что идея неработоспособна из-за того, что магнитное поле плохо управляемо: если пуансон в поперечном сечении имеет сложную форму, то магнитное поле распределяется в нем неравномерно и величина «ежика»  совершенно различна на выступах и впадинах. Это приводит к тому, что величина зазора между пуансоном и матрицей по периметру при обработке становится неравномерной, что означает получение бракованного изделия...

5. Применение информфонда 

5.1 ИКР2 + ресурсы

5.2 ИКР2 - нестандартные задачи

5.3 Приемы разрешения ФП

Рассмотренная выше задача включает лишь одну проблему из ряда проблем, возникающих при разработке технологии изготовления разделительных штампов с помощью электроэрозионной обработки. Есть еще задачи, возникающие при изготовлении самих пуансонов и других частей штампов, позиционировании деталей при обработке и сборке. Но эти  задачи – за пределами данного анализа.

Оба  найденные варианта технологии (см. Рис. 4 и Рис. 5), были применены на некоторых предприятиях электротехнической промышленности. На технологию изготовления одновременно двух штампов (Рис. 5) было получено авторское свидетельство.

А.с. 884 928 (СССР). Способ электроэрозионного изготовления формообразующих элементов вырубных штампов / Девойно И.Г., Мицкевич М.К., Бакуто И.А - Опубликовано в БИ №14, 1984.

Если же рассмотреть ход решения задачи с использованием ВПР «матрица», то эта линия решения приводит к следующему варианту технологии («симметричному» относительно описанного выше):

 изготовление полости матрицы одновременно в пакете из двух матриц, сложенных лицевой поверхностью друг другу

обработка каждой матрицей с обратной стороны поперечного сечения пуансона (матрица должны быть инструментом при электроэрозионной обработке, чтобы обеспечить меньший ее износ)

сборка 2-х  штампов – каждая матрица собирается с парным ей пуансоном (обработанным другой матрицей).

Эксперименты, по проверке величины конусности полости матрицы при обработке ей пуансона не проводились. Если же при таком варианте обработки, обратная конусность на матрице присутствует и обеспечивается достаточно точная форма пуансона, то данная технология может быть применена в тех случаях, когда форма полости матрицы позволяет достаточно технологично изготовить пакет из двух матриц. Еще раз нужно подчеркнуть, что для проверки данной идеи необходимо проведение дополнительных экспериментов...

¹ На самом деле на зазор между электродами  влияет достаточно много других факторов. Но для упрощения описания задачи будем считать, что величина зазора в основном определяется амплитудой напряжения между электродами.

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.