Материал матрицы и пуансона

Разрабатывая конструкцию штампа, необходимо хотя бы ориентировочно знать условия его работы. Обычно штампы подразделяются на легкие, средние и тяжелые. Такое деление условно, но оно облегчает выбор соответствующего материала для изготовления той или иной детали штампа.

Оценка условий зависит от масштабов производства (программы выпуска), физико-механических свойств штампуемого материала и его толщины, удельной нагрузки рабочих деталей и характера технологической операции. В единичном и мелкосерийном производстве высокостойкие штампы не требуются. При конструировании таких штампов необходимо стремиться к их упрощению и изыскивать для рабочих деталей наиболее дешевые и менее стойкие материалы.

В большинстве разделительных штампов рабочие части выполнены из углеродистых и легированных сталей и твердых сплавов. При небольшой программе выпуска пуансоны и матрицы можно изготавливать из закаливаемых, но менее стойких сталей, а некоторые из конструкции допускается изготавливать даже из низкоуглеродистой стали с последующей цементацией.

На выбор материала непосредственно влияет конфигурация детали. Если рабочие детали штампа имеют сложную форму и нетехнологичны для термообработки, то следует выбирать высоколегированные стали, которые в меньшей степени подвержены короблению и обладают более прочной структурой после закалки. К. таким сталям относятся преимущественно хромистые: Х12Ф1, Х12М, 9ХС, ХВГ и др. Эти же стали рекомендуется применять и при тяжелых условиях работы штампа. К тяжелым условиям следует относить процессы, связанные с обработкой толстых листовых материалов, а также тонких, если рабочие части имеют ажурную форму и относительно малые сечения.

При ударных нагрузках необходимо рабочие части изготавливать из сталей, обладающих большой вязкостью.

На выбор материала для рабочих деталей штампа влияет сортамент штампуемых материалов. Одни материалы обладают большой пластичностью, другие нет, третьи имеют повышенную прочность или жаростойкость и т, д. Одни материалы хорошо штампуются инструментами из обычных рекомендуемых сталей, другие, как, например высококремнистые стали, способны обрабатываться только твердосплавными рабочими инструментами.

Выбор материала пуансонов, матриц и других деталей штампов смотрите в [8, с. 411; 4, с. 442 и 9, с. 7].

Твердость рабочих деталей штампа должна быть предельно высокой. Однако чрезмерная твердость может вызвать разрушение этих деталей в процессе эксплуатации штампа, поэтому следует применять оптимально высокую твердость, при которой де­тали штампа обладают наибольшей прочностью.

Твердость матрицы и пуансона в разделительных штампах при малых партиях получаемых заготовок (до 1000) может быть HRCэ = 40 . 45, при программе выпуска до 5000 шт. — не менее HRCэ = 52. 56. Твердость стальных матриц и пуансонов, предназначенных для штамповки больших партий заготовок, зависит от условий работы (табл.5).

Влияние условий работы на твердость матриц и пуансонов

Условия работы Твердость НRC3
пуансонов матриц
Лёгкие 56 . 60 58…62
Тяжёлые 52…56 55…68
При штамповке в горячем состоянии 40…50 50…54

В разделительных штампах твердость пуансона меньше твердости матрицы. Это объясняется тем, что пуансон является, как правило, подвижной рабочей частью, наносит удар при выполнении технологической операции. Следовательно, пуансон в большей степени подвержен выкрашиванию, чем неподвижная матрица. Исключением являются части из металлокерамического твердого сплава, когда пуансон и матрица имеют одинаковую твердость. Однако в данном случае для исключения сдвигающих нагрузок (поперечных) штамп должен быть оснащен высокоточными направляющими элементами.

Малая сопротивляемость твердого сплава изгибу иногда не позволяет применять тонкие пуансоны. В таких случаях целесообразно сочетать твердосплавную матрицу с пуансоном из высоколегированной стали (ХВГ, Х12М, 5ХС и др.). Замечено, что при таком варианте материалов стойкость стального пуансона повышается в 5. 6раз по сравнению с обычным вариантом, когда матрицу и пуансон изготавливают из стали.

