Расчет исполнительных размеров матриц и пуансонов разделительных штампов

Пуансон и матрица

Пуансон и матрица — технологическая формообразующая оснастка промышленных станков, которая меняет параметры металла, бетона и иных материалов: размеры, конфигурацию поверхности.

Закажите пуансоны, матрицы! Высылайте чертежи на Цех. Высокое качество, выгодная цена!

Комплекты пуансон-матрица – главные рабочие узлы в производстве и обработке металлических изделий. С помощью пуансонов осуществляется маркировка, штамповка, прессовка, просечка, вырубка металлических заготовок, литье деталей, гибка листового металла. Эти комплекты используются и при изготовлении строительных материалов (блоков шлаковых, газобетонных с фигурными полостями плит перекрытий и т.д.). А еще , кирпичей, плитки облицовочной, тротуарной.

Матрица представляет собой основу (короб), в которую вкладывается заготовка. Матрица задает параметры будущей детали, выступает ответным узлом пуансона, профили совпадают.

Пуансон – инструмент, действующий в роли замыкающего элемента системы. Он образует форму изделия сверху, работает в качестве пресса, маркировщика, либо штампа.

Материалы для пуансона и матрицы

В ходе производства оснастка претерпевает следующие воздействия:

1. Повышенное давление;
2. Высокотемпературный фон (при горячих процессах);
3. Холодные температуры (во внештатных случаях принудительного охлаждения);
4. Резкие перепады температурной среды;
5. Контакт с жидкостной средой.

С учетом перечисленных факторов матрица и пуансон для штампа должны быть изготовлены из материала с следующими качествами:

• повышенная прочность;
• стойкость перед износом;
• устойчивость перед коррозией.

Кроме того, при нагревании материал не должен сильно менять размеры – это чревато порчей изготавливаемых деталей. Учитывается и то, что некоторые материалы при повышенном температурном фоне изменяют свойства. Так, легированная сталь под воздействием жара приобретает хрупкость, поэтому пуансоны из нее для горячих процессов не используют.

Особенности производства

Процесс производства матриц для пресса – трудоемкая и технологичная задача, к которой предъявляются особые критерии. В результате чего, для того чтобы улучшить качественные характеристики конструкции, их изготавливают разъемными. Для производства матриц используется различный металл. Небольшие партии выпускаются из низкоуглеродистой стали, подвергающейся закалке. В массовом потоке применяется углеродистая или инструментальная легированная сталь. После детали подвергаются закалке.

Матрицы для пресса отличаются:

1. Износостойкость;
2. Антикоррозийные характеристики;
3. Высокий показатель прочности.

В большинстве случаев для производства этой продукции применяются высококачественные стальные и алюминиевые сплавы, после они подвергаются закалке и шлифовке. Твердость рабочей поверхности достигает показателя 60 HRC.

Рекомендованные металлы для пуансонов и матриц

Для холодных процессов:

• сталь повышенной прочности, прокаливаемости (степень закалки — до твердости 55-65 HRC);
• сталь инструментальная, марка 6ХВ2С.Твердость пуансона должна иметь указанные значения по всей его высоте, твердость матрицы — на расстоянии 5 мм по рабочей линии, на глубине половины высоты.

Для горячих процессов:

• высокопрочные износостойкие стали, стойкие к температурам деформирования. Материал пуансона прочнее материала производимого изделия, основа же не только из металлов, но и из резины, полиуретана (твердость 98 ед. по Шору). Иногда для основы могут быть использованы легко разрушаемые материалы (глина, гипс): например, если требуется отлить детали со сквозными проемами.

