Конструкция матрицы, геометрия ее формообразующих частей зависят от вида технологической операции, возникающих при штамповке усилий, формы и размеров штампуемого изделия. Матрица для калибровки имеет обычно две полости — верхнюю рабочую, размеры которой определяются требуемыми размерами заготовки, и нижнюю, в которой устанавливается выталкиватель (рис. 2.41, а). Во избежание появления трещин в месте перехода от рабочей полости к фаске нижней полости необходимо предусматривать плавный переход. Для повышения стойкости необходимо, чтобы переход диаметров рабочей полости и полости для выталкивания был как можно меньше. После 50—100 ударов увеличивается рабочая полость матрицы непосредственно в зоне деформаций, что увеличивает усилие выталкивания. Для уменьшения влияния изнашивания на усилие выталкивания рабочую полость матрицы иногда конструируют с небольшой конусностью (до Г). Матрица для прямого выдавливания имеет цилиндрическую заходную полость, которая служит для установки заготовки, рабочую полость для придания изделию соответствующей формы и нижнюю полость для предотвращения изгибания выдавленной части заготовки. Высота заходной полости определяется требуемой высотой заготовки и предварительного захода пуансона перед выдавливанием и принимается в пределах 5— 10 мм. Большая высота заходной полости приводит к увеличению сил трения в начальный момент штамповки и значительному возрастанию удельных усилий на пуансоне. Поэтому рекомендуют, чтобы отношение высоты заходной полости к ее диаметру не превышало 10.
Рабочая полость состоит из переходной части от цилиндрической заходной части к формообразующему пояску и самого пояска. Геометрические параметры переходной части матрицы значительно влияют на усилие выдавливания, зависимость усилия от пути, распределение деформаций, и скоростей по сечению, контактные условия.
Обычно применяют коническую переходную часть с углом при вершине сплошных изделий 2а = 70-г-90°, а для изделий с пустотелым стержнем 2а = 60ч-70°, что обеспечивает технологичность изготовления матрицы и достаточно равномерное и плавное распределение нагрузки в процессе выдавливания, необходимое для увеличения продолжительности срока службы матрицы. При уменьшении угла 2а до 30° возникают большие напряжения на боковых стенках матрицы, возможно полное снятие смазочного материала с поверхности заготовки. Увеличение угла 2а до 160— 180° вызывает резкий рост удельного усилия. Весьма важный фактор, определяющий стойкость матрицы, — радиус перехода гг от цилиндрической части в коническую и от нее к рабочему пояску, который выполняют для уменьшения трения и удельных нагрузок на инструмент.
Полость матрицы для редуцирования по своей конфигурации аналогична полости матрицы для прямого выдавливания. Основное отличие заключается в том, что контейнер для загрузки заготовок значительно более короткий и меньше угол конической переходной части (2а < 30°). При редуцировании заготовок из углеродистых сталей контейнер обычно служит только для центрирования заготовки; его длина не превышает (1—1,5) DM.
Иногда при редуцировании у входа в очко матрицы образуется наплыв (отожженные латуни, заготовки с крупнозернистым поверхностным слоем и др.), что приводит к потере устойчивости пластического течения. Устранения наплыва, а соответственно и потери устойчивости, обычно достигают предварительной калибровкой проката, оптимизацией сочетания значений угла конуса матрицы и деформации, улучшением качества поверхностного слоя заготовки. Простейшее и надежное решение в этом случае — глубина полости больше длины заготовки. Усилие редуцирования не зависит в этом случае от длины заготовки, т. е. потери на трение о боковые стенки матрицы равны практически нулю. Однако условия удаления из штампа длинномерных деталей (ступенчатые валы и др.) усложняются.
Остальные размеры определяются аналогично размерам матрицы для прямого выдавливания. Рабочие части матриц для прямого выдавливания и редуцирования подвергаются шлифованию с последующим полированием, все посадочные и опорные поверхности шлифуются. Матрицы для обратного выдавливания выполняются с полостью, соответствующей форме и размерам получаемого изделия. В нижнюю часть полости устанавливают выталкиватель, торец которого — дно или часть дна матрицы. Если на дне штампованной заготовки нет фасок и уступов, матрица имеет гладкую сквозную полость, если есть, то матрица имеет ступенчатую форму. В последнем варианте выталкиватель необходимо точно устанавливать относительно ступеньки матрицы с учетом упругой деформации во время выдавливания, иначе ухудшаются условия течения металла. При выдавливании стакана с относительно тонким дном наблюдается искажение формы дна из-за утягивания вверх его краев. Если высота очага деформации равна или меньше толщины дна стакана, происходит интенсивное истечение металла краевой зоны дна в зазор между пуансоном и матрицей, в результате чего периферийные слои нижнего торца выдавливаемого стакана отделяются от дна матрицы. Утяжина может быть устранена, если рабочий торец выталкивателя выполнить со скошенными краями.
Стенки сквозной рабочей полости выполняют строго цилиндрическими или, для облегчения выталкивания, с уклоном, равным «1°. Уклон зависит от толщины стенки изделия, высоты заготовки и требуемой точности. Глубина рабочей части полости матрицы должна быть больше высоты заготовки не менее чем на 5 мм.
Матрицы для комбинированного выдавливания по конструкции аналогичны матрицам для прямого выдавливания, а матрицы для двустороннего выдавливания проектируются по правилам, изложенным J выше, для каждого технологического способа в отдельности. Как правило, следует применять сборные конструкции матриц, что снижает концентрацию напряжений, увеличивает прочность и износостойкость, улучшает технологичность их изготовления. При холодной объемной штамповке на |матрицы действует внутреннее давление со стороны штампуемого металла. В матрице возникают тангенциальные, радиальные и осевые напряжения.
