Способы изготовления матриц для штамповки сталей, основные характеристики пуансонов

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:

  • вырубные;
  • пробивные;
  • прошивочные;
  • просечные.

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.

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:

  • полиуретана;
  • резины;
  • различных металлов.

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:

  • простые;
  • сложные;
  • универсальные.

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.

Для изготовления пуансонов и матриц применяются материалы, указанные в табл. 1.

Таблица 1.

Наименование деталей

Рекомендуемые материалы

Заменяющие материалы

Твердость HRC

Марки

Номера стандартов или технических
условий

Марки

Номера стандартов или технических
условий

Матриц

Пуансонов

Пуансоны, матрицы и
пуансон-матрицы для вырезки и пробивки. Режущий контур простой формы

Сталь У10

А

ГОСТ 1435-54

Сталь У10

ГОСТ 1435-54

56-60

54-58

Сталь Х

ГОСТ 5950-63

Сталь 7Х3

ГОСТ 5950-63

Сталь Х12М

Сталь Х12Ф1

ЧМТУ 5634-56

Сталь 6ХВФ

Сталь У8

А*

ГОСТ 1435-54

Сталь У8

ГОСТ 1435-54

Сталь 8ХФ

*

ГОСТ 5950-63

Те же, при более сложной форме
или повышенных требованиях к точности. Пуансон-матрицы с тонкими рабочими
стенками

Сталь Х12М

ГОСТ 5950-63

Сталь Х12Ф1

ЧМТУ 5634-56

56-60

Сталь 6ХВФ

Пуансоны и матрицы зачистные

Сталь Х12М

ГОСТ 5950-63

Сталь Х12Ф1

ЧМТУ 5634-56

58-62

Сталь 6ХВФ

Сталь У10

А

ГОСТ 1435-54

Пуансоны и матрицы гибочные и
формовочные простой формы

Сталь У8

А

ГОСТ 1435-54

Сталь У8

54-58

52-56

Сталь 8ХФ

ГОСТ 5950-63

Сталь У10

54-58

То же, сложной формы

Сталь Х12М

ГОСТ 5950-63

Сталь Х12Ф1

ЧМТУ 5634-56

56-60

Сталь 6ХВФ

Пуансоны и матрицы вытяжные и
разбортовочные

Сталь У10

А

ГОСТ 1435-54

Сталь У10

ГОСТ 1435-54

58-62

56-60

То же, для вытяжки изделий из
коррозионно-стойких сталей

Чугун СЧ 32…52

ГОСТ 1412-54

Чугун СЧ 24-44 Чугун СЧ 28-48

ГОСТ 1412-54

Пуансоны и матрицы для листовой
чеканки простой формы

Сталь У8

А

ГОСТ 1435-54

Сталь У8

ГОСТ 1435-54

54-58

Сталь 8ХФ

ГОСТ 5950-63

То же, сложной формы

Сталь Х12М

Сталь Х12Ф1

ЧМТУ 5634-56

Сталь 6ХВФ

*Для матриц не применяется

Твердость после термообработки выдержать:

  • у матрицы — на глубине не менее половины ее высоты и на расстоянии не менее 5 мм вокруг рабочего контура; остальная часть может иметь твердость HRC на 5—12 единиц ниже;
  •  у пуансона — по всей высоте, исключая хвостовую часть под расклепку или головку;
  • в комплекте одного штамма рекомендуется выдержать твердость матрицы выше твердости пуансона на 2 единицы HRC.

В отдельных случаях в опытном и мелкосерийном производстве при штамповке материалов с временным сопротивлением σв ≤20 кгс/мм2 и деталей со сложным контуром из тонкого листа допускается изготовление матриц без термообработки.

Стали марок 6ХВФ, Х12Ми Х12Ф1 рекомендуется применять при изготовлении высокостойких штампов, а также при штамповке твердых материалов (например, электро­технической стали)

Стали марок 8ХФ, У8А и У8 рекомендуются только для изготовления пуансонов разделительных штампов при применении круглой или профильной шлифовки (кроме слу­чаев изготовления штампов для электротехнической стали).

Стали марок 45 и 50 допускается применять для изготовления пуансонов и матриц при штамповке небольших партий (до 10000 шт. в год) деталей hs сталей с σв ≤30 кгс/мм2, неметаллических материалов и цветных металлов толщиной до 1 мм в случае технико-эконо­мической нецелесообразности применения инструментальных сталей.

