Сталь для пуансонов и матриц

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.

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.

Стали, применяемые для изготовления основных деталей, как штампов, так и пресс-форм, относятся к группе инструментальных. Технологические и механические свойства инструментальных сталей определяются наличием химических элементов, входящих в данную сталь. По химическому составу инструментальные стали делят на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Последние идут преимущественно на изготовление режущих инструментов, и поэтому в дальнейшем не рассматриваются.

Согласно ГОСТ 1435—74 маркировка углеродистых инструментальных сталей состоит из буквы У и следующих за ней цифр, указывающих на содержание углерода в десятых долях процента. Например, У10 — сталь инструментальная углеродистая с содержанием углерода 1%, У8А — с содержанием углерода 0,8%, буква А означает, что сталь имеет минимальное содержание вредных примесей, т. е. высококачественная.

По ГОСТ 5950—73 маркировка легированных инструментальных сталей состоит из ряда букв и цифр. Буквы указывают на наличие в стали определенных химических элементов, а цифры, стоящие непосредственно после буквы, указывают на процентное содержание соответствующего легирующего элемента в целых единицах процента (по массе).

Цифра 1 после буквы или ее отсутствие означает, что массовая доля легирующего элемента составляет около одного процента. Цифры, стоящие перед буквами, указывают на содержание углерода в сотых долях процента, если перед буквами нет цифр, это означает, что углерода содержится около 1%. Например, сталь 12ХН3 содержит 0,12% углерода, хрома (X) около 1% и никеля (Н)—3%.

В табл. 6 приведен перечень основных легирующих элементов, входящих в инструментальные стали, их обозначение и влияние на свойства стали, а в табл. 7 — химический состав наиболее употребительных марок инструментальных легированных сталей, применяемых для изготовления основных деталей штампов и пресс-форм.

6. Влияние легирующих элементов на свойства инструментальных сталей

Наименование элемента	Обозначение в марках	Влияние легирующего элемента
Хром Cr	X

Повышает режущие свойства и износостойкость, увеличивает прочность и прокаливаемость стали, что особенно важно для крупных пуансонов и матриц. При наличии свыше 2,5% повышает устойчивость стали против отпуска, особенно при нагреве инструмента до температур, выше 300° С. Вместе с марганцем уменьшает коробление при закалке.

Никель Ni Н

Вводят только в стали, предназначенные для инструментов, работающих с нагревом: штампы для горячего деформирования, пресс-формы для пластмасс, формы для литья металлов под давлением. Наряду с хромом он значительно увеличивает прокаливаемость стали и придает вязкость

Вольфрам W В

Повышает твердость и износостойкость стали, улучшает режущую способность инструмента. Введенный в сталь для пресс-форм, форм для литья металлов под давлением и штампов для горячего деформирования значительно повышает их стойкость при разогреве до высоких температур

Молибден Мо М

Вводится в высокохромистую сталь (например, Х12М, Х6Ф4М, 5ХНМ) для увеличения ее вязкости и повышения прокаливаемости. В штампах для горячего деформирования предохраняет от отпускной хрупкости, но резко повышает чувствительность стали к обезуглероживанию

Ванадий V Ф

Уменьшает хрупкость закаленной стали, предохраняет сталь от перегрева при закалке. В количестве свыше 1% в сочетании с хромом значительно повышает устойчивость против воздействия высоких температур

Кремний Si С

Увеличивает прокаливаемость стали, повышает стойкость против отпуска, но способствует обезуглероживанию при нагреве

Марганец Mn Г

Повышает прокаливаемость стали. В сочетании с хромом уменьшает коробление при закалке, но увеличивает склонность стали к перегреву

Титан Ti Т

Добавляется в сталь, предназначенную для штампов горячего деформирования, так как уменьшает ее склонность к перегреву. Повышает сопротивляемость коррозии

7. Средний состав легированных инструментальных сталей, наиболее часто применяемых для штампов холодной штамповки и пресс-форм

