Способы изготовления матриц для штамповки сталей

Что такое пуансон и где встречается этот элемент оснастки

Ни одно штамповочное и прессовое производство не может обойтись без пуансона. Эта деталь применяется для маркировки деталей, при штамповке и металлообработке. Чтобы выполнить штамповку детали или сделать ее маркировку, на деталь производится непосредственное давление. Именно для производства такой технологической операции и предназначен пуансон.

Он может иметь самую разную конструкцию:

Принцип работы пуансона

В момент прессования, пуансон начинает давить на пресс-шайбу, а она давит на заготовку, которая выдавливается через матрицу. Так как деталь работает при больших силовых и тепловых нагрузках, ее изготавливают из особой, износоустойчивой стали. Она отличается высокой прочностью и не деформируется под влиянием температурных перепадов.

В принципе, пуансон можно назвать инструментом, который методом давления получает заготовку определенной формы. В штамповочном производстве он является одной из важнейших деталей.

Если совместно с ним используется полиуретан, то из него изготавливают матрицу, являющуюся ответной деталью штампа.

Для чего нужна матрица?

Чтобы получить определенную форму изделия применяется матрица, которая может быть изготовлена из самого разного материала:

Для изготовления стальных заготовок, материалом матрицы становится специальная высокопрочная сталь, повышенной износостойкости. Такая конструкция всегда имеет стенки без крышки.

Матрица может иметь несколько видов конструкции:

Особо сложные конструкции применяются редко, их изготавливают по специальному заказу.

Наиболее простые матрицы можно встретить при изготовлении пустотных кирпичей и блоков.

Штамп и пуансон

В любом штампе, конструкция этой детали всегда совпадает с режущей частью матрицы. По сути дела, эту деталь можно назвать замыкающей деталью, создающей верхнюю часть изделия.

Пуансон — это маленький пресс, который способен штамповать и маркировать детали. С его помощью можно штамповать детали любой формы или нанести маркировку, причем она может быть обыкновенной или в зеркальном отражении.

В основном пуансон применяется в металлообрабатывающей промышленности, там, где используется прессование металлов, формируются листовые заготовки. В строительном производстве с помощью пуансона получают газобетонные блоки, имеющие фигурные пустоты.

Материалы матрицы и пуансона

Как уже было сказано выше, основной задачей пуансона является продавливание заготовки сквозь матрицу. Операция осуществляется под большим давлением, причем там, где используется горячее прессование, детали испытывают мощное тепловое воздействие. Поэтому для изготовления матрицы и пуансона, учитывая сферу их деятельности, применяются самые разные материалы.

При холодном прессовании, детали изготавливают из специальной высокопрочной стали, отличающейся повышенной прокаливаемостью. Твердость закалки по Роквеллу составляет более 60 единиц. Применяется и особая инструментальная сталь — 6ХВ2С. Эти материалы отличает:

  • износоустойчивость;
  • высокая прочность;
  • антикорозийность.

При высоких температурах нельзя использовать легированные стали. Они под влиянием высокой температуры становятся хрупкими. Каждый пуансон имеет максимальную твердость по всей высоте своей поверхности.

В горячем производстве верхнюю часть штампа изготавливают из специальных износоустойчивых сталей, которые не деформируются при высокой температуре. Таким образом обеспечивается наивысшая стойкость штампа.

В некоторых случаях используются и современные полимеры. Чаще всего применяется полиуретан. Он отличается высокой эластичностью и повышенной прочностью. Его твердость достигает 98 единиц по Шору.

Характеристика пуансонов

Любой штамп имеет определенный срок эксплуатации. Его основные детали — пуансон и матрица, изнашиваются быстрее всего. Их приходится часто менять, особенно если приходится работать в массовом производстве. В основном эти детали могут прослужить без замены максимум шесть лет.

