Рубрика: Пресс-формы и штампы
Штамп — дорогостоящая оснастка, и его ресурс напрямую влияет на себестоимость каждой отштампованной детали. Один и тот же по назначению инструмент может выдержать и сотни тысяч, и десятки миллионов ходов — разница определяется материалом, термообработкой, конструкцией, режимами работы и культурой обслуживания. Разберём, как измеряется срок службы штамповой оснастки, какие факторы на него влияют и какие меры позволяют его увеличить.
Различают два понятия. Стойкость между переточками — количество ходов пресса, после которого рабочие кромки затупляются настолько, что качество деталей выходит за пределы допуска и требуется переточка. Полный ресурс — суммарное количество ходов за весь срок службы, с учётом всех переточек, до тех пор, пока высота рабочих деталей позволяет их восстанавливать, или до поломки.
Критерий затупления задаётся требованиями к детали: обычно это допустимая высота заусенца. Как только заусенец превысил норму, штамп снимают на переточку. Чем меньше снимается металла за одну переточку и чем больше запас по высоте, тем больше полный ресурс.
Чтобы продлить срок службы, нужно понимать, как именно изнашивается инструмент.
Самый распространённый вид. Твёрдые частицы в штампуемом материале — окалина, оксиды, карбиды — и сам металл истирают рабочие кромки. Кромка постепенно скругляется, зазор фактически растёт, заусенец увеличивается.
Характерен для штамповки нержавеющих сталей, алюминия, меди. Частицы штампуемого металла привариваются к поверхности пуансона, затем отрываются вместе с частицами инструментальной стали. На изделиях появляются задиры, растёт усилие съёма.
Мелкие сколы на режущих кромках от ударных нагрузок. Возникает при недостаточной вязкости стали, слишком высокой твёрдости, малом зазоре, перекосе или двойном ударе.
При многократных циклических нагрузках в концентраторах напряжений — острых углах, тонких перемычках — зарождаются трещины, которые постепенно растут до поломки. Особенно опасно для тонких пуансонов и матриц со сложным контуром.
Смятие рабочих кромок и поверхностей при недостаточной твёрдости или чрезмерной нагрузке. Характерно для формовочных и чеканочных штампов.
Выбор стали — первый и главный фактор. Углеродистые инструментальные стали имеют невысокую износостойкость и подходят для малых серий. Высокохромистые стали ледебуритного класса дают многократно больший ресурс за счёт большого количества твёрдых карбидов. Порошковые стали с мелкодисперсными карбидами сочетают износостойкость с повышенной вязкостью. Твёрдые сплавы обеспечивают максимальную стойкость в массовом производстве из тонкой ленты, но чувствительны к ударам.
| Материал рабочих деталей | Относительная стойкость | Ограничения |
|---|---|---|
| Углеродистая инструментальная сталь | 1 (базовая) | Малые серии, мягкие материалы |
| Легированная сталь повышенной вязкости | 1,5–2 | Ударные нагрузки, толстый материал |
| Высокохромистая сталь | 3–5 | Основной выбор для вырубки |
| Быстрорежущая сталь | 4–6 | Пробивка малых отверстий, прочные материалы |
| Порошковая инструментальная сталь | 6–10 | Высокая стоимость |
| Твёрдый сплав | 20–50 | Хрупкость, требует жёсткого пресса и точного блока |
Значения относительные и ориентировочные: реальная стойкость сильно зависит от остальных факторов, перечисленных ниже.
Даже лучшая сталь не раскроет своих возможностей без правильной термообработки. Недогрев при закалке не даёт нужной твёрдости, перегрев вызывает рост зерна и хрупкость. Недостаточный отпуск оставляет внутренние напряжения и остаточный аустенит, который со временем превращается в мартенсит и вызывает изменение размеров и трещины. Для высоколегированных сталей обязателен многократный отпуск. Криогенная обработка дополнительно повышает износостойкость за счёт более полного превращения структуры. Подробнее об этих процессах — на странице термической обработки.
Ресурс закладывается в конструкцию. Жёсткий блок с точными направляющими сохраняет соосность пуансона и матрицы, равномерный зазор не даёт кромкам изнашиваться односторонне. Скругления в углах контура снижают концентрацию напряжений. Ступенчатая высота пуансонов уменьшает пиковое усилие. Сменные вставки в зонах интенсивного износа позволяют восстанавливать штамп без замены всей матрицы. Достаточный запас по высоте рабочих деталей даёт большее количество переточек.