Марка стали Химический состав, % C Mn Si Cr Ni W Mo V X 1,0 0,3 0,3 1,5 — — — — Х12 2,1 0,3 0,3 12,0 — — — — Х12М 1,6 0,3 0,3 12,0 — — 0,5 0,2 Х12Ф1 1,4 0,3 0,3 12,0 — — — 0,8 ХВГ 1,0 1,0 0,3 1,0 — 1,5 — — ХВСГ 1,0 0,8 1,0 1,0 — 1,0 — 0,1 Х6ВФ 1,0 0,3 0,3 6,0 — 1,3 — 0,6 Х6Ф4М 1,0 0,3 0,4 6,0 — 0,7 0,7 4,0 3Х2В8Ф 0,4 0,3 0,3 2,5 0,3 8,0 — 0,4 4ХС 0,4 0,4 1,5 1,5 0,3 — — — 4ХВ2С 0,4 0,4 0,8 1,3 0,3 2,0 — — 5ХВ2С 0,5 0,4 0,8 1,3 0,3 2,3 — — 5ХНМ 0,5 0,6 0,3 0,7 1,6 — 0,3 — 5ХГМ 0,5 1,5 0,5 0,8 — — 0,3 — 5ХНВ 0,5 0,8 0,3 0,8 1,6 0,6 — — 5ХНСВ 0,5 0,5 0,8 1,5 1,0 0,6 0,5 — Х6Ф4М 1,7 0,3 0,3 6,0 — — 0,8 3,8 6ХС 0,6 0,4 0,8 1,1 — — — — 6ХВ2С 0,6 0,3 0,7 1,2 — 2,5 — — 6Х3ФС 0,6 0,3 0,5 3,0 — 0,4 0,3 7X3 0,7 0,3 0,3 3,5 0,3 — — — 7ХГ2ВМ 0,7 2,0 0,3 1,6 — 0,8 0,6 0,2 8ХФ 0,8 0,3 0,3 0,8 — — — 0,3 9ХС 0,9 0,5 1,5 1,0 — — — — 9ХФ 0,9 0,5 0,3 0,6 — — — 0,3 ХВГ 0,6 1,1 0,3 0,8 — 0,8 — — 11ХФ 1,1 0,6 0,3 0,6 0,3 — — 0,3

В табл. 8 приведен сортамент выпускаемых металлургической промышленностью сталей, применяемых в инструментальном производстве, а в табл. 9, 10 и 11 даны рекомендации по применению соответствующих марок сталей при изготовлении штампов и пресс-форм.

8. Сортамент инструментальных сталей

ГОСТ	Наименование стали	Параметры профиля	Размер, мм
103-76	Сталь прокатная полосовая	Ширина Толщина	12-200 4-60
1133-71	Сталь кованая круглая и квадратная	Диаметр, сторона квадрата	40-200
2590-71	Сталь горячекатаная круглая	Диаметр	5-250
2591-71	Сталь горячекатаная квадратная	Сторона квадрата	5-200
2879-69	Сталь горячекатаная шестигранная	Диаметр вписанного круга	8-100
4405-75	Сталь полосовая горячекатаная и кованая инструментальная	Ширина Толщина	12-300 3-80
4693-77	Сталь прокатная. Заготовка квадратная	Сторона квадрата	40-250
7417-75	Сталь калиброванная круглая	Диаметр	3-100
8559-75	Сталь калиброванная квадратная	Сторона квадрата	3-100
8560-67	Сталь калиброванная шестигранная	Диаметр вписанного круга	3-100
14955-77	Сталь круглая со специальной отделкой поверхности (серебрянка)	Диаметр	0,2-30

9. Рекомендуемые материалы и их твердость для рабочих деталей штампов

Тип штампа	Детали штампа	Марка материала	Твердость HRC
Вырубной, пробивной, обрезной

Пуансоны и матрицы простой формы для материалов толщиной до 3 мм (режущие секции с простым контуром резания), ножи для резки отходов

У8А, У10А, 8X3 56-60

Пуансоны и матрицы сложной формы, а также для материалов толщиной свыше 3 мм

Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ, 9ХВГ, 5ХВ2С, 7ХГ2ВМ 54-58 Гибочный

Пуансоны и матрицы простой формы

У8А, У10А, У8, У10, модифицированный чугун МСЧ 32—52, 8ХФ 58-60

Пуансоны и матрицы сложной формы

У10А, X12, 9ХС, X, ХВГ 58-60

Пуансоны и матрицы с повышенной износоустойчивостью

Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ 56-58 Вытяжной и формовочный

