Пуансон и матрица для изготовления крыльев авиамоделей

Марки штамповых сталей

Марки штамповых сталей и химический состав регламентируются ГОСТ 5950-73 «Прутки и полосы из инструментальной легированной стали. Технические условия».

Для изготовления молотовых и прессовых штампов получили распространение стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНВС.5XНГМ. Полноценным заменителем дефицитных хромоникелевых сталей 5ХНВ и 5ХНМ является безникелевая сталь 4ХСМФ. Дешевыми сталями для высадочных штампов являются марки 4ХВ2С, 5ХВ2С, 7X3, 8X3.

При штамповке труднодеформируемых сплавов применяют высоколегированные стали 4ХЗВМФ, 4Х5В2ФС, 4Х5МФС, 4Х4ВМФС, 6ХЗВЗМФС, 5Х2ВМНФ и др. Эти же стали целесообразно применять для изготовления высоконагруженных детали штампов при выездке и выдавливании на ГКМ, ГШКП, горячевысадочных автоматах, высокоскоростных машинах.

Для повышения износостойкости и теплостойкости штамповых вставок, пуансонов и матриц широко применяют химико-термическую обработку поверхности ручья. Например, очень эффективно азотирование сравнительно небольших по габаритам вставок штампов ГШКП. Рабочие элементы обрезных штампов изготовляют из хромистых сталей типа 7X3, 6X3. Реже применяют стали 5ХНВ, 5ХГМ1, 4ХВ2С. Часто режущие кромки деталей штампа, выполненных из стали 45, наплавляют твердым сплавом.

Блоки для молотовых вставок, матриц для высадки изготовляю из сталей 40ХЛ, 40Л. При жидкой штамповке для инструмента используют стали 4Х5В2ФС, 4Х5ЭДФС, ЗХ2В8Ф; для изотермической штамповки титановых сплавов и сталей применяют жаропрочные сплавы на никелевой основе типа ЖС6К, ЖС6У, керамические и металлокерамические сплавы, сплавы на основе молибдена.

Весьма перспективно при горячей объемной штамповке применение литых штампов, изготовляемых вместе с ручьями. Для литых штампов используют стали, в основном, подобные по составу сталям для ковочных штампов. Применение литых штампов повышает стойкость инструмента, снижает трудоемкость изготовления штамповой оснастки, позволяет более экономно расходовать стали за счет многократного переплава изношенного штампа и др.

Детали штампов для холодного объемного деформирования изготовляют из высокоуглеродистых (У10А), среднелегированных (9ХС, ХВГ) и высоколегированных (Х12М, Х12Ф1, Х6ВФ, Р18 и др.) сталей. Стали У10А, 9ХС, ХВГ обладают сравнительно невысокой прочностью, поэтому их используют в основном для малонагруженных элементов штампа (выталкивателей, опорных прокладок и т.п.). Высоколегированные стали после термической обработки приобретают высокие показатели твердости, прочности и вязкости .

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.

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.

Материалы для пуансонов и матриц

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 У10А	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 У8А*	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 У10А	ГОСТ 1435-54
Пуансоны и матрицы гибочные и формовочные простой формы	Сталь У8А	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 У10А	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 У8А	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.

Из каких материалов чаще всего делаются матрицы?

Алюминий и мягкие металлы

Алюминий используется для создания матриц в Москве благодаря своей мягкости и долговечности. Одновременно с этим данный материал является наиболее дорогим среди аналогов, а процесс его обработки занимает много времени. Лучше всего из металла делать матрицы, предназначенные для производства крупных партий изделий.

МДФ

Матрица создается при помощи ЧПУ-станков для фрезеровки. Сначала делается 3D-проект на компьютере, а затем начинает работать фрезеровальный станок. Использование станка очень сильно повышает точность работы, а также сокращает затраты и время на нее. Требуемая высота готовой матрицы достигается путем склейки МДФ-плит, а верхний слой дополнительно пропитывается специальным составом. Тем не менее, такие матрицы недолговечны и редко выдерживают более 10 съемов.

Модельные плиты

Как и в случае с МДФ, матрица выполняется с использованием ЧПУ-станков. Общий порядок работы очень похож на процесс с МДФ. Основное отличие в том, что модельные плиты гораздо прочнее и могут эксплуатироваться до нескольких десятков раз дольше. Из минусов — достаточно высокая стоимость, но все-таки ниже, чем у металлических вариантов.

Изготовление пуансона коронки мормышки

Для изготовления пуансона от прутка подходящего профиля отрезаем часть металла длиной 7-8 см. Профили заготовок пуансонов наиболее близкие к очертаниям некоторых мормышек показаны на чертеже.

Срезам (торцам) заготовок пуансонов напильником (надфилями) придаем формы верхних поверхностей понравившихся нам мормышек. Черновую обработку можно сделать на электрическом наждачном круге.

Затем рабочие поверхности изготовленных пуансонов следует отшлифовать наждачной бумагой. (Кстати, в металлургии существуют довольно-таки твердые марки бронзы, к ним тоже стоит присмотреться.)

Пуансоны с профилями поверхностей мормышек можно изготовить из сварочных электродов различного диаметра. Слой флюса с них нужно удалить. Для самостоятельного изготовления мормышек продолговатой овальной формы, рабочий конец стержня электрода следует максимально нагреть и расплющить молотком.

Полностью изготовленные стальные пуансоны с готовыми профилями мормышек желательно закалить. Для этого выколотку зажимаем между губок пассатижей, рабочее окончание пуансона разогреваем до максимальной температуры над горелкой газовой плиты и сразу опускаем в воду.

Где используются матрица и пуансон?

Литье

В матрицу, либо в полость между матрицей и пуансоном, заливается расплав. После застывания компоненты формы разъединяются, готовое изделие готово к финишной обработке (если таковая предусмотрена технологическим процессом).
Если изделие по техническим условиям имеет плоскую подошву, пуансон не требуется. Расплав заливается в матрицу, до образования ровной поверхности. При сложной форме изделия, матрица может быть составной (разъемной).

Штамповка

Используется матрица и пуансон, между которыми формируется деталь. Если обрабатывается металл, заготовка размещается между элементами, и с помощью пресса принимает нужную форму.

Для качественного штампа, требуется точное соответствие размеров и зазора между элементами. При этом: матрица – это зеркальное отображение нижней части детали, соответственно пуансон – это перевернутая копия верхней части.

Важно! Материал должен быть намного прочнее, чем заготовка. Особенно это касается крупносерийного производства

Матрица и пуансон изготавливаются вручную (или с помощью координатного фрезерного станка с ЧПУ).

Просечка (вырубка)

Штамповку деталей из крупногабаритной заготовки (например, стального листа или ленты) можно ускорить, если пуансон будет не только формировать изделие, но и отделять его от общего массива. В этом случае края матрицы и пуансона представляют собой режущую кромку, которая как бы вырубает деталь из листа.

Подобный способ применяется при массовом производстве одинаковых деталей. Причем одинаковых форм для вырубки может быть несколько, для ускорения процесса.

Зазор между матрицей и пуансоном должен быть минимальным, а центровка на прессе точной. Иначе края изготавливаемой детали будут рваными, с заусенцами.

При использовании качественного (и не изношенного) комплекта, продукция не требует дополнительной обработки. Это ускоряет и удешевляет производство.

В некоторых случаях роль пресса выполняет молот. Изделия не выдавливаются, а выбиваются из листа. Форма и рисунок на поверхности образуются при ударной нагрузке.

• Нанесение штампов (оттисков). Достаточно распространенный способ применения пуансонов, матрица используется не всегда. При нанесении оттиска на листовой материал, снизу под заготовку достаточно подложить ровное основание.
• Тиснение пуансоном может быть как вогнутым, таки и выпуклым. Принципиальной разницы в технологии нанесения нет, но при создании выпуклого отпечатка, усилие значительно выше.

