Материалы для изготовления пресс-форм

Прессование – один из основных способов промышленной обработки материалов. Суть технологического процесса заключается в увеличении плотности исходного сырья и придании нужной формы выпускаемой продукции. Кроме того, при выполнении таких операций происходит соединение отдельных заготовок в единое изделие. В качестве исходного сырья может использоваться металл или композитные материалы.

Однако технологический процесс осуществляется разными способами. Например, прессование металла происходит путём его выдавливания из замкнутого контура через отверстие в матрице. Прессовка композитных материалов выполняется в замкнутых пространствах путём внешнего сдавливания. Для этого используются пресс-формы, конструктивно состоящие из матрицы и двух пуансонов. В зависимости от способа прессования, изменяется и материал изготовления пресс-формы.

Общие положения

Для производственных и машиностроительных отраслей требуется большое количество высокоточного инструмента. При этом такие изделия должны быть не только точными, но и удобными в использовании, долговечными и максимально дешёвыми в изготовлении. Именно эти задачи определяют требования к материалам, используемым в инструментальном производстве.

Лучше всего для этих целей подходят следующие виды сталей:

• Углеродистые обыкновенного качества;

• Конструкционные;

• Инструментальные.

Углеродистые стали используются практически во всех формах горячего проката: листы, прутки круглого и квадратного сечения, шестигранники, листы и полосы.

Инструментальная сталь используется при изготовлении измерительных и режущих инструментов, отдельных узлов промышленных пресс-форм и штампов. Нужно уточнить, что при производстве режущего инструмента, такая сталь не является единственным материалом. Здесь также используются металлокерамические пластины и сплавы, алмазы и пр.

При производстве пресс-форм тоже допускается использование других материалов, менее прочных, чем сталь. Самым распространённым из них является гипс. Сухую смесь разбавляют водой и размешивают до получения однородной массы. Оптимальная консистенция напоминает густую сметану. Полученная смесь заливается в металлические ящики, крышка и дно которых обычно изготавливаются в съёмном варианте. Для изготовления моделей копиров допускается использовать древесину, воск и другие материалы. В любом случае, внутренние поверхности подвергаются тщательной обработке, устраняются все дефекты. Для упрощения съёма изделия создаётся небольшой наклон с углом в 1 градус.

Материалы для изготовления пресс-форм в зависимости от метода прессования

Существует несколько способов осуществления этих технологических процессов. Например, динамическое горячее прессование. На западе данная методика изначально использовалась для изготовления деталей сложных геометрических форм и прецизионной ковки металлических слитков. Процесс энергозатратный, зато обеспечивает максимальную скорость производства. Фактически, здесь речь идёт о диффузионной сварке исходного сырья, нагретого до высоких температур с применением кратковременного внешнего сдавливания.

Учитывая методику производства, здесь используются литейные формы с теплоизоляционными покрытиями. Главный недостаток таких пресс-форм – высокая себестоимость производства. Кроме того, постоянная эксплуатация в условиях повышенных температур приводит к быстрому разрушению рабочих поверхностей. Покрытия приходится заменять, что негативно отражается на скорости литейного производства.

Холодное прессование происходит по противоположному принципу. Здесь отсутствует температурный нагрев, нужная форма заготовкам придаётся пластическим деформированием. К преимуществам метода можно отнести высокую точность готовых изделий: доработка обычно требуется только посадочным местам и переходам. Однако имеются у таких конструкций и недостатки. Например, в многогнёздных формах, которые используются для изготовления сложных деталей, матрицу лучше выполнять отдельными вставками, а не цельной плитой, что усложняет производственные процессы. Кроме того, при формовке несимметричных поверхностей, нужно уравновешивать мастер-пуансон, чтобы не допускать перекосов и искажений.

Особенности выбора материалов

Формообразующие детали (ФОД) изготавливаются из разных материалов. Однако здесь нужно учитывать, что матрица должна отработать не максимально возможный, а определённый срок, необходимый для изготовления партии продукции.

Поэтому если речь идёт об опытном или мелкосерийном производстве, где не требуется большого количества отливок, пресс-формы могут создаваться из меди, металлопластика и алюминия. Такие конструкции обеспечивают высокую точность производства, но быстро изнашиваются.

Пресс-формы для массового и промышленного производства создаются из сталей. Эксплуатационные особенности и характеристики пресс-форм зависят от используемой марки стали. Выглядит это так:

  1. Цементируемая сталь. Отличается высокой поверхностной прочностью и вязкой сердцевиной. Материал отличается повышенной устойчивостью к механическому износу, переменным и ударным нагрузкам. В отличие от инструментальных и углеродистых сталей, цементируемые аналоги меньше деформируются в условиях непрерывной эксплуатации.
  2. Азотируемая сталь. В отличие от предыдущего варианта, такой материал сразу умеет прочный поверхностный слой без дополнительной обработки. Это существенно снижает себестоимость производства. Азотирование подходит для формообразующих деталей, доведённых до окончательных размеров.
  3. Объёмно-закаливаемая сталь. Обладает высокой поверхностной прочностью, но пониженной внутренней вязкостью. В результате такие изделия склонны к появлению трещин и линейной деформации, особенно в условиях непрерывной эксплуатации. Поэтому используется материал для изготовления простых пресс-форм с небольшими размерами.

Если пресс-формы используются в особых условиях, например, для обработки агрессивных пластмасс и металлов, матрицы изготавливаются из коррозийно-стойких сталей. Кроме того, для повышения износостойкости и устойчивости к коррозийным изменениям, рабочие поверхности покрываются хромом.

Для мелкосерийного производства, пресс-формы обычно изготавливаются из улучшаемых сталей марки 45. К недостаткам материала можно отнести повышенную изнашиваемость и сложности в качественной полировке рабочих поверхностей, что оставляет дефекты на готовых деталях и требует дополнительной обработки. В ситуациях, когда матрицы используются в промышленном производстве, с большим количеством отливок, недостатки материала нивелируются хромированием или азотированием.