Сталь для прессформ и штампов

Обновлено: 08.05.2024

Основными марками стали, применяемыми для изготовления горячих штампов, являются 5ХГМ, 4ХС, 7X3, 30ХГС и 35ХМЮА, а для особо ответственного назначения в очень тяжелых условиях работы: для штампов— сталь 5ХНМ, 4ХВС и ЭИ 160 и для прессформ — сталь 3ХВ8. Для небольших по размерам штампов простой формы, работающих в сравнительно легких условиях, применяют также углеродистую сталь марки У7. Назначение этих марок стали для основных типов штампового инструмента подробно приведено в табл. 6.

На фиг. 85 показано изменение механических свойств стали 5ХНМ и 5ХГМ при повышенных температурах, а на фиг. 86 — при обычной температуре, но после различного нагрева при отпуске. Эти диаграммы показывают, что ударная вязкость стали 5ХГМ лишь немного ниже, чем стали 5ХНМ. Поскольку при повышении температуры отпуска ударная вязкость стали возрастает, то штампам из стали 5ХГМ обычно сообщают несколько более высокий нагрев при отпуске по сравнению со сталью 5ХНМ. В результате такой обработки штампы из стали 5ХГМ показывают в работе стойкость, аналогичную стойкости штампов из стали 5ХНМ.

Прокаливаемость стали 5ХНМ, по данным В.Я. Дубового, незначительно ниже прокаливаемости стали 5ХГМ; он указывает, что крупные блоки (400х300х300 мм) из стали 5ХГМ после закалки с 820° с охлаждением в масле и отпуска при 560° в течение 10 час. показали одинаковую твердость по всему сечению, а такие же блоки из стали 5ХНМ после аналогичной обработки дали снижение твердости от периферии к центральной части нa 0,05—0,10 мм диаметра отпечатка по Бринелю. Надо однако при этом учитывать, что повышение температуры закалки стали 5ХНМ и 5ХГМ увеличивает глубину ее прокаливаемости.

На фиг. 87 показано изменение механических свойств стали 7X3 после закалки и отпуска. Основным дефектом, ограничивающим широкое применение стали 7X3, является ее пониженная вязкость.

Свойства стали 4ХС при повышенных температурах изучены еще недостаточно. На фиг. 88 приведено изменение механических свойств стали 4ХС в зависимости от температуры нагрева при отпуске. Ход этих кривых отчетливо показывает, что сталь 4ХС имеет «провал» ударной вязкости после отпуска в интервале 300—570°, когда значения ее не превышают 2—3 кгм/см2. При увеличении температуры отпуска до 650° значения ударной вязкости стали 4ХС возрастают до 4—5 кгм/см2, а твердость стали снижается до 280—300Н. Поэтому инструмент, изготовленный из стали 4ХС, нагревают при отпуске не ниже 600°.

На фиг. 89 показано изменение твердости стали 4ХС после закалки и отпуска по сечению цилиндрической штанги диаметром 100 мм. Данные фиг. 89 указывают, что сталь 4ХС обладает удовлетворительной прокаливаемостью в сечении до 100 мм.

Теплопроводность стали 4ХС приближается к теплопроводности стает 5ХНМ.

Сталь 35ХГС (хромансиль) имеет примерно такие же механические свойства и теплопроводность, как и сталь 4ХС. Отличающаяся от этих марок меньшим содержанием углерода сталь 30ХГС имеет более низкую прокаливаемоеть и твердость, но дает меньший провал ударной вязкости (фиг. 90).

Сталь 35ХМЮА и 35ХЮА также имеет провал ударной вязкости в интервале 300—500°. Температура отпуска штампов, изготовленных из этой стали, должна быть не ниже 550—575°.

На фиг. 91—93 показано изменение механических свойств стали 3ХВ8 при повышенных температурах, а также при нормальной температуре в зависимости от нагрева и продолжительности выдержки при отпуске.

