Твердосплавные вставки матрицы и пуансоны: с головкой или прямые, с удержанием отхода или без забивания, и что указывать
· Vanguard Carbide
Стандартные формы твердосплавных вставок матрицы и пуансонов, для чего предназначена каждая, какие допуски публикуют каталоги для них, и контрольный список, который нужно отправить при заказе твердосплавной детали или ее заготовки.
Краткий ответ
Твердосплавные вставки матрицы (матричные вставки, матрицы) и твердосплавные пуансоны выпускаются в небольшом числе стандартных исполнений: с головкой или прямые, а для вставок матрицы — гладкие, с удержанием отхода или незабивающиеся. Исполнение определяет, какие размеры должны быть точными, какие элементы необходимо обработать в твердом сплаве и как деталь устанавливается в матрице.
Если вы заказываете твердосплавную деталь — готовую вставку матрицы или заготовку для самостоятельной доводки, — поставщику необходимо знать исполнение и размер. В этой статье объясняются исполнения на основе опубликованных каталожных данных и двух статей по изготовлению штампов, а в конце приведен перечень параметров, которые нужно указать при заказе.
Вставки матрицы с головкой и прямые вставки матрицы
ISO 8977:2003 устанавливает основные размеры и допуски для матриц без головки и с головкой (вставок матрицы) с наружным диаметром от 5 до 50 мм. Размеры по этому стандарту согласованы с пуансонами, изготовленными по ISO 8020. Стандарт последний раз пересматривался и подтверждался в 2025 году.
Вставка матрицы с головкой имеет буртик в верхней части, который обычно устанавливается в расточку плиты матрицы. Прямая (без головки) вставка матрицы представляет собой гладкий цилиндр, запрессовываемый в плиту. В обоих случаях наружный диаметр выполняется по посадке с натягом и шлифуется с точностью до нескольких микрометров.
Например, один крупный поставщик указывает в своем каталоге для твердосплавных вставок матрицы допуск на хвостовик m5 для исполнений с головкой и n5 для прямых исполнений, или только плюсовой допуск от 0 до +0,005 мм, для марки твердого сплава, полученного методом HIP, 87–88 HRA. В том же каталоге стандартный допуск на полную длину составляет от +0,2 до +0,4 мм, при этом более жесткие допуски на длину доступны в качестве опций. Вставки матрицы с головкой можно заказать с одной или двумя лысками на головке. Фасонное (некруглое) отверстие должно совпадать с пуансоном, и лыска на головке — один из способов ориентировать вставку матрицы.
| Диаметр хвостовика | m5 (с головкой) | n5 (прямые) |
|---|---|---|
| 3 мм | от +0,002 до +0,006 мм | от +0,004 до +0,008 мм |
| 4 и 5 мм | от +0,004 до +0,009 мм | от +0,008 до +0,013 мм |
| 8 и 10 мм | от +0,006 до +0,012 мм | от +0,010 до +0,016 мм |
Что важно при заказе: наружный диаметр, отверстие и длина — это размеры, на которые установлены допуски. Если вы покупаете заготовку для самостоятельной доводки, укажите, какие из них вы будете шлифовать, чтобы на этих поверхностях у заготовки оставался припуск на шлифование.
Гладкие, с удержанием отхода и незабивающиеся вставки матрицы:
Разные типы вставок матрицы существуют главным образом из-за вытягивания отхода. Как объясняет Арт Хедрик в The Fabricator, вытягивание отхода — это когда вырубленный материал (отход) прилипает к торцу пуансона при обратном ходе и поднимается обратно из вставки матрицы. Вытянутый отход может повредить детали и штампы, а защемленный воздух, образующий вакуумную полость под торцом пуансона, является одной из основных причин.
К описанным в этой статье способам устранения относятся вентиляционные отверстия и подпружиненные выталкивающие штифты в пуансоне, уменьшенный зазор между пуансоном и матрицей (он помогает, но сокращает срок службы пуансона и вставки матрицы), а также вставки матрицы, предназначенные для удержания отхода:
- Вставки матрицы с контролем отхода: два небольших паза, выполненных под углом в матрице, создают на отходе заусенец, который заклинивает его на месте.
- Вставки матрицы с зацепом отхода: шипы в матрице врезаются в отход.