Оснастка вибропрессов штамповочного оборудования имеет различную конфигурацию. Она применяется для самых разных технологических операций. Все зависит от нескольких параметров:

  • формы;
  • типа;
  • размера;
  • материала будущей детали. Она может быть стальной или бетонной.

К оснастке штамповочных прессов предъявляются конкретные требования. Не допускаются:

Поэтому при изготовлении цилиндрических пуансонов проводится двойное шлифование. Сначала делается черновая обработка, а затем выполняется чистовое шлифование. На завершающем этапе деталь полируется и затачивается.

Для изготовления фасонных пуансонов применяется технологический оттиск. Деталь закаливают в термопечи в течение примерно восьми минут при температуре 780 градусов по Цельсию. Затем ее подвергают финишной обработке.

Для получения оснастки, имеющей сложный контур, используется целый парк специальных станков. В этом случае практически невозможно обойтись без строгального и фрезерного оборудования.

Такое же оборудование необходимо для изготовления матрицы, когда необходимо учесть соответствующие размеры.

Если пресс-формы изготовлены с высоким качеством, а пуансон имеет точную линию среза, то такой штамп будет отличаться минимальным износом и максимальным сроком эксплуатации.

Матрица и пуансон

Изготовление металлических деталей и бетонных изделий осуществляется на специализированном высокотехнологичном оборудовании.

Без формообразующей оснастки изготовить некоторые детали очень трудно, поэтому прессы, штампы и другое оборудование оснащается матрицами и пуансонами.

Качество выпускаемых изделий напрямую зависит от точности изготовления матриц и пуансонов. Они должны иметь точные геометрические размеры и нормальный внешний вид.

Что такое матрица и пуансон?

Матрица – это короб, который образует форму будущего изделия. Изготавливают из металла. Стенки конструкции строго параллельны друг другу, крышки нет. Различают простые (только для одного вида изделий) и сложные или комбинированные (для двух и более) матрицы. Второй вид применяют редко, чаще всего, это специальные формы, изготавливаемые на заказ. Простые матрицы широко применяются в строительной сфере на производстве блоков и кирпичей с пустотами.

Пуансон – специальная конструкция, который совпадает с профилем матрицы. Это замыкающий элемент, при помощи которого образуется изделие сверху. Пуансон выполняет функцию пресса (иное название – пресс-штемпель или шплинтон), штампа или маркировщика. Система либо выдавливает деталь, либо наносит маркировку (обычную или в зеркальном виде), либо штампует детали. Основная сфера применения – металлообработка, например, прессование металлов, производство строительных изделий (газобетонные блоки с фигурными пустотами, шлакоблоки) и многое другое.

Читать еще:  Из какой стали делают циркулярные пилы

По конструкции пуансоны могут быть:

  1. Пробивными;
  2. Прошивными;
  3. Просечными;
  4. Вырубными.

Из каких материалов изготавливают пуансоны и матрицы?

На производстве пуансон используется как пресс, который продавливает заготовку через матрицу. Система работает под высоким давлением, а при горячих процессах – подвергается тепловому воздействию. В соответствии с основным назначением детали пресса изготавливают из следующих материалов:

  1. Для холодных процессов – из высокопрочных сталей повышенной прокаливаемости (со степенью закалки в пределах 54-65 HRC), а также из инструментальной стали марки 6ХВ2С. Материалы должны обладать высокой прочностью, износоустойчивостью, коррозионной стойкостью. Легированные стали для данного вида конструкций не подходят, так как после длительного воздействия высоких температур сталь становится хрупкой. Предельной твердостью обладают стальные матрицы на глубине не менее половины ее высоты и на расстоянии не менее 5 мм. по всей рабочей линии, а пуансоны – по всей высоте
  2. Для горячих процессов – из износоустойчивых сталей с высокой прочностью при температурах деформирования. Это обеспечивает максимальную стойкость штампа;
  3. Применяются также современные полимерные материалы – полиуретан. Это эластичный, износостойкий и прочный материал, обладает повышенной твердостью – до 98 ед. по шкале Шора.

