Деталей штампа и их твердости

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 HRC_э = 40...45, при программе выпуска до 5000 шт. — не менее HRC_э = 52...56. Твердость стальных матриц и пуансонов, предназначенных для штамповки больших партий заготовок, зависит от условий работы (табл.5).

Таблица 5

Влияние условий работы на твердость матриц и пуансонов

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.

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 (HRC_э = 50...54), упоры, не связанные с выполнением точных размеров, подвергают термообработке до твердости HRC_э=40...45. При более жестких условиях работы их твердость должна повышаться до HRC_э=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 HRC_э=50...54, а для второго HRC_э = 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 HRC_э = 56...60. В штампах для тихоходных прессов (не более 20 ходов в мин) эти детали могут иметь твердость HRC_э = 40...50. Однако, если условия работы тяжелые (большая глубина вытяжки, резкие переходы на рабочей поверхности), то твердость материала деталей должна быть достаточно высокой (HRC_э = 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].