Сопоставление кривых, приведенных на фиг. 85 и 91, показывает, что сталь 3ХВ8 обладает при повышенных температурах более высокой прочностью, чем сталь 5ХНМ, 5ХГМ и 4ХС. По этой причине штампы из стали 3ХВ8 обладают лучшей стойкостью при работе в особо тяжелых условиях: при штамповке малопластичной стали, при повышенных температурах нагрева и т. п. Однако ввиду высокой стоимости стали 3ХВ8 ее используют главным образом для изготовления прессформ, а для изготовления штампов ее за меняют менее легированной сталью ЭИ160.

В этих условиях большое значение приобретает применение составных штампов, в которых из дорогой легированной стали изготовляется только рабочая часть штампа (вставки). Обычно составные штампы изготовляют посадкой вставок в горячую в блоки из стали марок 40, 45, 50 или из малолегированной стали. Вставки предварительно проходят механическую, а затем и термическую обработку по режиму, установленному для соответствующей марки стали. Блоки из стали марок 40, 45 и 50 проходят сначала механическую обработку, а затем термическую обработку по следующему режиму: а) закалка с нагревом до 840—860° и замочкой в воде до 150—200° и с дальнейшим охлаждением в масле или на воздухе, б) отпуск при 450—475°; твердость после отпуска 255—286 Нв.

Вставку делают внизу цилиндрической формы (слегка на конус) и насаживают в специальное отверстие в блоке. Диаметр отверстия D в блоке по отношению к d — диаметру вставки — определяется по следующей эмпирической формуле:

ля закрепления вставки блок разогревают до 400°, затем насаживают вставку. После охлаждения блока прочность крепления является вполне удовлетворительной. При необходимости смены вставки блок разогревают вновь до 400°, и вставку вынимают.

Применение таких составных штампов, в которых хвостовик отпускается на более низкую твердость, позволяет также значительно сократить число случаев образования трещин в хвостовике.

Стали для изготовления пресс-форм

Пресс-формы предназначены для получения сложных изделий из пластмасс, металла, резины и других полимеров путем литья под давлением. При этом детали оснастки подвергаются воздействию высоких температур, стремительному нагреву и резкому охлаждению. Чтобы противостоять деформации, в изготовлении пресс-форм применяют стали, которые в своём составе имеют вольфрам, ванадий, кобальт и ряд некоторых других элементов.

Выбор стали для отдельных элементов

К сплавам выдвигают ряд требований. А именно: материал должен обладать высокими твёрдостью и ударной вязкостью, обладать малым коэффициентом расширения, противостоять деформации при термообработке и тепловом ударе, иметь хорошую обрабатываемость и ковкость. Очень важно, чтобы элементы оснастки не взаимодействовали с заливаемым материалом.
Для каждой детали предусматривается свои вид стали.

5ХНМ, 40ХН2МА — применяемы для изготовления матриц и вкладышей (для этого проходят термообработку низкотемпературным цианированием глубиной 0.02-0.05 мм), также применимы для вставок, стержней сложной формы и щёк для отливок (глубина насыщения азотом и углеродом уже больше 0.15-0.20 мм). Твердость составляет на поверхности 51-56, а в сердцевине 43-47 и 34-37 соответственно. Оба вида стали применимы для литниковых втулок и рассекателей для отливок, при этом они проходят закалку до HRC 43-47. Подобные значения актуальны лишь при отливках из цинковых сплавов.
40Х — для стержней и выталкивателей, проходит обязательную закалку для достижения HRC 49-53.
3Х3М3Ф, 4Х5МФС — при необходимости отливки из алюминиевых сплавов матрицы, вкладыши, щёки, стержни, литниковые втулки, рассекатели и выталкиватели подвергаются процедуре азотирования на глубину в 0.3-0.4 мм, цианирования при низких температурах — 0.02-0.05 мм. Твёрдость на глубине в обоих случаях 46-49 HRC, на поверхности 65-67 и 59-63 HRC соответственно. 3Х3М3Ф может применяться и при медных отливках, но при закалке до HRC 43-47.
У8, У10 — универсальный тип стали, который применим при любых отливках для изготовления толкателей, колонок, втулок, клиньев, замков. Необходима термообработка до показателей твёрдости в 51-56.
40Х — также подходит для обойм, изготовления плит, втулок, валиков, реек под отливки из любых сплавов и полимеров, при этом требуется закалка с высоким отпуском (29-34 HRC), также может быть использована для ползунов (цианирование при низких температурах глубиной 0.15-0.20 мм, на поверхности 51-56 HRC и в сердцевине 30-34 HRC).
35 — применяется при оливке из полимеров и любых сплавов в производстве плит для пакетов формы.