На нашем производстве матрицы и пуансоны применяются:

Лазерная резка металла

Гибка металла

Пробивные работы

Особенности пуансонов и матриц

Оснастка промышленных станков отличается практичностью, многофункциональностью и простотой в обслуживании. Для нормальной работы станка требуется регулярная очистка поверхностей от остатков бетонной смеси и металла. Для этого применяют различные механические способы с использованием скребков, шпателей, щеток-сметок. Перед остановом вибропресса или станка его промывают под напором воды и просушивают.

Матрицы и пуансоны – это быстроизнашивающиеся детали, поэтому расходные части подлежат замене. В зависимости от сферы использования матрицы и пуансоны служат 4-6 лет. Составные части вибропрессов или штампов выпускают различных конфигураций и назначений. Это определяется формой, типом и размерами выпускаемых металлических деталей или бетонных изделий.

Оснастка вибропрессовальных и штамповочных станков должна иметь ровную поверхность без зазоров, заусениц, рванин и трещин. Цилиндрические пуансоны подвергают черновому и чистовому шлифованию, а также полировке и заточке. Фасонные пуансоны изготавливают оттиском, при этом деталь проходит закалку (процесс протекает при температуре 780 градусов в течение 8 минут) и финальную обработку. Оснастка со сложным контуром производится при помощи строгальных или фрезерных станков. На этом же оборудовании изготавливают матрицы, с учетом соответствующих размеров. Качественно изготовленные прессовальные формы обеспечивают чистую линию среза, с максимально точностью, при минимальном износе самого штампа.

Важную роль играет зазор между матрицей и пуансоном:

  1. При малом зазоре будет образовываться рванина и слоистость поверхности среза;
  2. При большом – происходит втягивание тонкого материала в станок с последующим разрывом. Изделие будет иметь заусенцы и затянутые края. Если материал имеет достаточную толщину, то готовая деталь будет иметь закругленные кромки;
  3. Допускается выпуск удовлетворительного качества деталей при острых режущих краях штампа и при зазоре до 30% от толщины.

Зазор зависит от рода и толщины материала (от 0,5 до 12 мм.) и колеблется в пределах 4-16% толщины исходника.

Только при грамотно настроенном зазоре между пуансоном и матрицей, а также остроты их кромок будет обеспечиваться качество выпускаемых деталей согласно заданным параметрам технического проекта.

Изготовление пуансонов и матриц для прессов

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.

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.

Читать еще:  Какие стали относятся к аустенитным сталям

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

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.

6. Материалы деталей штампа

Правильный выбор материалов для изготовления деталей штампа и рациональный режим их обработки влияют на срок службы штампа.

Материалы для рабочих деталей штампа необходимо выбирать в соответствии с характером операции, толщиной и свойствами штампуе­мого материала, конфигурацией и размерами получаемых деталей.

К рабочим частям (пуансонам и матрицам) штампов для резки предъявляются определенные требования, основными из которых яв­ляются следующие: способность материала противостоять большому давлению и ударам, хорошо сопротивляться износу от трения, сохра­нять острые режущие кромки без разрушения и затупления возможно больший период времени, а также иметь сравнительно небольшую стоимость.

Учитывая условия работы и стоимость сталей различных марок, идущих на изготовление пуансонов и матриц штампов для резки, при выборе материала для них в условиях массового производства можно руководствоваться следующими данными.

При вырубке (пробивке, обрезке) деталей простой конфигурации из материала толщиной до 3−4 мм для пуансонов с успехом можно применять инструментальную углеродистую сталь марок У8А и У10А. Для вырубки деталей сложной конфигурации, а также при толщине материала свыше 4 мм следует применять инструментальную легиро­ванную сталь марок XI2, Х12М, 9ХВГ при твердости после закалки HRC 56 −58.