- Вставки матрицы с обратным конусом (раструбом): отверстие слегка сужается, поэтому отход удерживается за счет сжатия. Для большинства операций пробивки конусности 0.0005–0.001 inch более чем достаточно, а слишком большая конусность может расколоть матрицу.
- Вакуумные устройства, которые затягивают отход вниз в матрицу.
Каталожные вставки матрицы для удержания отхода работают по тому же принципу и имеют опубликованные ограничения. В каталоге, указанном выше, они приведены в виде:
| Ограничение | Значение |
|---|---|
| Диаметр отверстия | 1.0–16 mm |
| Предел прочности обрабатываемой детали при растяжении | До 1177 N/mm² |
| Толщина обрабатываемой детали | Не менее 0.15 mm |
| Зазор на сторону | Менее 20% толщины обрабатываемой детали; при большем зазоре эффекта удержания ожидать нельзя |
Поскольку эти вставки матрицы работают за счет образования небольших выступов на отходе, в каталоге указано, что они не подходят для точных отверстий или случаев, когда вырубленная деталь является продуктом.
Незасоряющиеся вставки матрицы работают противоположным образом: они помогают отходу выходить. В незасоряющейся конструкции из каталога отверстие для впуска воздуха рядом с фасонным отверстием позволяет вакуумному устройству протягивать воздух через вставку матрицы, и поток воздуха выносит отход лучше, чем один только вакуум. В том же каталоге разгрузка вставки матрицы задается как конусность 1/50, 1/100 или 1/150: конусность 1/50 увеличивает диаметр на 1 mm на каждые 50 mm длины, что составляет около 1.15°.
Пуансоны и пуансоны-ловители
Ассортимент твердосплавных пилотных пуансонов того же поставщика показывает, как обычно описываются варианты исполнения пуансонов. Серии выпускаются с круглой (R), конической или остроугольной рабочей частью; большинство — в стандартном, доведенном или с покрытием TiCN исполнении, все — из твердосплавной марки, полученной методом HIP:
- Стандартные пуансоны, допуск хвостовика m5
- Пуансоны с шпоночными пазами, с головкой или прямые
- Прямые пуансоны без головки
- Пуансоны для крепления к плите съемника, с головкой или прямые
- Подвижные пуансоны с хвостовиком g6, размер которого меньше номинального, что позволяет пуансону скользить: от −0.002 до −0.008 мм для хвостовиков от 1.6 до 3 мм, вплоть до диапазона от −0.006 до −0.017 мм для хвостовиков 13 и 16 мм
Когда вы заказываете твердосплавный пуансон или заготовку пуансона, посадка хвостовика (прессовая или скользящая), наличие головки, форма рабочей части и финишная обработка влияют на то, как шлифуется деталь. Укажите их в запросе или пришлите обозначение по каталогу заменяемого изделия вместе с чертежом.
Выбор марки для пуансонов и вставок матрицы
В статье Твердый сплав в инструменте и штампах (The Fabricator) основными факторами являются размер зерна и содержание кобальта: более мелкое зерно дает более высокую твердость, износостойкость и хрупкость; большее содержание кобальта делает сплав мягче и вязче. В статье также подчеркиваются два свойства, важные для штамповки: коррозионная стойкость, поскольку кобальтовая связка может вымываться при проволочной электроэрозионной обработке в диэлектрике, шлифовании с эмульсией или под действием коррозионно-активных смазок; и устойчивость кромки.
В статье описано испытание по вырубке нержавеющей стали толщиной 0.065 дюйма пуансоном, изготовленным методом проволочной электроэрозионной обработки:
| Испытанная марка | Результат |
|---|---|
| 15% кобальта, субмикронное зерно | Выкрашивание при обратном ходе после 500 ударов; низкое качество поверхности и коррозия вызвали схватывание на кромке |
| 15% кобальта, крупное зерно | Чрезмерный износ после 5,000 ударов |
| 12% кобальта, среднее зерно, коррозионностойкая | 50,000 ударов; 80,000 после улучшения смазки |
Это результаты одного применения, а не общие показатели стойкости. Они показывают, что самое дешевое на вид изменение — более вязкая марка — не всегда является решением. В той же статье отмечается, что скол на торце пуансона может указывать на плохое качество поверхности, схватывание или слишком большой зазор, а скол по боковой стороне — на слишком малый зазор или недостаточную ударную стойкость.
