Пуансон и матрица для штамповки: что это такое, их назначение и применение

Пробивка листовой детали

Работа пресса путем пробивки достаточно проста. При этом одна часть помещенного в оборудование материала отделяется от основной по определенно заданному контуру. В процессе вырезки образуются внутренние отверстия. Процесс использования штампов, пуансонов при пробивке напоминает резку деталей ножницами. В этом случае режущими составляющими являются матрица и пуансон, которые имеют острые кромки.
Чертеж пуансона наглядно показывает, как происходит вдавливание металла в нижнюю часть матрицы с последующим сгибом и деформацией материала. К концу работы, достигая максимального давления, волокна металла разрываются и выполняется соответствующий срез на изделии.

В статье мы рассмотрели, из чего изготавливается такое оборудование, как пуансон, что это такое и где применяется. С их помощью чеканятся монеты, медали, значки, печати, фактурные рисунки, медикаменты и многие другие изделия.

Из чего изготавливаются пуансоны

Важным требованием к штампам и пуансонам является грамотный выбор материала, из которого они будут производиться. Чем хуже сталь, тем ниже производительность прессового оборудования. Объемные пуансоны, имеющие сложные формы, изготавливаются из высокохромистых и высокоуглеродистых сплавов стали. Самым распространенным материалом является сталь с маркировкой Х12Ф1. Она имеет высокую износостойкость, отличную прокаливаемость, во время работы не подвергается существенной деформации. Для производства простых видов штампов применяются углеродистые инструментальные стали У8А – У11А.

Детали из жароупорных металлов, при эксплуатировании сохраняют твердость и не теряют формы. В целях повышения стойкости штампов в производство ввели материалы из твердых и быстрорежущих сплавов. Кромку для резки наносят на корпус штампа или матрицы. Лучший результат в производстве прессовых деталей показали такие сплавы, как сталинит и стеллит. Они обеспечивают твердость элементов, не нуждаясь в закаливании.

Принцип работы пуансона

В момент прессования, пуансон начинает давить на пресс-шайбу, а она давит на заготовку, которая выдавливается через матрицу. Так как деталь работает при больших силовых и тепловых нагрузках, ее изготавливают из особой, износоустойчивой стали. Она отличается высокой прочностью и не деформируется

под влиянием температурных перепадов.

В принципе, пуансон можно назвать инструментом, который методом давления получает заготовку определенной формы. В штамповочном производстве он является одной из важнейших деталей.

Если совместно с ним используется полиуретан, то из него изготавливают матрицу, являющуюся ответной деталью штампа.

Из каких материалов изготавливают пуансоны и матрицы?

На производстве пуансон используется как пресс, который продавливает заготовку через матрицу. Система работает под высоким давлением, а при горячих процессах — подвергается тепловому воздействию. В соответствии с основным назначением детали пресса изготавливают из следующих материалов:

Для холодных процессов — из высокопрочных сталей повышенной прокаливаемости (со степенью закалки в пределах 54-65 HRC), а также из инструментальной стали марки 6ХВ2С. Материалы должны обладать высокой прочностью, износоустойчивостью, коррозионной стойкостью. Легированные стали для данного вида конструкций не подходят, так как после длительного воздействия высоких температур сталь становится хрупкой. Предельной твердостью обладают стальные матрицы на глубине не менее половины ее высоты и на расстоянии не менее 5 мм. по всей рабочей линии, а пуансоны — по всей высоте
Для горячих процессов — из износоустойчивых сталей с высокой прочностью при температурах деформирования. Это обеспечивает максимальную стойкость штампа;
Применяются также современные полимерные материалы — полиуретан. Это эластичный, износостойкий и прочный материал, обладает повышенной твердостью — до 98 ед. по шкале Шора.

Из каких сталей изготавливают пуансоны?

Для пуансонов применяются следующие марки стали:

У10А, Х, Х12М, Х6ВФ, У8А и 8ХФ – для пробивных пуансонов при простой или сложной форме режущего контура (56-60 HRC), зачистных пресс-форм (Х12М, Х6ВФ с твердостью 58-62 HCR).
У8А, 8ХФ, Х12М и Х6ВФ – для гибочных и формовочных пуансонов простой формы (54-58 HRC) и сложной формы (56-60 HRC).
У10А, У10 или СЧ 32-52 для вытяжных, разбортовочных пуансонов, а также для изготовления деталей из коррозионностойких марок сталей.

Стали 6ХВФ, Х12Ф1 и 7X3 используются в случае штамповки изделий из трансформаторной стали и других твердых материалов.

Обработка дерева и металла

В штампах для холодной штамповки (рис. 1, а) только формообразующие детали, т. е. пуансон и матрицу, изготовляют из инструментальной стали; в штампах для горячей штамповки из инструментальной стали изготовляют или все детали (рис. 1, б), или только вставки (рис. 1, в). В качестве материала для формообразующих деталей штампов применяют инструментальные стали, твердые сплавы, пластмассы и другие материалы.

Углеродистые инструментальные стали У7, У8, У9 и У10 пониженной прокаливаемости используют для изготовления матриц и пуансонов штампов для холодной штамповки, имеющих простую форму их рабочего контура (в таких штампах нет резких переходов между элементами; отсутствуют узкие прорези, тонкие перемычки металла между отверстиями и т. п.). Это связано с тем, что стали пониженной прокаливаемости деформируются при закалке, в результате чего образуются трещины.

Пуансоны и матрицы штампов для холодной штамповки более сложной формы делают из сталей марок X, 9ХС, ХВГ , ХГС и других повышенной прокаливаемости.

Пуансоны и матрицы штампов для холодной штамповки весьма сложной формы изготовляют из сталей марок Х12Ф, Х12Т, Х12М высокой прокаливаемости. Эти стали, близкие по своим свойствам к быстрорежущим сталям, содержат около 1% углерода, 12% хрома и около 1% ванадия (титана или молибдена), характеризуются высокими прочностью, износостойкостью, теплостойкостью (около 500°С). Важным достоинством сталей высокой прокаливаемости являются малая деформация и, следовательно, сохранение размеров их рабочего контура при закалке. К недостаткам относятся склонность к карбидной неоднородности и плохая обрабатываемость резанием. Сталь марки Х12Ф почти в 2,5 раза дороже, чем углеродистая сталь марки У10.

Тонкие и длинные пуансоны дыропробивных штампов для холодной штамповки и другие нежесткие детали изготовляют из сталей марок 4ХС, 5ХС, 4ХВ2С, 5ХВ2С и т. п. повышенной вязкости. Снижение хрупкости у этих сталей достигается уменьшением содержания углерода (не более 0,5%), а высокая износостойкость определяется наличием хрома и вольфрама. Теплостойкость сталей этой группы около 300 °С; закаливают их в масле, сквозную закалку получают у образцов диаметром до 50 мм.

Понятие и характеристики

Пуансон – это ключевой элемент для маркировки поверхности изделия при помощи давления пресса. Эта конструкция по габаритам совпадает с профилем матрицы (ограничивающий короб) и используется для выдавливания деталей определенной формы, маркировки поверхности или штамповки заготовок.

По типу воздействия на материал выделяют такие разновидности:

пробивные и прошивные пуансоны используются для проделывания отверстия заданной формы в плоской заготовке;
вырубные или просечные пуансоны нужны, чтобы отсечь от заготовки деталь нужного размера и очертаний. Их еще иногда называют ювелирными.

Разновидности и требования

Стандартные пуансоны различаются по типами: A, T, W и L. Также в зависимости от изготовляемых изделий возможно применение пресс-штемпелей типа B, C, D и т.д., где обозначение латинской буквой указывает на тип крепления. Конструктивно пуансоны могут быть пробивными, просечными, прошивными и вырубными.

К инструментам вибропрессовальных и штамповочных станков предъявляются следующие требования:

Отсутствие дефектов поверхности. Недопустимо использовать оснастку с зазорами, заусенцами, трещинами и другими повреждениями.
Своевременная замена оснастки оборудования. Пуансоны имеют ограниченный срок службы, не превышающий 4-6 лет, после которого обязательно выполняется их замена.
Применение только рекомендованных сталей при изготовлении деталей. Пуансоны в процессе штамповки или прессования испытывают значительные нагрузки, поэтому в зависимости от типа операций (холодные или горячие процессы), материала заготовок, оказываемого давления и назначения самого пресс-штепселя выбирают рекомендуемые марки стали.