Доводка и испытание пресс-формы

На третьем этапе осуществляется доводка пресс-формы до производства изделия требуемого качества и с заданным временем производственного цикла. Получение пресс-формы заданного качества – основная цель всех описанных выше процессов, и если пресс-форма в рабочих условиях не показывает заданных результатов, необходимо искать ошибки на первых двух этапах. От качества изготовления пресс-формы напрямую зависит длительность доводки пресс-формы – чем тщательней выполнена работа, чем меньшее время потребуется на ее доводку. Испытание пресс-формы проводится в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации пресс-формы. Важнейшей частью этого процесса является оборудование, на котором осуществляется испытание пресс-форм – термопластавтоматы – в идеале, установленное для испытания пресс-формы оборудование должно соответствовать оборудованию, на котором будет осуществлять производство пластиковых изделий. Не каждое предприятие, специализирующееся на изготовлении пресс-форм и технологической оснастки, способно спроектировать и изготовить пресс-форму на сложное пластмассовое изделие, соответствующую высоким требованиям современного потребителя. При этом расходы весьма значительны — необходимы высококвалифицированный персонал, время, дорогостоящие материалы и специализированное оборудование для производства пресс-форм. Все это в конечном итоге сказывается на цене. Стоимость нового инструмента из высококачественной стали составляет от 50 до 500 тыс. евро. Автор: Академия Коньюктуры Промышленных Рынков ПластЭксперт рекомендует: Статья о том, как выбрать изготовителя прессформы для литья пластмасс

Типы и виды пуансонов и матриц

Типы пуансонов различаются конструкцией, которая продиктована технологическим назначением:

• пробивные, просечные;
• вырубные;
• прошивочные;
• формовочные;
• гибочные.

Каждый тип инструмента предназначен для выполнения операций, в каталоге находятся фото пуансонов всех видов.

Пробивной пуансон: выполняет пробивку, просечку отверстий в листовом материале, отделяет часть материала, образуя внутренний замкнутый контур. Может быть использован для перфорации листового материала. Часто оборудован отлипателем для сброса высеченной детали.

Вырубной пуансон (шплинтон): отделяет заготовки внешний замкнутый контур детали. Пуансон вырубного штампа в зависимости конфигурации может вырубать металл под углами с 1 градуса, в 1-2 этапа. Пуансон вырубной и матрица чаще используются для работы с материалом толщиной до 1,5 мм.

Прошивочный пуансон для пресса: создает в заготовке отверстия (сквозные/глухие) путем вытеснения металла. Может быть сплошным/пустотелым, создавая отверстия малых, либо больших (500-800 мм) диаметров соответственно.

Формовочный пуансон: создает из металлического листа объемное рельефное изделие замкнутого контура, часто за один этап.

Гибочный пуансон: сгибает металл по заданной линии, вдавливаясь в заготовку на требуемую глубину, тем самым формируя гиб.

Деталь пуансон может иметь разную форму: простую геометрическую (цилиндр, шестигранник, квадрат, прямоугольник), либо фасонную (сложную), которая применяется для создания деталей со сложным контуром.

По типу своей конструкции матрица может быть

• Цельная матрица: для работы с деталями простого наружного контура.
• Сложная матрица: для обработки сложно контурных изделий.
• Сборная матрица: изготавливается на высокоточном станковом оборудовании с применением минимума ручных работ. Чтобы начать работу, достаточно лишь быстро, без затруднений запрессовать ее элементы в обойму.
• Составная матрица: состоит из нескольких идентичных модулей. Применяется в пресс-формах с несколькими гнездами.Разъемные основы применяются, если будущее изделие имеет сложную геометрию. Чаще всего используют простые модули.

В зависимости от характеристик производимого изделия, пуансон и матрица могут применяться как взаимодополняющие части комплекта, либо по отдельности. Так, основа может быть использована без пуансона, если требуется изготовить деталь с плоской подошвой. При производстве строительных материалов в некоторых случаях его применение также не требуется: например, при формовании стандартного кирпича, когда качество поверхности не имеет важности. Если штампуется листовой материал, работы могут быть проведены без модуля основы — под заготовку помещают лишь ровное основание.