При изготовлении пуансонов и матриц вытяжных штампов для деталей из титановых сплавов рекомендуется применять следующие материалы:

при вытяжке в холодном состоянии

  • графитизированную сталь маэки ЭИ-366 по ЦНИИЧМ ТУ 1041,
  • чугун марки СЧ 35—56 или СЧ 32—52 по ГОСТ 1412—54,
  • чугун марки МН по АМТУ 294—58,
  • бронзу марки Бр. АЖН 10 —4—4 или Бр. АЖН 11— 6— 6 по ГОСТ 493—54;
  • твердые металлокерамические сплавы марки ВК8 или ВК15 по ГОСТ 3882—61;

при вытяжке с нагревом

  • жаропрочный сплав марки ЭИ-617 по ЧМ ТУ 5211—55,
  • сталь марки 5ХГМ пли ЗХ2В8Ф по ГОСТ 5950—63,
  • твердые металлокерамнческие сплавы марки ВК8 или BKI5 по ГОСТ 3882—61.

опубликовано:29.05.2018 г.

Одним из важнейших этапов создания штампов является закалка всех деталей. Она производится с учетом особенностей материала, выбранного для изготовления, габаритов изделия и других факторов. Наличие сложной конфигурации и вычурных форм затрудняют процесс обработки и требуют проведения дополнительных предупреждающих мер, чтобы исключить деформацию поверхности, образование трещин и другие изменения.

Стальные пуансоны и матрицы

Режимы закалки деталей из углеродистых и легированных инструментальных сталей регламентируются нормами и стандартами ГОСТ. Их можно найти в соответствующей документации. При этом стоит помнить, что в качестве охлаждающей среды для них подходят: воздух, который может быть также под давлением, масло или какая-либо масляновоздушная смесь. При выборе масла важно внимательно следить за температурой сплава и не допускать его полного охлаждения. Для крупных матриц отлично подходит жидкость, нагретая до 120 или 150 градусов Цельсия. Причем их сразу же необходимо подвергнуть отпуску. Мельчайшее промедление может стоить ровной поверхности и привести в образованию внутреннего напряжения, а значит и появлению микротрещин.

Термическое воздействие на стальные пуансоны происходит следующим образом. Их погружают в печь, предварительно разогретую на 600 или 650 градусов, и держат в ней около двух часов. После этого температуру нагрева значительно увеличивают, соблюдая соответствующую скорость. Она обычно равняется 75 или 100 градусам Цельсия в час. Время выдержки и собственно закалки подбирается индивидуально для каждого вида стали. Не последнюю роль играет и толщина обрабатываемой заготовки. Стоит учитывать, что прогрев в газовых и электропечах немного отличается из-за особенностей конструкции и ее принципа работы.

Охлаждение частей пресс форм происходит постепенно вместе с духовым шкафом, после того как внутренняя атмосфера достигнет 350 или 400 градусов, их переносят на открытый воздух. Продолжительность выдержки также зависит от соответствующего расчета и общих габаритов заготовки. Для удобства специалисты пользуются нормами ГОСТ, они упрощают выбор сред для нагрева и охлаждения.

Матрицы и пуансоны из чугуна

Для производства крупных элементов штампов обычно используют серый или какой-либо другой подходящий чугун. Химический состав материала подбирается в зависимости от назначения собираемой детали. Для них применяют низкотемпературный обжиг. Он позволяет снять внутреннее напряжение и способствует упрощению процесса обработки. Он к слову происходит таким образом. Все части будущей пресс-формы укладываются в печь, которую нагревают до 150 или 200 градусов Цельсия. Затем после некоторого времени температуру увеличивают, следуя обозначенной в документации скорости. Как правило, она равняется 75 или 100 градусам в час. Таким образом достигают нагрева духового шкафа до 550 или 600 градусов Цельсия. Охлаждение происходит до 200, после чего изделия вынимают на свежий воздух.

Чтобы повысить износостойкость матриц и пуансонов их подвергают закалке с отпуском. Это благоприятно влияет на ударную вязкость и общую прочность. Компоненты, направленные на истирание, можно обрабатывать посредством низких значений, подразумевающих нагрев до двухсот градусов и постепенное медленное охлаждение. При этом стоит учитывать, что твердость заготовок после такого воздействия немного снижается.

Химико термическая обработка

В дополнение к традиционной закалке при производстве важных функциональных элементов часто используют дополнительные способы для их усовершенствования. Среди них можно выделить химическое воздействие. Оно подразумевает поверхностное насыщение материала, обычно стали, углеродом, хромом или азотом. Оно происходит при высоких температурах, то есть с использованием упрочняющих манипуляций: закалки или отпуска.

Особо популярной является цементация. Это процесс насыщения стали углеродом для улучшения ее свойств. Он осуществляется с помощью твердых, газообразных или жидких карбюризаторов — специальных веществ. Их выбор напрямую связан с особенностями производства, например в инструментальных цехах применяют твердые частицы. Причем для защиты необрабатываемых мест поверхности обмазывают пастами и составами.