К вопросу о выборе материала для штамов и пресс-форм

Одним из определяющих факторов долговременной и безотказной работы прессового инструмента является грамотный выбор материала. Не секрет, что даже незначительное (измеряемое в десятых долях процента) легирование стали влечёт существенные изменения её физических и механических свойств. Особенно это актуально для формообразующего инструмента, работающего в условиях высокого термоциклироания (другими словами, значительного перепада температур).

Однако следует обратить внимание и на другую сторону медали - а именно на вопрос целесообразности использования того или иного материала для конкретного инструмента, который будет эксплуатироваться в заданных условиях. Советские времена, когда для достижения поставленной сверху цели не жалелись никакие средства, безвозвратно прошли. В условиях современного рынка важнейшую роль играет стоимость технологической оснастки, поскольку именно она оказывает решающее воздействие на себестоимость изготовления, и, как следствие, конечную цену продукта.

Поскольку материал инструмента напрямую влияет на его общую стоимость, к выбору марки стали следует подходить грамотно и с большим пониманием дела. Это позволит получить качественное изделие с длительным сроком эксплуатации, не переплачивая там, где в этом нет технологической необходимости. В этой небольшой статье мы сделаем попытку несколько осетить этот вопрос, постараясь не уходить в технические дебри.

Штампы

Следует иметь в виду, что технология и соответственно стоимость изготовления штампа зависит не столько от сложности контура, сколько от условий его будущей эксплуатации. Как известно, процесс штампования может осуществляться с нагревом обрабатываемых заготовок или без него. Соответственно, в зависимости от теплостойкости (способности сохранять механические свойства при нагреве) выделяют несколько групп штамповых сталей, обрабатываемость которых существенно отличается.

Так, штампы холодного деформирования должны обладать высокой твёрдостью и износостойкостью при достаточной прочности и ударной вязкости. Поэтому, если в процессе эксплуатации штамп не будет нагреваться выше 200 градусов, то для его изготовления целесообразно использовать инструментальные и низколегированные стали – У10, У12, 11ХФ и др. Они не обладают теплостойкостью, но после отжига достаточно хорошо обрабатываются резанием, а после закалки и низкого отпуска приобретают высокую твёрдость (58…60 HRC).

Напротив, штампы для горячего деформирования, которые планируется эксплуатировать в особо тяжёлых условиях, необходимо изготавливать из комплексно-легированных теплостойких сталей: 2Х6В8М2К8, 4Х4В2МФС и др. Такие стали относятся к категории жаропрочных, и значительно хуже поддаются лезвийной обработке. Поэтому время и трудоёмкость изготовления такого штампа в несколько раз выше.

Пресс-формы

Как и для штампов, для пресс-форм определяющее значение имеет правильный выбор материала. Так, если ваша компания занимается массовым производством (необходимый ресурс – несколько сотен тысяч циклов смыкания), то пресс-форма должна быть изготовлена из жаропрочной нержавеющей стали, например, 2Х6В8М2К8 или 5Х3В3МФС. После многоступенчатой термообработки такие стали приобретают высокие показатели ударной вязкости, прочности и износостойкости, однако они плохо поддаются лезвийной обработке.

Если же вы занимаетесь средне- или мелкосерийным производством, когда программа выпуска не превышает несколько тысяч единиц продукции, на первое место выходит не достижение высокой стойкости прессового инструмента, а снижение трудоёмкости и стоимости его изготовления. В этом случае принцип выбора материала существенно отличается от условий массового производства.

Например, наиболее трудоёмким в изготовлении пресс-формы является финишная обработка внутренних поверхностей матрицы (неподвижный элемент пресс-формы) со сложным строением. Это требует привлечения рабочих высокой квалификации для выполнения ручных доводочных операций. Если материал при этом был закалён на высокую твёрдость (от 55 HRC), трудоёмкость этого процесса, а значит и стоимость изделия значительно возрастает.

Таким образом, пресс-форма, рассчитанная на n-тысяч циклов, может быть в 2.5-3 раза дешевле, чем пресс-форма, рассчитанная на 2n-тысяч циклов. Между тем, в отдельных случаях из-за особенностей строения пресс-формы возможна и обратная ситуация, когда пресс-форма на 100 тысяч циклов будет стоить х-рублей, а на 500 тысяч – 4х-рублей.

Именно поэтому к вопросу изготовления прессового инструмента следует подходить лишь после всестороннего анализа ситуации – только так можно найти решение, которое в наибольшей степени отвечает потребностям вашей компании.