Конструкторско-технологическая подготовка производства

Первый этап производства пресс-формы включает подготовка эскизов изделия (эскизная графика), построение 3D модели, фотореалистическуювизуализацию. Проектирование пресс-формы включает в себя конструкторскую проработку модели и разделение сборочной модели на отдельные конструктивные элементы. Подготовка каждого конкретного элемента, оформление линии разъёма детали а также шиберов, знаков, вставок и местности пресс-формы. Особое значение имеет литниковая система. Избежать или максимально уменьшить коробление, разводы, слитины и другие дефекты можно используя компьютерное моделирование процесса заполнения формы. Также при этом можно контролировать распределение температуры расплава, скоростей потока и другие параметры. На начальном этапе производства пресс-формы все существующие идеи, чертежи переносятся на компьютер, на котором с помощью определенных программ осуществляется проектирование пресс-форм. При проектировании пресс-форм применяются CAD/CAM системы, автоматизированного, сквозного проектирования. Система проектирования пресс-форм Mold-Works для SolidWorks предназначена для автоматизации труда конструктора и выполнения задач автоматизированной компоновки пресс-форм. Проверка пресс-формы на «проливаемость» проводиться на компьютере с помощью Mold — flow анализа. Ведущими поставщиками программного обеспечения для компьютеров в области проектирования и изготовления пресс-форм, штампов — являются компании Unigraphics, ProEngineer, Cimatron. Первый этап крайне важен для определения необходимого объема работ на втором этапе изготовления пресс-формы, так как определяется необходимый набор стандартных и специальных изделий, необходимых для изготовления пресс-формы. Изготовление пресс-формы Второй этап производства пресс-формы включает конструирование (заказ стандартных частей, обработка заготовок, изготовление специальных элементов пресс-формы), прототипирование, и непосредственно сборка пресс-формы.

Особенности матриц и пуансонов

Чтобы выпускаемые изделия имели надлежащее высокое качество, геометрические размеры модулей оснастки должны быть чрезвычайно точными, соответствовать друг другу, их поверхность абсолютно гладкой, линия среза – ровная, точная, а пресс должен быть точно отцентрован. Для обеспечения этих показателей инструмент подвергается двойному шлифованию (черновому, чистовому), полировке, заточке. Модули фасонного типа производят путем технологического оттиска, а сложно контурные изготавливают на фрезерных, строгальных станочных агрегатах. Затем оснастка проходит закалку под высокими (около 780°) температурами.

В случаях, если конфигурация пуансона сложнее матрицы, в первую очередь изготавливают его, а затем по его оттиску создают основу. Особый контроль ведется за соблюдением величины зазора между узлами. Просвет соблюдают посредством независимой обработки, либо взаимной подгонки.

При достойном качестве комплекта он прослужит долго, даст точную линию среза, а изготовленные на нем детали не потребуют дополнительной обработки.

Пуансон и матрица в штампе выгодны своей многофункциональностью, универсальностью, практичностью. Во время работы такая оснастка легко и без дополнительных усилий монтируется/демонтируется, наносимые на нее покрытия равномерно осаждаются по всей поверхности, доступна функция планетарного вращения.

Сервисное обслуживание оснастки не затруднительно: требуется систематически очищать поверхность от металлических, бетонных и прочих остатков (с помощью скребков, щеток), промывать напором водной струи с последующей просушкой.

Изношенные комплекты не восстанавливаются, а своевременно заменяются на новые, поскольку их поверхность истирается, их размеры теряют нужную величину, точность. Инструмент, изготовленный из материала, подобранного под конкретную задачу, функционирует без потери качества до нескольких лет (4-6 максимально). Поэтому приобретение оснастки с большим запасом прочности и сроком службы рациональнее, чем частая замена менее прочных комплектов.

Обработка пресс-формы

Основная часть обработки элементов пресс-формы проводится на фрезерных станках с ЧПУ и электроэрозионных станках. Технология обработки предполагает три стадии механической обработки и три — термообработки: Отжиг — черновая обработка — нормализация — получистовая обработка — закалка — окончательная обработка — хромирование. • Отжиг необходим любой заготовке для снятия остаточных напряжений; • При черновой обработке снимается основное количество материала, припуски на рабочие поверхности — 0.5-2 мм. • Нормализация (отжиг) необходима для снятия основных напряжений в заготовке, это уменьшает риск больших поводок при закалке. • Получистовая обработка проводится с припуском 0.3-0.1 мм. В процессе этой обработки делается максимально возможная выборка по некаленому материалу и готовится поверхность для окончательной чистовой обработки. • Закалка — это очень ответственный момент всей технологии. Если не допущены грубые ошибки в технологии, то закалка не выходит за пределы разумного риска. Этот этап обработки особенно важен, так как именно в этот момент выполняются все точные обработки. Для достижения необходимой точности обработки часто требуется специальный дорогостоящий инструмент, оправки и приспособления, все работы проводятся импортным высококачественным инструментом. • Полировка, подгонка и сборка. Это работа слесаря-инструментальщика. Для каждой конкретной пресс-формы содержание этой работы может быть различным, именно здесь обнаруживаются и исправляются все ошибки. Иногда сборка и испытание пресс-формы вызывает неожиданные проблемы, что увеличивает сроки изготовления. • Хромирование необходимо для получения высокой поверхностной твердости деталей пресс-формы, подвергающихся повышенному износу. Матрица имеющая твердость 44-46 HRc имеет гарантированный ресурс работы 600-700 тыс. циклов. Срок службы хромированной формообразующей пресс-формы значительно выше. Описанные этапы изготовления пресс-формы в общих чертах раскрывают технологию и позволяют заказчику сопоставить цену работы и её содержание.