Читайте также:  Заточить пильный диск своими руками

В разделительных штампах помимо рабочих деталей термообработке подвергаются: ловители, фиксаторы, упоры, ножи, а в некоторых случаях и державки.

Ловители и фиксаторы работают на истирание, поэтому твердость их материала должна быть достаточно высокой (HRCэ = 50. 54), упоры, не связанные с выполнением точных размеров, подвергают термообработке до твердости HRCэ=40. 45. При более жестких условиях работы их твердость должна повышаться до HRCэ=50. 54. Ножи (шаговые, для разрезки отходов и др.) должны обладать твердостью пуансонов. Державки для пуансонов и матриц подвергаются термообработке при работе в тяжелых условиях: запрессовке в них рабочих частей из твердых сплавов и креплении быстросменного инструмента. Для первого случая твердость державки HRCэ=50. 54, а для второго HRCэ = 56. 60.

В формообразующих штампах (вытяжных, гибочных и др.) в значительной степени изнашиваются матрица и прижимы. На ин­тенсивность их износа существенно влияет скорость движения рабочих органов пресса. При работе на быстроходных прессах указанные детали штампов изготавливают из высококачественных инструментальных сталей с твердостью HRCэ = 56. 60. В штампах для тихоходных прессов (не более 20 ходов в мин) эти детали могут иметь твердость HRCэ = 40. 50. Однако, если условия работы тяжелые (большая глубина вытяжки, резкие переходы на рабочей поверхности), то твердость материала деталей должна быть достаточно высокой (HRCэ = 56. 60).

При штамповке цветных металлов в мелкосерийном производстве жесткие требования к твердости рабочих деталей штампов не предъявляются. Подробно и конкретно о выборе твердости ма­териала деталей штампа смотрите в [11, с. 150; 4 и 8].

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Обработка дерева и металла

В штампах для холодной штамповки (рис. 1, а) только формообразующие детали, т. е. пуансон и матрицу, изготовляют из инструментальной стали; в штампах для горячей штамповки из инструментальной стали изготовляют или все детали (рис. 1, б), или только вставки (рис. 1, в). В качестве материала для формообразующих деталей штампов применяют инструментальные стали, твердые сплавы, пластмассы и другие материалы.

Углеродистые инструментальные стали У7, У8, У9 и У10 пониженной прокаливаемости используют для изготовления матриц и пуансонов штампов для холодной штамповки, имеющих простую форму их рабочего контура (в таких штампах нет резких переходов между элементами; отсутствуют узкие прорези, тонкие перемычки металла между отверстиями и т. п.). Это связано с тем, что стали пониженной прокаливаемости деформируются при закалке, в результате чего образуются трещины.

Пуансоны и матрицы штампов для холодной штамповки более сложной формы делают из сталей марок X, 9ХС, ХВГ , ХГС и других повышенной прокаливаемости.

Пуансоны и матрицы штампов для холодной штамповки весьма сложной формы изготовляют из сталей марок Х12Ф, Х12Т, Х12М высокой прокаливаемости. Эти стали, близкие по своим свойствам к быстрорежущим сталям, содержат около 1% углерода, 12% хрома и около 1% ванадия (титана или молибдена), характеризуются высокими прочностью, износостойкостью, теплостойкостью (около 500°С). Важным достоинством сталей высокой прокаливаемости являются малая деформация и, следовательно, сохранение размеров их рабочего контура при закалке. К недостаткам относятся склонность к карбидной неоднородности и плохая обрабатываемость резанием. Сталь марки Х12Ф почти в 2,5 раза дороже, чем углеродистая сталь марки У10.

Тонкие и длинные пуансоны дыропробивных штампов для холодной штамповки и другие нежесткие детали изготовляют из сталей марок 4ХС, 5ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2С и т. п. повышенной вязкости. Снижение хрупкости у этих сталей достигается уменьшением содержания углерода (не более 0,5%), а высокая износостойкость определяется наличием хрома и вольфрама. Теплостойкость сталей этой группы около 300 °С; закаливают их в масле, сквозную закалку получают у образцов диаметром до 50 мм.

Читайте также:  Диммер для светодиодных ламп принцип работы

Штампы и вставки для горячей штамповки (молотовые штампы) изготовляют из сталей марок 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХНС, 5ХНСВ, 5ХНМ и других повышенной вязкости при нагреве. Молотовые штампы обычно имеют большую массу, работают в условиях ударной нагрузки и деформируют металл, нагретый до температуры 900—1200 °С. Поэтому главными требованиями к сталям этой группы являются высокие вязкость, теплостойкость и сопротивление образованию окалины. Рабочий контур этих штампов обычно имеет сложную форму и значительные размеры, что требует возможно большей прокаливаемости и минимальной деформации при закалке. Эти требования обеспечиваются химическим составом сталей, в котором содержится 0,5% углерода, хром, никель и другие легирующиие элементы. Теплостойкость сталей этой группы достигает 500 °С.

Наиболее высокие свойства имеет сталь марки 5ХНМ, из которой изготовляют крупные штампы (наименьшая сторона куба более 400 мм), имеющие сложную форму рабочего контура; твердость таких штампов 36—39 HRC3.

Штампы средних размеров изготовляют из сталей марок 5ХНВ, 5ХНС и 5ХНСВ. Эти стали, легированные вольфрамом или кремнием, по свойствам близким к стали 5ХНМ, но уступают ей по прокаливаемости. Твердость таких штампов 37—42 HRC ,.

Несколько ниже теплостойкость и прокаливаемость у стали марки 5ХНТ, которую применяют для изготовления молотовых штампов малых размеров (наименьшая сторона куба до 300 мм). Твердость таких штампов 41—45 HRQ .

Рабочие детали штампов для горячей штамповки, обладающие малой массой и подвергающиеся при работе нагреву до высоких температур (матрицы для обрезки облоя, тонкие прошивные пуансоны, ножи для горячей резки т. п.), изготовляют из сталей марок ЗХ2В8, 4Х2В8, 4Х8В8 и других повышенной прочности при нагреве. Эти стали имеют высокие прочность, износостойкость, теплостойкость (до 650 °С).

Все более широкое применение для изготовления формообразующих деталей штампов получают твердые сплавы ВКЮ , ВК15, ВК20, ВК25 и ВКЗО . Эти сплавы, отличающиеся от сплавов той же группы, применяемых для режущих инструментов, большим содержанием кобальта (10—30%), характеризуются повышенной прочностью и вязкостью, но пониженной твердостью и износостойкостью.

Твердый сплав применяют для оснащения пуансонов и матриц дыропробивных и вырубных штампов. В электротехнической промышленности такие штампы применяют для листовой штамповки пластин, из которых собирают трансформаторные сердечники, статоры и роторы электродвигателей и другие подобные детали. Выбор марки твердого сплава зависит от прочности листа и его толщины. Чем прочнее материал и толщина листа, тем больше кобальта должен содержать твердый сплав.

Работы по штамповке и прессовке различных заготовок требуют применения специальных пуансонов. Такое изделие используется для маркировки узлов устройств, при обработке металлов или в процессе штамповки. Для того чтобы сделать качественную штамповку или маркировку узла устройства, к нему необходимо приложить непосредственное давление. Именно для этой цели и был разработан пуансон, который может быть самой разной конструкции.

Специалисты выделяют следующие типы подобных приспособлений:

Как работают матрицы и пуансоны

При прессовании прочный трамбовочный пуансон сильно давит на специальную шайбу для пресса, которая, в свою очередь, передает давление на заготовку. В итоге нужная заготовка выдавливается сквозь матрицу. Пуансон способен работать при огромных тепловых и силовых нагрузках, поэтому его производят из износоустойчивого металла. Приспособление отличается большой прочностью и не повреждается при перепадах температуры.