Оптимальный зазор между пуансоном и матрицей — не только условие качества детали, но и фактор стойкости. Слишком малый зазор многократно ускоряет износ и повышает риск выкрашивания. Небольшое увеличение зазора в пределах, допустимых по качеству среза, нередко ощутимо продлевает период между переточками.
Высокопрочные стали, нержавейка, материалы с окалиной и абразивными включениями изнашивают инструмент быстрее. Важна и стабильность свойств: колебания толщины и твёрдости от партии к партии приводят к перегрузкам.
Износ направляющих ползуна, люфты и непараллельность стола и ползуна передаются на штамп и вызывают перекос. Недостаточная жёсткость пресса при вырубке толстого материала создаёт удар при прорыве — так называемый «прострел», губительный для кромок.
Технологическая смазка снижает трение, предотвращает налипание и отводит тепло. Особенно важна при вытяжке и при штамповке нержавеющих сталей и алюминия. Недостаток смазки — частая причина задиров.
Значительного увеличения ресурса можно добиться обработкой поверхности рабочих деталей.
Покрытие эффективно только на правильно термообработанной основе: на мягкой подложке оно продавливается и отслаивается. Подробнее — в разделе нанесения покрытий.
Регламент обслуживания должен быть таким же обязательным, как и технологическая карта.
При выборе исполнения штампа полезно считать стоимость оснастки, приходящуюся на одну деталь. Более дорогой штамп из порошковой стали с покрытием может оказаться выгоднее дешёвого, если он без замены отработает весь планируемый объём, а дешёвый потребует нескольких ремонтов и остановок линии. В расчёт включают стоимость изготовления, переточек и ремонтов, а также потери от простоев. Для малых серий, наоборот, нет смысла переплачивать за ресурс, который не будет использован.
Полезно анализировать не только сам факт износа, но и его картину. Равномерное скругление кромки по всему контуру говорит о нормальном абразивном износе. Износ с одной стороны — о смещении пуансона относительно матрицы. Налипания и задиры на боковой поверхности пуансона — о недостатке смазки или неподходящей паре материалов. Сколы в углах контура — о концентрации напряжений и необходимости увеличить радиусы. Такой анализ позволяет устранить причину, а не только последствия.
При появлении этих признаков штамп стоит снять на дефектацию до серьёзной поломки.
Переточка — основная операция, возвращающая штампу работоспособность. Торцы пуансонов и рабочую плоскость матрицы шлифуют на плоскошлифовальном станке, снимая слой, достаточный для получения острой кромки, — обычно от нескольких сотых до одной-двух десятых миллиметра. Шлифование ведут с обильным охлаждением и умеренной подачей, чтобы не допустить прижогов и отпуска поверхностного слоя: перегретая кромка быстро затупится вновь. После шлифования кромки аккуратно доводят и размагничивают детали.
После нескольких переточек меняется закрытая высота штампа и глубина входа пуансона в матрицу. Чтобы сохранить настройку, под рабочие детали устанавливают калиброванные подкладки соответствующей толщины. Запас на переточку указывают в паспорте штампа, и когда он исчерпан, рабочие детали заменяют.
Локальные сколы кромок можно устранить лазерной наплавкой с последующей обработкой, не прибегая к замене всей матрицы. Если матрица составная, повреждённую секцию изготавливают заново. Новые пуансоны и секции матриц вырезают электроэрозией по закалённой заготовке с подгонкой под фактический размер ответной детали, сохраняя исходный зазор.
Переточку и ремонт выгодно выполнять у того же изготовителя, который делал штамп: у него есть документация, проверенные режимы термообработки и понимание особенностей конструкции. Подробнее о технологии — в разделе шлифования.
Срок службы штамповой оснастки — результат совокупности решений: выбора стали, качества термообработки, продуманной конструкции, правильного зазора, упрочняющих покрытий и регулярного обслуживания. Пренебрежение любым из этих факторов сокращает ресурс в разы. «ВМС» проектирует и изготавливает штампы с расчётом на требуемый ресурс, выполняет термообработку, нанесение покрытий, переточку и ремонт оснастки на собственном производстве.
