Выбор материалов для штампов: подробное руководство

Традиционно материалы штампов делят на материалы для холодных штампов, горячих штампов и пластиковые формы. Выбор должен обеспечивать: износостойкость, вязкость, устойчивость к усталостному разрушению, высокотемпературные свойства, коррозионную стойкость, устойчивость к термической усталоте. Технологические требования: кузнечная способность, большой объем резания, низкий износ инструмента, низкая шероховатость, чувствительность к окислению и декарбуризации, шлифуемость, экономичность.

В современном производстве штамп — ключевое базовое оборудование. Материал и технология его изготовления определяют качество и срок службы изделий. Выбор основан на конкретных рабочих условиях штампа и свойствах материалов.

Штампы широко применяются в автопроме, авиации, электротехнике, бытовой технике, пластиковых изделиях. Материал штампа — один из главных факторов его ресурса.

Рабочие условия штампа

1. Выбор материала в зависимости от рабочих условий

(1) Требования к вязкости меняются в зависимости от ударных нагрузок, требования к прочности — от несущей способности.

(2) Горячие и холодные штампы.

• Горячий штамп работает при высоких температурах и термических напряжениях. Материал должен обладать высокой усталостной стойкостью и термической стабильностью. Сталь для горячих штампов подбирается по реальной рабочей температуре.
• Холодный штамп подвергается ударным и трениям. Требует высокой прочности, твердости, вязкости. Основной материал — стали для холодных штампов.

2. Общие требования к материалам штампов

1. Износостойкость. При пластической деформации заготовки в полости возникает сильное трение, приводящее к износу. Основной фактор — твердость: чем выше, тем меньше износ. Также важен тип, количество, форма, размер и распределение карбидов.
2. Высокая вязкость. Ударные нагрузки вызывают хрупкий разрыв. Вязкость зависит от углерода, размера зерна, структуры.
3. Устойчивость к усталостному разрушению. Циклические напряжения вызывают усталость: ударная, растяжения, контактная, изгибная. Зависит от прочности, вязкости, твердости, включений.
4. Высокотемпературные свойства. При нагреве твердость и прочность падают, ведут к раннему износу или пластической деформации. Материал должен иметь высокую антиотпусковую устойчивость.
5. Устойчивость к термической усталоте. Циклический нагрев/охлаждение вызывает трещины, шелушение, рост трения, потерю точности. Основная форма отказа горячих штампов.
6. Коррозионная стойкость. В пластиковых формах хлор, фтор при нагреве дают агрессивные газы, разъедающие полость, повышая шероховатость и износ.

Конструкционные факторы штампа

Разная конструкция — разные требования к материалу. Методика выбора:

1. Чем выше точность штампа, тем меньше допустима деформация при обработке. Выбирают материалы с разной склонностью к деформации под конкретную точность.
2. При термообработке равномерность нагрева/охлаждения зависит от поперечного сечения. При большом сечении равномерность хуже — нужны материалы с высокой теплопроводностью и закаляемостью для обеспечения единообразных свойств по сечению.
3. Простая форма, легко обрабатываемая — дешевая углеродистая инструментальная сталь. Сложная форма с концентраторами напряжений — высокоуглеродистые легированные стали с рациональной закалкой.

Технологические свойства материала штампа

Технологичность напрямую влияет на себестоимость, качество и ресурс штампа.

1. Кузнечная способность. Горячие штампы часто куют. Нужно низкое сопротивление деформации и хорошая формируемость в кузнечном диапазоне.
2. Технологичность термообработки. Желательна высокая закаляемость: для крупных штампов обеспечивает равномерные свойства по сечению, позволяет использовать мягкие охлаждающие среды, снижая риск трещин и деформаций. Малая склонность к окислению/декарбуризации, зернистому росту, малые деформации при закалке.
3. Хорошая режущая способность. Полости и аксессуары штампов изготавливаются резанием или ЭЭО. Требуются хорошие токарные, фрезерные, шлифовальные, эрозионные свойства. Большой объем резания, малый износ инструмента. Желательна сварная способность для ремонта.
4. После закалки — равномерная, но достаточно высокая поверхностная твердость.
5. Чувствительность к окислению и декарбуризации. При высокотемпературном нагреве: хорошая антиоксидационность, медленная декарбуризация, нечувствительность к среде нагрева, отсутствие ямок.
6. Шлифуемость. Без трещин и задиров.
7. Склонность к деформации и трещинам при закалке. Нечувствительность к температуре закалки и форме детали, низкая чувствительность к обычным трещинам.
8. Экономические требования.

Выбор материала штампа — многфакторная задача. JTR комплексно учитывает требования заказчика и дает профессиональные рекомендации. Мы предоставляем полный цикл: от проектирования штампа до серийного производства. Приглашаем клиентов со всего мира к сотрудничеству.