Для матриц в первом случае можно рекомендовать стали У8А, У10А; во втором случае − Х12, Х12М, 5ХВ2СДХВГ, Х12ТФ, Х12Ф1, а также 7ХГ2ВФМ. Твердость после закалки I1RC 58 − 60.

В разделительных штампах твердость подвижного инструмента выполняется на 2 − 4 единицы ниже (по шкале RC) по отношению к не­подвижному. Чаще таким инструментом является пуансон. Исключени­ем является твердосплавный инструмент, при котором пуансон и матри­ца выполняются одинаковой твердости.

В табл. 8 приведены основные марки сталей и их заменители для рабочих частей вырубных и других штампов, а также режим их терми­ческой обработки.

Материалы и данные о термической обработке различных деталей штампов приведены в табл. 9.

ЭИ293 или ЭИ366

ЭИ293, ЭИ366, ВК8

Х12ТФ, 9ХС,ХВГ, ЭИ293, ЭИ366

ВК15; специальный никелевый чугун

Пуансоны и матрицы простой формы для материалов толщиной до 3 мм;

Режущие секции с простым контуром

резания; ножи для резки отходов

Пуансоны и матрицы сложной форм,

а также для материалов

толщиной свыше 3 мм

Пуансоны и матрицы простой формы

Пуансоны и матрицы сложной формы

Читать еще:  Режимы термообработки стали 65г

Пуансоны и матрицы с повышенной износоустойчивостью

Пуансоны, матрицы, прижимы

Пуансоны, матрицы, прижимы

Пуансоны, матрицы, прижимы с

Т вердость по Роквеллу HRC

Плиты штампов – верхние и нижние литые

Чугун СЧ 21-40, или СЧ 22-44, стальное литье ЗОЛ, 40Л

Стальное литье ЗОЛ, 40Л

Плиты пакетных штампов – верхние и нижние (прокат)

Сталь 35; 40 Ст. 5

Сферическую часть головки калить

Направляющие кол он к и

Сталь 20 Сталь 15

Цементировать на глубину 0,5-1,0 мм и калить

Сталь 20 Сталь 15

Втулки для шариковых направляющих

Пуансоно- и матрицедержатели

Сталь 35; 40 Ст. 5

Прокладки под пуансон

У8AСталь 10; 15; Ст.2

Сталь 10; 15; Ст 2 цементировать и ка­лить

Направляющие плиты для пакетных штампов, съемники

Сталь 40; 45 Ст. 5; Ст. 6

Прижимы, направляющие линейки

Сталь 40; 45 Ст. 5; Ст. 6

Материалы и термическая обработка различных деталей штампов

Продолжение табл и цы

Т вердость по Роквеллу HRC

Клинья и ползушки: для штампов малых и средних разме­ров

для штампов больших размеров литые с закаленными планками

У 0А: Х12Ф1 Сталь 45; 50 СЧ 24-44

Сталь 45; 50 Ст.2

Сталь 10; 15; Ст2 це­ментировать и калить

Рабочую часть калить

У8А (сталь серебрянка)

Толкатели, шпильки буферные

Цемен тировать и ка­лить головку винтов для стали Ст. 2 и Ст. 3

Для гибочных, вытяжных и формовочных штампов самым важным является способность материала сопротивляться истиранию при значи­тельных давлениях, т.е. обладать хорошей износоустойчивостью, а для формовочных штампов – также стойкостью ударному воздействию при работе в упор.

При штамповке деталей простой формы рабочие детали штампа изготовляют из инструментальной стали марок У8Л и У10А. При этом для штамповки из материала толщиной до 1 мм применяют сталь марки У8А, а при толщине до 3 – 4 мм – У10А.

При штамповке деталей сложной формы при массовом производ­стве, а также в тех случаях, когда рабочие части штампа испытывают большие напряжения во время работы, следует применять легированные стали марок 9ХС, ХВГ, XI2М, Х12ТФ и Х12Ф1 (см. табл. 8); твердость после закалки при этом должна составлять HRC 58-62. Рабочие части штампов рекомендуется азотировать.