По мере износа, заточка (восстановление) не производится, поскольку снимаемый слой материала изменяет размеры. Насадки пресса просто утилизируются. При изготовлении применяется легированная сталь, обязательно проводится закаливание.

Качественные изделия служат по несколько лет. Целесообразно закладывать большой запас прочности, даже если это влечет за собой увеличение стоимости. Заказ нового комплекта, равно как и простой станка при замене насадок, это дополнительные издержки.

Еще одна характеристика матрицы и пуансона – температурная стойкость. Материал не должен существенно менять размер при нагревании, которое неизбежно во время интенсивного использования.

Разумеется, разработчики закладывают температурные зазоры, но лучше предусмотреть принудительное охлаждение зоны работ. Мы рассмотрели, что такое матрица и пуансон при производстве металлических (пластиковых, кожанных) изделий. Кроме этого, подобная технология применяется в строительстве.

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.

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.

Из каких материалов изготавливают пуансоны и матрицы?

Матрица является основой данного приспособления и всегда представлена только в металле, как и (материалы пуансона), однако, их разновидности варьируются в зависимости от температуры при осуществлении процесса давления. Ведь при горячем прессовании показатели очень велики. Именно этот нюанс и диктует из чего должно быть изготовлено оборудование, чтобы не расплавиться и не деформироваться.

1. При осуществлении холодных процессов используются высокопрочная сталь, способная выдержать уровень накаливания до 54-65 HRC. На замену ей может выступить материал марки 6ХВ2С. Их основными характеристиками является высокая прочность, устойчивость к повреждениям и антикоррозийные свойства. Категорически запрещено использование легализованной стали, так как они под воздействием высоких температур становятся более хрупкими и теряют свою износоустойчивость.
2. Горячие процессы предполагают собой работу с очень высокими температурами. При этом сталь деталей пуансона не должна подвергаться деформации во время штампования. Поэтому материалы используют с повышенной износоустойчивостью.
3. Прогресс движется вперёд и уже на производстве широко используются новые материалы, такие как полиуретан. Он обладает не только устойчивостью к деформации, но и эластичными свойствами в совокупностью с высокой твердостью до 98 ед. по Шору после застывания, что делает его уникальным сырьём.
4. Матрица же может быть изготовлена ещё и из резины, помимо других материалов.

Формы коронок мормышек

Популярные формы коронок самодельных мормышек прорисованы на чертеже. По выбранным очертания верхних поверхностей приманок изготавливаем пуансоны, с помощью которых в матрице штампуются коронки мормышек.

Синим цветом очерчены контуры заготовок — коронок самодельных мормышек для зимних или летних рыбалок.

Оранжевый цвет соответствует форме залитого в коронку припоя после механической обработки самоделки.

Формы рабочих окончаний выколоток позволяют увеличить объем в полости любой коронки путем увеличения глубины пробитой в алюминии полости. С помощью такой нехитрой операции можно увеличить вместе с объемом и вес готовой самодельной мормышки при неизменной форме самоделки.

Черной пастой показано направление впаянного в самодельную мормышку цевья крючка.

В третьей слева мормышке в форме «шестигранника» цевье крючка можно впаять в угол между боковыми гранями или посредине одного из боковых ребер будущей самодельной мормышки.

Сравните и убедитесь, — очертания показанных на снимке заготовок самодельных мормышек, соответствуют формам рабочих поверхностей моих выколоток — пуансонов.

Для летних рыбалок больше подходят самодельные мормышки приплюснутой формы, обладающие планирующими свойствами. Для управления мормышками на подсечку телескопической удочки ставлю боковой кивок.

Но повторюсь еще раз, формы самодельных мормышек для ваших рыбалок могут быть совершенно другими. Просто под них по-другому следует заточить рабочие торцы пуансонов.

На всякий случай (на любителя) изобразил разнообразные формы коронок еще десятка ходовых на летних и зимних рыбалках самодельных мормышек. Для некоторых самоделок изготовление пуансонов в домашних условиях потребует больших временных затрат. Но, поверьте, ваша работа будет компенсирована уловами рыбы.

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