Принцип работы матрицы

В матрицу, либо в пространство между ней и пуансоном помещают заготовку, либо заливают исходную смесь. Пуансон непосредственно, либо передавая усилие через пресс-шайбу, давит на материал, прижимая его к матрице, либо продавливая его сквозь нее. Если материал сыпучий, дополнительно может быть применено воздействие вибрацией с целью увеличения плотности.

Роль зазора между матрицей и пуансоном

Величина зазора между пуансоном и матрицей определяет чистоту, ровность среза, и зависит от:

• вида выполняемой операции;
• типа, толщины исходного материала.

Рекомендованный просвет — 4-16% толщины обрабатываемого материала. Допустима штамповка с помощью пуансона с зазором в 30%, если его кромки достаточно остры. Однако при этом изготовленные детали будут иметь лишь удовлетворительное качество. Во время работы у режущих кромок пуансона и матрицы образуются поверхности сдвига. Они должны совпадать между собой и формировать общую поверхность скалывания. Это происходит, только если зазор между элементами оснастки оптимален.

Причины чрезвычайной важности величины просвета:

1. Преуменьшенный зазор провоцирует расслоения, разрывы на поверхности среза. Это происходит из-за несовпадения скалывающих трещин, формирующих перемычку, впоследствии трансформирующуюся в заусенец.
2. Преувеличенный зазор сопровождается изгибом материала и приводит к округлению кромок детали, если заготовка толстая. Разрыву тонкой заготовки, растянутости и зазубренности ее граней.

Неправильно подобранный зазор приводит к отрицательным последствиям:

• низкое качество краев обработанной детали, отверстий;
• деформация материала;
• медленный съем листа;
• усиленное истирание поверхности инструмента, влекущее сокращение период службы;
• затраты дополнительных усилий;
• упрочнение возникших заусенец деформацией;
• аномальное повышение температуры.

Правильно подобранный зазор обеспечивает:

• чистоту, гладкость кромок детали, отверстий;
• отсутствие деформаций материала;
• легкий съем листа;
• период службы инструмента (2-3 года).

Определить правильность зазора можно по следующим признакам.

1. Слишком малый просвет дает на высечке излом под малым углом к малому гладкому участку.
2. Большой просвет формирует на высечке грубый излом под большим углом к малому гладкому участку.
3. Оптимальный зазор обеспечивает одинаковый угол верхнего и нижнего изломов, равномерность между собой.

Использование пуансонов и матриц при производстве, обработке материалов чрезвычайно ускоряет изготовление однотипных деталей, удешевляет штучное производство. Комплекты изготовлены не только для промышленных предприятий, но и для использования в бытовых масштабах.

Элементы системы охлаждения

Цикл литья более чем на 50% состоит из ремени охлаждения отливки. Для сосздания надежной в работе системы охлажения пресс-формы, технологичной в изготовлении и ремонтнопригодной при эксплуатации, предлагаются разнообразные стандартные детали: быстросъемные соединения, переливы, фортанирующие трубки, турбулизаторы, тепловые требки, теплоотводящие знаки, уплотнительные кольца, зглушки и пробки. Подключение сситемы охлаждения пресс-формы к шлангам источника хладагена (термостат, охладитель, оборотная цеховая магистраль) рекомендуется проводить быстросъемными соединениями, состоящими из ниппеля и муфты. Элементы системы охлаждения, как правило, присутствуют в каталогах производителей стандартных деталей для пресс-форм. В тоже время существуют компании, специализирующиеся на производстве элементов систем охлаждения.