При изготовлении крупных деталей и для формоизменяющих опе­раций широкое применение находят штампы, изготовленные из специ­альных чугунов, примерно следующего химического состава (в %): 3,0- 3,3 С; 1,6-2,2 Si; 1,6-2,0 Ni; 0,8-1,1 Cr; 0,6-1,0Мп; до 0,3P; до 0,1 S. Эти чугуны закаливаются в масле при температуре 850 С и отпускаются при 350 С. Твердость их НВ 350.

В последнее время для штампов находит применение «графитизированная сталь». Под этим подразумевают стали, содержащие после специального отжига некоторое количество графита свыше 0,7 % (угле­род отжига). Наличие в указанных сталях графита в виде микроскопиче­ски малых включений придает им антифрикционные свойства при штамповке (гибке, вытяжке и формовке), что исключает налипание и задиры материала и обеспечивает тем самым хорошее качество изделий и повышенную стойкость штампов.

При изготовлении штампов употребляют графитизированную сталь двух марок ЭИ 293 и ЭИ 366. Из стали ЭИ 293 изготовляют рабо­чие части гибочных и вытяжных штампов при штамповке материала толщиной до 2 мм, а из стали ЭИ 366 – рабочие части гибочных, вытяж­ных и даже вырубных штампов при толщине штампуемого материала до 4-5 мм. Стойкость штампов из графитизированной стали выше стойко­сти штампов, изготовленных из стали У8А, в 5-8 раз.

Матрицы для вытяжки мелких деталей при массовом производст­ве, а также в случае вытяжки с утонением, рекомендуется изготовлять в виде вставок – втулок или вкладышей из металлокерамических твердых сплавов ВК8, ВК12 и впаивать или впрессовывать их в специальные обоймы. Общая стойкость таких матриц достигает нескольких миллио­нов штук деталей.

Основы технологии производства летательных аппаратов: учеб, по­собие. /А.С. Чумадин, В.И. Ершов и др. М.: Наука и технологии, 2005. 912с.

Листовая штамповка: справ, конструктора штампов /под ред. Л.И. Рудмана. М.: Машиностроение, 1988.

Хмара С.М., Коломойцев А.Д. Инженерный метод расчета плит на прочность и жесткость //Труды ХАИ. № 1, 1967.

Шевелев В.В. Конструкции и основы проектирования универсаль­ных штампов. М.: Машиностроение, 1964.

Тимошенко С.П., Вайновский-Кригер. Пластинки и оболочки. М.: Машгиз, 1963.

Коломойцев А.А., Левченко В.В. К определению диаметра направ­ляющих колонок штампов расчетным путем // Вестник харьковского по­литехнического института. № 35. 1969.

Шумакова Л.С. Проектирование заготовительно-штамповочной ос­настки: учеб, пособие. М.: МАТИ, 1981.

Рис.Стандартизованные направляю­щие узлы и блоки:

а – направляющий узел скольжения с глал- кой колонкой и втулкой; б — направляющий узел скольжения со ступенчатыми колон­кой и втулкой; в – шариковый направляю­щий узел исполнения 1 (без промежуточ­ной плиты); вид на нижнюю плизу стан­дартных блоков (план низа) с расположе­нием направляющих узлов; г-диагональ­ным; д – задним; е – осевым; ж – с четырь­мя направляющими узлами;

I – нижняя плита; 2 – гладкая направляю­щая колонка; 3 — гладкая направляющая втулка; 4 – верхняя плита; 5 – ступенчатая направляющая колонка исполнения; 6 – ступенчатая направляющая колонка испол­нения; 7 – стопорное пружинное кольцо;

Ь стопорное кольцо; 9 – ступенчатая втул­ка; 10 – ступенчатая втулка шарикового на­правляющего узла; II – сепаратор; 12-сту­пенчатая колона шарикового направляю­щего узла

Основные размеры блоков и направляющих узлов Размеры,мм

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector