Штамповые стали для холодной деформации: требования, марки и выбор листа

Штамповые стали для холодной деформации

Гайки, скобы, кузовные панели, метизы — множество деталей рождается не резанием, а под давлением холодного штампа. Инструмент при этом принимает на себя жёсткие циклические нагрузки, поэтому от его материала зависит и точность деталей, и ресурс всей оснастки. Ниже разобрано, что понимают под холодной деформацией, какими бывают её виды, какие требования предъявляют к штамповым сталям и какие марки выбирают под конкретные задачи.

Какими бывают виды холодной деформации?

Холодная обработка давлением объединяет несколько технологических приёмов, каждый со своим характером формоизменения:

• холодная листовая штамповка;
• холодная прокатка листов, лент и фольги;
• волочение.

Каким требованиям должна отвечать штамповая сталь?

Штампы холодного деформирования живут в непростых условиях: их постоянно нагружают переменными усилиями, а из строя они выходят по-разному — из-за хрупкого разрушения, износа, малоцикловой усталости, а также искажения формы и размеров. Отсюда и складывается набор обязательных свойств:

• достаточная вязкость;
• прочность;
• износостойкость;
• высокая твёрдость.

Есть и тепловой фактор. При деформировании инструмент способен разогреваться примерно до 350 °C, поэтому к перечисленным качествам добавляется теплостойкость.

Какие марки применяют для холодных штампов?

Под разные условия работы подбирают разные стали — они различаются классом, содержанием карбидов и прокаливаемостью.

Х12М и Х12Ф1. Высокохромистые стали ледебуритного класса, в структуре которых около 17 % карбидов. Они отличаются заметной износостойкостью, а при закалке в масле деформируются слабо — это особенно ценно для штампов сложной формы. Ванадий и молибден в их составе удерживают мелкое зерно и повышают устойчивость переохлаждённого аустенита, а значит, и прокаливаемость. При охлаждении в масле Х12Ф1 прокаливается на глубину до 180 мм, а Х12М — до 200 мм. Слабые стороны этих марок — трудная обрабатываемость резанием в отожжённом состоянии и падение механических свойств при выраженной карбидной неоднородности.

Х6ВФ. Здесь карбидная неоднородность заметно ниже, поэтому сталь идёт на инструмент, от которого ждут высокого сопротивления износу и большой механической прочности. Прокаливаемость скромнее — до 80 мм.

7ХГ2ВМ. Марка удачно сочетает высокую прокаливаемость с закаливаемостью при минимальной потере объёма во время закалки. Твёрдость достигает 60 HRC.

Для вытяжных штампов небольшого размера, где диаметр пуансона не превышает 25 мм, подходят углеродистые стали У10, У11 и У12. А для крупных штампов выбирают марки Х и ХСВГ — у них лучше прокаливаемость.

Как выбирают листовую сталь для холодной штамповки?

Подбор тонколистового и листового металла под штамповку машиностроительных деталей опирается на несколько взаимосвязанных факторов:

1. уровень механических и технологических свойств сырья;
2. величина анизотропии материала;
3. назначение детали — лицевая она, определяющая внешний вид изделия, или скрытая, выполняющая лишь технические функции;
4. требования к химическому составу, микро- и макроструктуре;
5. степень деформации на формообразующих операциях;
6. состояние сырья с точки зрения термообработки.

Металл должен соответствовать не только назначению и условиям эксплуатации, но и технологическим требованиям, вытекающим из характера деформации. На технологию влияет целый ряд обстоятельств: качество поверхности и направление проката листа, допуски по толщине, схема раскроя, точность установки и конструктивная форма штампов, особенности межоперационной термообработки, смазка, число переходов, тип производства и скорость деформирования. Дополнительно учитывают последующую термическую обработку, отделку и пригодность к механическим соединениям.

Грамотный выбор стали, таким образом, — это всегда компромисс между эксплуатационными запросами к готовой детали и технологическими возможностями производства.