Как выбрать штампы в зависимости от толщины и прочности материала

Введение

Выбор штампа для штамповки является ключевым звеном в процессах обработки листового металла и механической штамповки. От рациональности выбора штампа напрямую зависит качество штамповки, срок службы штампа, стабильность работы оборудования и эффективность производства . В реальном производстве при выборе штампа необходимо всесторонне учитывать основные факторы, такие как толщина материала, прочность материала на разрыв, диаметр пуансона, производственная партия и параметры оборудования. Неправильный выбор легко может вызвать такие проблемы, как пробивные заусенцы, отклонение апертуры, деформация отверстий, сколы кромок матрицы, чрезмерный износ и повреждение оборудования из-за перегрузки, что значительно увеличивает производственные затраты и затраты на доработку.

Чтобы стандартизировать процесс выбора штампа, избежать технологических рисков, а также повысить точность обработки и использование штампа, в данной статье рассматривается набор стандартизированных и реализуемых методов выбора штампа в сочетании с различными параметрами пластин, характеристиками материала и условиями эксплуатации производства. Он применим для выбора штампов для различных комбинированных штамповочных и отрезных машин и штамповочного оборудования и представляет собой авторитетный справочник для технологической документации и операторов цехов на предприятиях механической обработки.

I. Основные основные принципы выбора штампа для штамповки

Выбор штампа соответствует основному принципу «адаптации к параметрам пластины, согласованию технологической нагрузки и балансу качества и срока службы», уделяя особое внимание двум ключевым параметрам: размеру кромки пуансона и зазору штампа , чтобы адаптироваться к требованиям обработки различных материалов и толщин.

1.1 Принцип соответствия диаметра пуансона и толщины материала

Диаметр пуансона (минимальный размер кромки) является основным показателем для определения эффекта штамповки и предотвращения разрушения пуансона. Он должен строго соответствовать толщине пластины и прочности материала, а для высокопрочных материалов должен быть зарезервирован более высокий коэффициент запаса прочности. Конкретные стандарты адаптации заключаются в следующем:

• Мягкая углеродистая сталь (низкопрочная пластина) : при обычных условиях штамповки без направляющих диаметр пуансона не должен быть меньше толщины пластины. Это общепринятый порог процесса и рабочая граница безопасности для стандартных процедур штамповки, позволяющая избежать изгиба и разрушения пуансона. Для отверстий меньше толщины пластины необходимо применять специальные процессы, такие как прецизионная штамповка или сверление.

• Высокопрочная сталь (усовершенствованная высокопрочная сталь/AHSS, износостойкая пластина) : из-за высоких сдвиговых нагрузок диаметр пуансона должен быть в 1,5–2 раза больше толщины пластины. Это значительно снижает напряжение сдвига на пуансоне и предотвращает сколы кромок или структурные повреждения.

• Фасонные/некруглые пуансоны : Неправильная геометрия приводит к сильной концентрации напряжений. Рекомендуется, чтобы минимальный размер кромки был как минимум в 2 раза больше толщины пластины, чтобы улучшить общую жесткость и усталостную прочность пуансона.

1.2 Принцип согласования зазора пуансона и матрицы

Односторонний зазор между пуансоном и матрицей является ключевым параметром, влияющим на качество секции штамповки, размер заусенцев и скорость износа матрицы. Зазор должен быть точно отрегулирован в зависимости от твердости и толщины пластины; более высокая твердость и большая толщина требуют большего адаптивного зазора. Стандартные параметры зазора для обычных листового металла следующие:

Следует подчеркнуть, что зазор штамповки не имеет фиксированного универсального значения и должен рассчитываться и настраиваться строго по толщине листа, умноженной на соответствующий процентный стандарт. Фиксированный зазор 0,1-0,15 мм применим только для штамповки тонких пластин толщиной 1,5-2 мм и не применим к пластинам средней и толстой толщины, обрабатываемым комбинированными штамповочно-резательными машинами (обычно 6 мм или толще). Для средних и толстых листов, а также высокопрочных листов фиксированный небольшой зазор приведет к резкому увеличению силы штамповки, вторичным трещинам сдвига, сильному нагреву и износу матрицы и даже к сколам кромки пуансона, разрушению и повреждению гидравлической системы из-за перегрузки. В реальном производстве зазор должен быть точно отрегулирован в соответствии с толщиной и прочностью листа, следуя принципу процентного соответствия: небольшой зазор для тонких листов для обеспечения точности и больший процентный зазор для толстых листов и высокопрочных листов для уменьшения нагрузки на матрицу и сопротивления сдвигу при штамповке.