Компания ООО PLASMET осуществляет производство и продажу пуансонов различного типа. Есть в продаже стандартная оснастка для крепления на прессах большинства известных производителей Gasparini, Ermaksan, Trumpf, Amada, LVD и пр. Помимо поставок готовых инструментов принимаем заказы на разработку и изготовление пуансонов под техническому заданию клиентов. Все изделия производятся в строгом соответствии с действующими требованиями, обязательно проводится закалка, антикоррозийная обработка.

Чтобы уточнить интересующие вопросы по представленной продукции и оформить заказ на поставку или изготовление требуемых листогибочных инструментов, звоните по указанному на сайте телефону или оставьте запрос онлайн через форму.

Материалы для изготовления пуансонов и матриц

Главной задачей набора пуансонов считается продавливание детали сквозь матрицу. Эта работа выполняется под огромным давлением. При использовании горячего прессования заготовки находятся под действием большой температуры. Из-за этого для производства пуансонов и матриц используются различные виды материалов. Приспособления для холодного прессования делаются из специализированной стали высокой прочности, которая отличается большой степенью прокаливания.

Материалы для изготовления этих деталей соответствуют таким характеристикам:

высокой степенью износоустойчивости;
большой прочностью;
устойчивостью к коррозии.

Легированная сталь не подходит для работ при высоких температурах. Металл под влиянием разности температур может стать хрупким. Любой пуансон имеет наибольшую степень твердости по всей высоте. При горячем способе изготовления матриц для штамповки сталей верхнюю часть изделия выполняют из специализированных металлов, которые не подвержены деформации при большой температуре и имеют высокую степень износоустойчивости. Такая технология способна обеспечить наибольшую стойкость приспособления. Иногда применяются современные виды различных полимеров. К примеру, это может быть полиуретан, который отличается хорошей эластичностью и большой прочностью.

Типы и виды пуансонов и матриц

Типы пуансонов различаются конструкцией, которая продиктована технологическим назначением:

пробивные, просечные;
вырубные;
прошивочные;
формовочные;
гибочные.

Каждый тип инструмента предназначен для выполнения операций, в каталоге находятся фото пуансонов всех видов.

Пробивной пуансон: выполняет пробивку, просечку отверстий в листовом материале, отделяет часть материала, образуя внутренний замкнутый контур. Может быть использован для перфорации листового материала. Часто оборудован отлипателем для сброса высеченной детали.

Вырубной пуансон (шплинтон): отделяет заготовки внешний замкнутый контур детали. Пуансон вырубного штампа в зависимости конфигурации может вырубать металл под углами с 1 градуса, в 1-2 этапа. Пуансон вырубной и матрица чаще используются для работы с материалом толщиной до 1,5 мм.

Прошивочный пуансон для пресса: создает в заготовке отверстия (сквозные/глухие) путем вытеснения металла. Может быть сплошным/пустотелым, создавая отверстия малых, либо больших (500-800 мм) диаметров соответственно.

Формовочный пуансон: создает из металлического листа объемное рельефное изделие замкнутого контура, часто за один этап.

Гибочный пуансон: сгибает металл по заданной линии, вдавливаясь в заготовку на требуемую глубину, тем самым формируя гиб.

Деталь пуансон может иметь разную форму: простую геометрическую (цилиндр, шестигранник, квадрат, прямоугольник), либо фасонную (сложную), которая применяется для создания деталей со сложным контуром.

По типу своей конструкции матрица может быть

Цельная матрица: для работы с деталями простого наружного контура.
Сложная матрица: для обработки сложно контурных изделий.
Сборная матрица: изготавливается на высокоточном станковом оборудовании с применением минимума ручных работ. Чтобы начать работу, достаточно лишь быстро, без затруднений запрессовать ее элементы в обойму.
Составная матрица: состоит из нескольких идентичных модулей. Применяется в пресс-формах с несколькими гнездами.Разъемные основы применяются, если будущее изделие имеет сложную геометрию. Чаще всего используют простые модули.