Пуансоны, матрицы, прижимы простой формы

У8А, У10А, Х12, 9ХС, ХВГ, МСЧ 32—52, ВК8 58-60

Пуансоны, матрицы, прижимы сложной формы

У10А, Х12М, 9ХС, ХВГ, ВК15 58-60

Пуансоны, матрицы, прижимы с повышенной износоустойчивостью

Х12М, Х12Ф1, ВК8, ВК15 60-62 Чеканочный

Пуансоны и матрицы простой формы

У10А, X12, 7X3, Х12М, 8ХФ 58-60

Пуансоны и матрицы сложной формы

Х12М, Х12Ф1, 9ХС, ХВГ, Х6ВФ, Х12ТФ, ВК25 58-60 Высадочный

Пуансоны, матрицы, выталкиватели простой формы и для высадки углеродистой стали

У8А, У10А, 7X3, Х12М 55-59

Пуансоны, матрицы, выталкиватели сложной формы и для высадки легированных сталей

Х12Ф1,Р12, Р9 58-60 Для матрицы с твердосплавной вставкой: корпус 40Х, 20Х 40-45 обойма У8А, У10А 53-58 вставка ВК20, ВК25 HRA 88-90 Для объемной штамповки

Пуансоны, матрицы, выталкиватели простой формы, условия работы нетяжелые (Р 2 )

Х12М, Х12Ф1,У10А, 9ХС, 7ХГ2ВМ, 7X3, Х12ВМ Закалка 60-62,
отпуск 58-60

Пуансоны, матрицы, выталкиватели сложной формы, условия работы тяжелые

Х12Ф1, Х6ВФ, Р12, Р9 Закалка 62-64,
отпуск 58-60 Для выдавливания и калибровки

Пуансоны для холодного выдавливания алюминия

У10А, Х12М, 5ХВ2С, 9ХС

То же для меди, латуни стали

Р12, Р9, 7ХГ2ВМ Х12М 60-62

Матрицы для холодного выдавливания алюминия

То же для меди, латуни

Х12М, Р12, Х12Ф1, Р9 60-62

1. Для матриц сталь У8А, У9А и 8X3 не применяется.

2. Для изготовления штампов, используемых для небольших партий деталей (до 10 000 шт.) из мягких сталей, цветных металлов и неметаллических материалов толщиной до 1 мм, допускается применять стали марок 45 и 50 с закалкой до 40 HRC.

3. При изготовлении штампов для вытяжки деталей из нержавеющих сталей рекомендуется применять чугун СЧ 32—52 или твердые сплавы ВК8, ВК 15.

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

10. Рекомендуемые материалы и их термическая обработка для вспомогательных деталей штампов

Детали штампов Марка материала Твердость, HRC Примечания

Плиты штампов — верхние и нижние литые

Чугун СЧ 21—40 или СЧ 24—44;
стальное литье 30Л, 40Л — — Плиты пакетных штампов верхние и нижние (прокат) Сталь 35, 40, Ст5, Ст3 — — Хвостовики простые Сталь 35, 40, Ст5 — — Хвостовики плавающие У8А, сталь 40, 45 45-50 Сферическую часть головки калить Направляющие колонки и втулки Сталь 20, 15 55-60 Цементировать на глубину 0,5— 1,0 мм и калить Втулки для шариковых направляющих Х12, X 58-60 Калить Пуансонодержатели и матрицедержатели Сталь 35, 40, Ст5 — — Прокладки под пуансон У8А, сталь 10,15, Ст2 45—50 Сталь 10, 15, Ст2 цементировать и калить Направляющие плиты для пакетных штампов, съемники Сталь 40, 45, Ст5, Ст6 — — Прижимы, направляющие линейки Сталь 40, 45, Ст5, Ст6 — — Клинья и ползушки: для штампов малых и средних размеров У10А, Х12Ф1, Х12 56-58 и выше Азотировать для штампов больших размеров Сталь 45, 50 — — литые с закаленными планками СЧ 24—44 — — Упоры У8А, сталь 10, 15, 45, 50, Ст2 50-55 Сталь 10; 15, Ст2 цементировать и калить Ловители У8А, У10А 50-55 Рабочую часть калить Штифты У8А (серебрянка) Сталь 45, Ст5, Ст6 45-50 Рабочую часть калить Толкатели, шпильки буферные Сталь 40, 45, Ст5 Ст6 — — Винты, болты Сталь 35, 40, Ст2, Ст3 40—45 Цементировать и калить головку винтов для стали Пружины 65Г, 60С2, рояльная проволока 40-45 Ст2 и Ст3 Прокладки резиновые для съемников, прижимов, буферов Резина средняя 2959, резина 922 — —

То же, для съемников сложной конструкции

Резина 2462, резина 3465Н-4 — —

11. Марки сталей, рекомендуемые для изготовления деталей пресс-форм

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.

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.