Другими словами, штамп считается приспособлением, который при помощи давления может изготовить заготовку необходимой формы и размера. При штамповке различных деталей он является наиболее важным инструментом. Когда вместе с ним применяется полиуретан, то из него делают качественную матрицу, которая будет ответным узлом штампа.

Читайте также:  Станок для производства изделий из пластмассы

При сборке любого вида штампа конструкция этого приспособления всегда полностью совпадает с режущей кромкой матрицы. Другими словами, подобное изделие является замыкающим узлом, который способен создать верхнюю часть заготовки. Набором пуансонов называется небольшой пресс, который может качественно маркировать или делать штамповку разных узлов. С помощью этого приспособления есть возможность изготавливать заготовки любых габаритов или наносить качественную маркировку, которая может быть зеркальной или обычной.

Наборы пуансонов используются на металлообрабатывающих предприятиях, на которых практикуется прессование железных заготовок или изготавливаются листовые детали. В строительной сфере при помощи этого приспособления можно сделать блоки из газобетона, которые имеют различные пустоты.

Основное назначение матрицы

Для того чтобы изготовить заготовку необходимой формы, используется матрица, которую можно сделать из:

Чтобы сделать железную деталь, матрицу необходимо изготовить из специализированной прочной стали, которая имеет высокую износоустойчивость. Подобная конструкция должна быть оборудована отполированными стенками и не иметь крышки.

Специалисты выделяют матрицы следующих видов:

Наиболее сложные конструктивные решения используются довольно редко, поэтому их производят по индивидуальному заказу. Примером простых матриц стоит считать формы для производства различных блоков и небольших кирпичей.

Материалы для изготовления пуансонов и матриц

Главной задачей набора пуансонов считается продавливание детали сквозь матрицу. Эта работа выполняется под огромным давлением. При использовании горячего прессования заготовки находятся под действием большой температуры. Из-за этого для производства пуансонов и матриц используются различные виды материалов. Приспособления для холодного прессования делаются из специализированной стали высокой прочности, которая отличается большой степенью прокаливания.

Материалы для изготовления этих деталей соответствуют таким характеристикам:

  • высокой степенью износоустойчивости;
  • большой прочностью;
  • устойчивостью к коррозии.

Легированная сталь не подходит для работ при высоких температурах. Металл под влиянием разности температур может стать хрупким. Любой пуансон имеет наибольшую степень твердости по всей высоте. При горячем способе изготовления матриц для штамповки сталей верхнюю часть изделия выполняют из специализированных металлов, которые не подвержены деформации при большой температуре и имеют высокую степень износоустойчивости. Такая технология способна обеспечить наибольшую стойкость приспособления. Иногда применяются современные виды различных полимеров. К примеру, это может быть полиуретан, который отличается хорошей эластичностью и большой прочностью.

Основные характеристики изделия

Абсолютно любой вид штампов имеет определенный гарантийный срок эксплуатации. Главными узлами этого приспособления являются матрица и пуансон, которые довольно быстро изнашиваются. Эти узлы необходимо регулярно менять, потому что они способны служить без замены около 5 лет. Оборудование вибрационных прессов устройств по штамповке имеет разную конструкцию. Это сделано для того, чтобы была возможность производить различные технические операции.

По этой причине при производстве цилиндрических штампов выполняется основательное шлифование. Мастера делают черновую обработку приспособления, а потом уже чистую шлифовку. Приспособление затачивается и полируется на последнем этапе его изготовления.

Чтобы сделать фасонные пуансоны, используется технологический оттиск. Приспособление закаливают в горячей печке в течение 10 минут. Далее приступают к финишной шлифовке. Чтобы получить изделие сложной формы, применяется большое количество специализированного оборудования. Тут почти невозможно обойтись без использования фрезерных и строгальных станков.

Подобное оборудование нужно для производства матрицы. Когда формы для пресса сделаны очень качественно, а пуансон снабжен точной линией среза, то штамп будет обладать высокой степенью износоустойчивости и большим сроком службы. Специалисты считают, что сделать штампы своими руками очень сложно. Для этого необходимо обладать многими знаниями в области обработки металлов.