В зависимости от характеристик производимого изделия, пуансон и матрица могут применяться как взаимодополняющие части комплекта, либо по отдельности. Так, основа может быть использована без пуансона, если требуется изготовить деталь с плоской подошвой. При производстве строительных материалов в некоторых случаях его применение также не требуется: например, при формовании стандартного кирпича, когда качество поверхности не имеет важности. Если штампуется листовой материал, работы могут быть проведены без модуля основы — под заготовку помещают лишь ровное основание.

Из чего изготавливаются пуансоны

Как работают матрицы и пуансоны

При прессовании прочный трамбовочный пуансон сильно давит на специальную шайбу для пресса, которая, в свою очередь, передает давление на заготовку. В итоге нужная заготовка выдавливается сквозь матрицу. Пуансон способен работать при огромных тепловых и силовых нагрузках, поэтому его производят из износоустойчивого металла. Приспособление отличается большой прочностью и не повреждается при перепадах температуры.

Другими словами, штамп считается приспособлением, который при помощи давления может изготовить заготовку необходимой формы и размера. При штамповке различных деталей он является наиболее важным инструментом. Когда вместе с ним применяется полиуретан, то из него делают качественную матрицу, которая будет ответным узлом штампа.

При сборке любого вида штампа конструкция этого приспособления всегда полностью совпадает с режущей кромкой матрицы. Другими словами, подобное изделие является замыкающим узлом, который способен создать верхнюю часть заготовки. Набором пуансонов называется небольшой пресс, который может качественно маркировать или делать штамповку разных узлов. С помощью этого приспособления есть возможность изготавливать заготовки любых габаритов или наносить качественную маркировку, которая может быть зеркальной или обычной.

Наборы пуансонов используются на металлообрабатывающих предприятиях, на которых практикуется прессование железных заготовок или изготавливаются листовые детали. В строительной сфере при помощи этого приспособления можно сделать блоки из газобетона, которые имеют различные пустоты.

Основное назначение матрицы

Для того чтобы изготовить заготовку необходимой формы, используется матрица, которую можно сделать из:

Чтобы сделать железную деталь, матрицу необходимо изготовить из специализированной прочной стали, которая имеет высокую износоустойчивость. Подобная конструкция должна быть оборудована отполированными стенками и не иметь крышки.

Специалисты выделяют матрицы следующих видов:

Наиболее сложные конструктивные решения используются довольно редко, поэтому их производят по индивидуальному заказу. Примером простых матриц стоит считать формы для производства различных блоков и небольших кирпичей.

Изготовление пуансонов

При производстве пуансонов используются высокоточные станки, имеющие программное управление. Первоначально используются фрезерные станки, которые механическим способом выполняют и обрабатывают заготовки деталей. Затем их шлифуют и далее, слесарным оборудованием наносят на поверхность рабочий контур штампа. После изготовления пуансона его помещают в специальную печь для закаливания.

Изготавливаемые пуансоны могут быть цилиндрической формы и фасонной, производство которой подвергается более длительному и сложному процессу. Также производятся пуансоны, содержащие буквы или цифры. Это стальной кусок с квадратным сечением, имеющий запиленный наконечник, на котором выгравирован необходимый знак. Пуансоном такой формы клеймят различные номера, металлические детали, станочные элементы и другие изделия.

Матрица в свою очередь, изготавливается после пуансона, используя его оттиск. Контейнер должен быть немного больше по ширине и размеру. Поэтому необходимый зазор между деталями подгоняется путем независимой обработки.

Детали прессового оборудования быстро изнашиваются, поэтому их следует периодически менять. На срок использования пуансонов влияют методы изготовления штампов и сфера производства. Средняя продолжительность работы прессовых составляющих около 6 лет.

Матрицы

Матрица представляет собой специализированный короб, благодаря которому заготовка приобретает необходимую форму. Для их производства используется высококачественная сталь или твердые сплавы. Все стенки конструкции матрицы расположены параллельно друг другу, при этом отсутствует крышка. Производители выпускают простые и комбинированные изделия. Первый вариант применяется исключительно для производства одного конкретного изделия, а второй вариант применяется для изготовления нескольких. Очень часто матрицы изготавливают на заказ.

Поверхность матрицы поддается тщательной процедуре шлифовки, при этом все рабочие части проходят специализированную термообработку. В некоторых случаях для увеличения срока службы эти изделия покрываются защитным покрытием. Такое решение значительно увеличивает эксплуатационный срок.

Что такое матрица и пуансон?

Матрица — это короб, который образует форму будущего изделия. Изготавливают из металла. Стенки конструкции строго параллельны друг другу, крышки нет. Различают простые (только для одного вида изделий) и сложные или комбинированные (для двух и более) матрицы. Второй вид применяют редко, чаще всего, это специальные формы, изготавливаемые на заказ. Простые матрицы широко применяются в строительной сфере на производстве блоков и кирпичей с пустотами.

Пуансон — специальная конструкция, который совпадает с профилем матрицы. Это замыкающий элемент, при помощи которого образуется изделие сверху. Пуансон выполняет функцию пресса (иное название — пресс-штемпель или шплинтон), штампа или маркировщика. Система либо выдавливает деталь, либо наносит маркировку (обычную или в зеркальном виде), либо штампует детали. Основная сфера применения — металлообработка, например, прессование металлов, производство строительных изделий (газобетонные блоки с фигурными пустотами, шлакоблоки) и многое другое.

Штамп и пуансон

В любом штампе, конструкция этой детали всегда совпадает с режущей частью матрицы. По сути дела, эту деталь можно назвать замыкающей деталью, создающей верхнюю часть изделия.
Пуансон — это маленький пресс, который способен штамповать и маркировать детали. С его помощью можно штамповать детали любой формы или нанести маркировку, причем она может быть обыкновенной или в зеркальном отражении.

В основном пуансон применяется в металлообрабатывающей промышленности, там, где используется прессование металлов, формируются листовые заготовки. В строительном производстве с помощью пуансона получают газобетонные блоки, имеющие фигурные пустоты.

Как работает пресс

В процессе работы пуансон (что это такое, мы рассмотрели в начале статьи) путем давления на специальную шайбу воздействует на металлическую деталь, которая в свою очередь, проходит через матрицу. Таким образом, производится заготовка необходимой формы. Во время эксплуатации детали прессовочного оборудования подвергаются колоссальному давлению, доходящему до 500 кг на 1 кв. мм. А также постоянно нагреваются до уровня выше 200 градусов. В связи с этим детали штампования и пресса изнашиваются. А из-за дополнительного воздействия обрабатываемых изделий пуансоны и матрицы со временем теряют твердость. Поэтому их стойкость зависит от материала, из которого они сделаны.

Словолитный прибор: стальной пуансон, медная матрица

В русской технической литературе брусок получил название пуансона (от фр. poincon). Немецкие полиграфисты в этом случае используют термины Schriftstempel или Schriftpragestempelt, а английские – letter punch. При вдавливании пуансона в более мягкую металлическую пластину получается углубленное прямое изображение шрифтового знака. Такая металлическая пластина теперь называется матрицей (нем. – Matrize, фр. – matrice, англ. – matrix). Матрица служит в качестве формы для отливки типографских литер. Очевидно, что с помощью одного пуансона можно выдавить большое количество одинаковых матриц, а с одной и той же матрицы – отлить множество одинаковых литер.

Матрица, пуансон (а) и литеры (б)

Данная технология была известна задолго до времен Гуттенберга и прошла многовековую апробацию в монетном производстве, где издавна применялись металлические штемпеля (рис. 5.10). Для изготовления матриц был необходим металл, который бы, с одной стороны, легко поддавался тиснению, а с другой – не размягчался при заливке в него расплавленного металла, из которого изготовлялись типографские литеры.

Нижний (слева) и верхний (справа) монетные штемпеля. XVI в. Закалённая сталь с содержанием углерода 0,7…0,75 % масс.

Таким металлом издавна служила медь, именно из меди выполнены старейшие сохранившиеся до наших дней матрицы (их относят к началу XVI в.). Эти матрицы хранятся в музее в голландском городе Харлеме. Матрицы изготовлены с помощью пуансонов, которые выгравировал мастер Хенрик Питерзон из Роттердама.

Производство типографского шрифта было очень трудоёмким, ведь делать пуансоны и матрицы приходилось для очень большого количества знаков, во много раз превышающего число знаков латинского алфавита. Изобретатель изготовлял каждый алфавитный знак во множестве вариантов. Его целью было как можно точнее имитировать рукописные тексты, чтобы печатная книга походила на рукопись. При этом количество пуансонов, а значит, и матриц приближалось к тысяче.

Два измерения литеры должны были быть одинаковы не только для всех экземпляров одной и той же буквы, но и для всех, без мельчайшего исключения, знаков одного шрифта. Гравёр пуансонов воспроизводит изумительные по точности стилистического замысла (и по размерам) рисунки букв; но ему пришлось бы, сверх того, обеспечивать идеальное совпадение как роста, так и кегля. Кегль (от нем. kegel) – размер высоты буквы или знака, включая нижние и верхние выносные элементы. При ручном наборе кегль измеряли через высоту литерной площадки, на которой расположена буква или знак. Кегль измеряется в типографских пунктах. Именно значение кегля в типографских пунктах называют размером шрифта применительно к современным текстовым редакторам. Работа гравёра была исключительно трудоёмкой, но по-существу малоэффективный по конечному результату. Необходима была особая разборная литейная форма с подвижными стенками. Таким образом, именно словолитная форма, по сути, является ядром изобретения. Без этого ключевого приспособления для множественного воспроизведения литер книгопечатание не стало бы относительно дешевым и мощным средством распространения информации.

Литеры, набранные в строку. Современная реконструкция литер Гуттенберга

Подвижная стенка позволяла при разной ширине литер одного кегля обеспечивать их одинаковую высоту, а рост литеры (т.е. длина её ножки), одинаковый не только для данного кегля, но и для всех шрифтов, автоматически обеспечивался размерами самого прибора.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Пробивка листовой детали

Чертеж пуансона наглядно показывает, как происходит вдавливание металла в нижнюю часть матрицы с последующим сгибом и деформацией материала. К концу работы, достигая максимального давления, волокна металла разрываются и выполняется соответствующий срез на изделии.

Основные характеристики изделия

Абсолютно любой вид штампов имеет определенный гарантийный срок эксплуатации. Главными узлами этого приспособления являются матрица и пуансон, которые довольно быстро изнашиваются. Эти узлы необходимо регулярно менять, потому что они способны служить без замены около 5 лет. Оборудование вибрационных прессов устройств по штамповке имеет разную конструкцию. Это сделано для того, чтобы была возможность производить различные технические операции.

По этой причине при производстве цилиндрических штампов выполняется основательное шлифование. Мастера делают черновую обработку приспособления, а потом уже чистую шлифовку. Приспособление затачивается и полируется на последнем этапе его изготовления.

Чтобы сделать фасонные пуансоны, используется технологический оттиск. Приспособление закаливают в горячей печке в течение 10 минут. Далее приступают к финишной шлифовке. Чтобы получить изделие сложной формы, применяется большое количество специализированного оборудования. Тут почти невозможно обойтись без использования фрезерных и строгальных станков.

Подобное оборудование нужно для производства матрицы. Когда формы для пресса сделаны очень качественно, а пуансон снабжен точной линией среза, то штамп будет обладать высокой степенью износоустойчивости и большим сроком службы. Специалисты считают, что сделать штампы своими руками очень сложно. Для этого необходимо обладать многими знаниями в области обработки металлов.

Стали, применяемые для изготовления основных деталей, как штампов, так и пресс-форм, относятся к группе инструментальных. Технологические и механические свойства инструментальных сталей определяются наличием химических элементов, входящих в данную сталь. По химическому составу инструментальные стали делят на углеродистые, легированные и быстрорежущие. Последние идут преимущественно на изготовление режущих инструментов, и поэтому в дальнейшем не рассматриваются.