II. Схема выбора прецизионного штампа в зависимости от толщины материала

Толщина пластины напрямую определяет силу пробивки. Пластины разной толщины имеют большие различия в сложности обработки и характеристиках напряжений, что требует целенаправленного подбора материала пуансона, параметров зазора и конструкции матрицы.

2.1 Обработка тонких пластин (толщина ≤ 6 мм)

Характеристики процесса : Общая сила штамповки невелика, но пластина имеет низкую жесткость, легко растягивается и деформируется. Он требует высокой точности штамповки, плоскостности штампа и эффекта гашения и склонен к схлопыванию отверстий, отскоку лома и неравномерному отверстию.

Стандартные предложения по выбору

• Материал пуансона: 9CrSi, с умеренной твердостью, хорошей прочностью и высокой экономичностью, полностью адаптирован к легким условиям штамповки тонких листов.

• Контроль зазора: используйте небольшой стандартный зазор, строго контролируемый на уровне 5–8% толщины пластины, чтобы обеспечить плавность сечения штамповки без явных заусенцев и повысить точность положения отверстия.

• Структура штампа: Оптимизируйте конструкцию механизма разгрузки и установите эластичное разгрузочное устройство, чтобы полностью устранить проблемы отскока лома и деформации пластин во время штамповки тонких листов.

2.2 Обработка средних и толстых листов (толщина 6–16 мм)

Характеристики процесса : Усилие штамповки умеренное с контролируемой деформацией пластины. Однако потери на трение кромки матрицы увеличиваются, что требует высокой износостойкости матрицы и способности противостоять эксцентричной нагрузке. Длительная обработка легко приводит к износу кромки и смещению пуансона.

Стандартные предложения по выбору

• Материал пуансона: отдайте предпочтение 6CrW2Si или Cr12MoV, которые сочетают в себе твердость и износостойкость и подходят для средне- и высокочастотных операций штамповки листов средней толщины. Для высокопрочных стальных пластин DC53 имеет приоритетную ударопрочность и усталостную прочность, что позволяет предотвратить преждевременное выкрашивание и износ матрицы.

• Контроль зазора: выбирайте строго в соответствии со стандартом 5–10 % толщины листа, чтобы сбалансировать качество штамповки и срок службы штампа.

• Структура штампа: добавьте направляющую и позиционирующую конструкцию пуансона, чтобы избежать эксцентричной нагрузки и смещения пуансона во время штамповки, обеспечивая вертикальность и точность размеров отверстий.

2.3 Обработка толстых листов (толщина > 16 мм)

Характеристики процесса : Сила штамповки чрезвычайно велика, а матрица выдерживает высокопрочное сдвиговое воздействие, что требует строгой прочности материала матрицы , прочности кромки и грузоподъемности оборудования. Часто возникают поломки пуансона, сколы кромок и неисправности оборудования из-за перегрузки.

Стандартные предложения по выбору

• Материал пуансона: Cr12MoV или высококачественная штампованная сталь DC53 со сверхвысокой твердостью, высокой ударопрочностью и усталостной прочностью, подходящая для штамповки толстых листов при тяжелых нагрузках.

• Контроль зазора: Соответствующим образом увеличьте зазор при штамповке до 8–12% от толщины пластины, чтобы эффективно снизить сопротивление сдвигу при штамповке и ударную нагрузку при штамповке.

• Структура матрицы: встроенный усиленный пуансон с утолщенной кромкой для повышения общей жесткости и предотвращения разрушения при ударе большой нагрузки.

• Подбор оборудования: перед обработкой проверьте номинальную силу пробивки оборудования, чтобы убедиться, что нагрузка на оборудование соответствует рабочим условиям пробивки толстых листов, и предотвратить повреждение оборудования.

III. Схема выбора прецизионного штампа в зависимости от прочности материала

Чем выше предел прочности пластины, тем выше твердость и вязкость материала, тем больше сопротивление трению и ударная нагрузка при штамповке. Необходимо подобрать материалы штампов с высокой твердостью, высокой износостойкостью и высокой вязкостью и соответствующим образом оптимизировать параметры зазора.

3.1 Мягкая углеродистая сталь (предел прочности ≤ 450 МПа)

Характеристики материала: Низкая твердость, умеренная ударная вязкость, небольшое сопротивление сдвигу при штамповке, самая традиционная штамповочная пластина с низкими потерями в штампе и стабильной производительностью процесса.

Параметры выбора : Предпочтительными материалами пуансонов являются 9CrSi и 6CrW2Si; односторонний зазор соответствует стандарту 5–8% толщины пластины; Срок службы матрицы стабильный, подходит для нормального непрерывного производства.

3.2 Пластина из нержавеющей стали (высокая прочность на разрыв)

Характеристики материала: Высокая прочность, склонность к истиранию (налипанию материала) и высокий коэффициент трения, вызывающий легкий износ кромок штампа и появление дефектов, таких как заусенцы и прилипание материала во время штамповки. Потери в матрице намного выше, чем у мягкой углеродистой стали.

Параметры выбора : Пуансоны, изготовленные из высокоизносостойкой штамповой стали Cr12MoV или DC53, предпочтительны для устранения проблем, связанных с истиранием (налипанием материала); односторонний зазор увеличен до 10–15 % толщины пластины, чтобы уменьшить трение и износ кромок. Во время непрерывного серийного производства необходимы регулярные проверки и полировка изношенных кромок для стабилизации качества штамповки.

3.3 Высокопрочная сталь (предел прочности > 600 МПа)

Характеристики материала: высокая твердость и сопротивление сдвигу, большая ударная нагрузка при штамповке, легкость возникновения усталостного разрушения штампа и сколов кромок, что требует превосходных комплексных характеристик штампа.

Параметры выбора : Для пуансонов предпочтительнее использовать DC53 и высококачественный Cr12MoV; контролировать односторонний зазор на уровне 10-12% толщины пластины; принять усиленную структуру пуансона для повышения прочности кромки и ударопрочности для штамповки высокопрочных пластин.

IV. Стандарт выбора материала штампа на основе производственной партии

Производственная партия определяет периодичность обслуживания и степень усталостной деградации штампов. Мелкосерийное производство фокусируется на контроле затрат, тогда как крупносерийное непрерывное производство фокусируется на сроке службы матрицы и стабильности производства, требуя целевого подбора материалов:

V. Комплексная таблица решений для выбора штампа (общая версия)

Эта таблица объединяет пять основных параметров: толщину материала, прочность материала, параметры зазора, выбор материала и примечания по условиям эксплуатации, обеспечивает стандартизированную, непосредственно применимую основу выбора для непосредственного производства и проектирования процессов, адаптируясь к большинству сценариев штамповки.

VI. Заключение

Научный выбор штампов для штампов основан на толщине материала в качестве основы, прочности материала в качестве основы и производственной партии в качестве дополнения , что обеспечивает точное соответствие материала штампа, зазора между штампом и структурой штампа. При обработке тонких листов основное внимание уделяется точности обработки и устойчивости к деформации; обработка средних и толстых листов ориентирована на износостойкость и стабильность; При обработке толстых листов основное внимание уделяется прочности матрицы и адаптации оборудования. Мягкая углеродистая сталь подходит для обычных экономичных штампов, в то время как нержавеющая сталь и высокопрочная сталь требуют износостойких и высокопрочных штампов премиум-класса, а для массового производства предпочтительны материалы с длительным сроком службы.

Следование стандартизированным правилам выбора, изложенным в этом руководстве, позволяет эффективно устранить дефекты качества штамповки, преждевременный выход из строя матрицы, потерю оборудования и другие проблемы, а также значительно повысить стабильность, экономичность и эффективность процесса штамповки. Он представляет собой стандартизированный справочник по выбору штампов для штамповки в машиностроительной промышленности.

Нужны нестандартные размеры или специальные зазоры для высокопрочной стали?

[Кнопка: Получите быстрое предложение в течение 24 часов]