На нашей странице твердосплавных блоков перечислены классы марок, которые мы используем для штамповки. Сообщите, что вы штампуете, толщину материала и частоту ходов, а также будет ли деталь вырезаться методом проволочной электроэрозионной обработки, и мы предложим марку вместе с листом данных.
Что указать при заказе твердосплавной детали
| Параметр | Почему это важно |
|---|---|
| Тип: с головкой или прямой; обычный, с удержанием отхода или без засорения | Определяет, какие элементы выполняются механической обработкой в твердом сплаве |
| Наружный или хвостовой диаметр и его посадка (m5, n5, g6 или допуск только в плюс) | Прессовая или скользящая посадка; шлифовка до микрон |
| Полная длина, диаметр головки и толщина головки с допусками | Стандартные допуски на длину по каталогу свободные, если не запросить более жесткие |
| Размер и форма отверстия, длина пояска и задний конус | Рабочая часть вставки |
| Лыски под ключ или другие элементы ориентации | Необходимы для фасонных отверстий |
| Штампуемый материал, его толщина и частота ходов | Определяют выбор марки |
| Готовая деталь или заготовка с припуском на шлифование; шлифование или проволочная электроэрозионная обработка | Изменяет размер заготовки и делает предпочтительной коррозионностойкую марку при электроэрозионной обработке |
| Количество и повторяемость заказа | Цена и способ изготовления детали |
Для круглых заготовок пуансонов и вставок матрицы, после спекания или шлифованных, см. нашу страницу заготовок пуансонов и матриц.
Часто задаваемые вопросы
Что означают m5, n5 и g6 на пуансоне или вставке матрицы?
Это классы допусков ISO для диаметра хвостовика. m5 и n5 задают диаметр немного выше номинального для прессовой посадки в плите матрицы; g6 — немного ниже номинального, чтобы подвижный пуансон мог скользить. Для хвостовика 4 или 5 мм в каталоге, указанном ниже, m5 составляет от +0.004 до +0.009 мм, а n5 — от +0.008 до +0.013 мм.
Чем отличаются вставки матрицы с удержанием отхода от вставок без засорения?
Вставки с удержанием отхода удерживают вырубленный материал во вставке, чтобы его не вытянуло обратно пуансоном. Вставки без засорения помогают вырубленному материалу выпадать или извлекаться, например через впуск воздуха и вакуумное устройство. Вставки с удержанием отхода по каталогу не рекомендуются для точных отверстий или случаев, когда вырубленная деталь является продуктом.
Можно ли вырезать заготовки вставок матрицы из твердого сплава проволочной электроэрозионной обработкой?
Да, проволочная электроэрозионная обработка — распространенный способ вырезки фасонных отверстий и профилей пуансонов в твердом сплаве. Кобальтовая связка может вымываться при электроэрозионной обработке в диэлектрике, поэтому сообщите поставщику, что деталь будет вырезаться электроэрозионным способом; возможно, лучшим выбором будет коррозионностойкая марка.
Вы поставляете готовые вставки матрицы или только заготовки?
Мы поставляем круглые заготовки пуансонов и вставок матрицы, а также твердосплавные блоки — после спекания или шлифованные — изготовленные по вашему чертежу. Пришлите чертеж, и мы подтвердим в коммерческом предложении, какие элементы и допуски входят.
Источники
- ISO 8977:2003, Инструменты для прессования — матрицы, страница каталога ISO (аннотация и статус)
- MISUMI, Твердосплавные вставки матрицы: типы, допуски на хвостовик, ограничения по удержанию отхода, разгрузочные конусы
- MISUMI, Незабивающиеся твердосплавные вставки матрицы (страницы каталога 585–586, PDF): допуски, изменения, конструкция подвода воздуха
- MISUMI, Твердосплавные направляющие пуансоны: типы пуансонов и допуски на хвостовик
- Арт Хедрик, Основы штампов 101: Устранение проблем с вытягиванием отхода, The Fabricator
- Твердый сплав в инструменте и штампах, The Fabricator: свойства марок и испытание вырубкой нержавеющей стали