Чтобы увеличить стойкость отдельных элементов, стали подвергаются химико-термической обработке. В разных случаях это позволяет добиться увеличения твёрдости при сохранении вязкости сердцевины (азотирование), противостоять прилипанию металла к поверхности (оксидирование), повысить устойчивость высоким температурам, сопротивление усталости с сохранением высоких значений твёрдости (цианирование).

Как сделать пресс-форму для штамповки металла

Мы проконсультируем вас по любым вопросам!

Штамповка – один из самых выгодных способов обработки стали давлением. Для нее необходимы пресс, шайба и матрица, пресс-форма, ножницы. В зависимости от операции (гибка, резка, вытяжка и пр.) нужны разные пресс-формы. Металл подвергается штамповке, как в горячем, так и в холодном виде.

Изготовление пресс-формы – длительный и затратный процесс, требующий высокого уровня подготовки. Без пресс-формы не обойтись при изготовлении многосерийных деталей: дорогое оборудование долго служит и ведет к удешевлению конечного продукта.

Выбор материала

Для пресс-форм используют высокопрочные стали, способные выдерживать ударные нагрузки. Эти стали хорошо закаливаются и обладают высокой вязкостью. Чаще всего применяют 40Х13 и 5ХНМ. Для штампов выбирают прочные стали Ст45, Ст40Х, У8.

Для холодной штамповки применяют гидравлический пресс из-за разнообразия его конфигураций и небольшого расхода металла. Для вырубки и пробивки выбирают инструмент с большим ходом шайбы.

ВАЖНО! Стали У8А и 8ХФ не применяются для изготовления деталей пресс-форм. Сталь У10А тверда после термообработки, но изготовляемые с ее помощью детали придется подвергать дополнительной механической обработке.

Способы изготовления

Есть три способа изготовления формы для штамповки:

Переделывание имеющейся пресс-формы;
Изготовление с нуля;
Сборка из готовых материалов.

Первый вариант встречается крайне редко из-за затрат, проще сделать самостоятельно. В странах СНГ создают формы от колонков до формообразующих. Есть тенденция на изготовление пресс-форм по специализации. На разных заводах изготавливают все части формы, в конечном месте их собирают в готовый продукт.

Изготовление форм для штамповки алюминиевых деталей удешевляется путем повторного безремонтного использования пресс-форм, уже отработавших срок на более высокоточных деталях. Алюминиевые детали не имеют жестких допусков, поэтому такой вариант приемлем.

Изготовление пресс-форм с нуля

Для создания формы необходимо 2 листа или бруса стали в зависимости от формы изделия. Одна часть будет отвечать за подвижную часть конструкции (пуансон), а вторая за матрицу.

Выбрав материалы для заготовок и инструмента, можно создавать форму для штамповки. Имея чертежи детали, проектируется оснастка. С помощью лазера или токарного станка вырезаются отверстия и выемки в заготовках для пресс-формы. Для надежности нужно плотно скрепить две плиты и зафиксировать до окончания работ. Тщательно отладьте литниковую систему. Чтобы изготовить некоторые детали сложного рельефа, может потребоваться фрезерный станок и последующая ручная работа напильником.

Готовое изделие проверяют в работе на пробных изделиях. Это дает возможность узнать результат и подогнать пресс-форму в случае каких-либо неточностей. Литниковая система должна быть налажена для лучшего результата.

Изготовление пресс-формы – процесс сложный, но необходимый для серийного производства деталей.

Читайте также: