Производство инструментов и штампов — промышленное искусство изготовления штампов, пресс-форм для пластмасс, оснастки и приспособлений, используемых в массовом производстве твердых предметов.
Изготовление штампов для прессовой обработки составляет основную часть работы, выполняемой в инструментальных и штамповочных цехах. Большинство штампов используется для изготовления деталей из листового металла, размер которых варьируется от упора для пальцев на телефонном аппарате до панелей автомобильного кузова. Каждый штамп состоит из двух секций, называемых пуансоном и матрицей, или наружной и внутренней частью. Обе секции жестко закреплены в прессе с электрическим или гидравлическим приводом. Во время рабочего цикла плунжер пресса, на котором закреплена мужская секция, опускается в неподвижную женскую секцию. Металл, находящийся между секциями, разрезается или формуется по заданной форме. Как и штампы, прессы различаются по размеру — от очень маленьких до гигантских. Скамья для прессования часто достаточно мала, чтобы ее можно было поднять вручную; но пресс, который штампует крышу автомобиля, обычно имеет высоту около трех этажей и способен прикладывать тонны усилий.
Оснастка, используемая при литье пластмасс, очень похожа на оснастку штампов для штамповки. Принципиальное отличие заключается в том, что штамповка требует приложения силы, а формовка — нет. Для литья пластмасс требуются два устройства, конструкция которых такова, что, будучи соединенными вместе, они образуют систему замкнутых полостей, связанных с центральным отверстием. Жидкий пластик подается через отверстие в полости, или формы, а когда пластик застывает, формы открываются и готовые детали выбрасываются.
Развитие современных инструментов и штампов восходит к американскому изобретателю и промышленнику Эли Уитни, который впервые реализовал концепцию планового производства взаимозаменяемых деталей. Каждая деталь изготавливалась по заданным размерам с помощью оснастки, так что отпала необходимость в высококвалифицированных мастерах, которые ранее требовались для производства, поскольку не было необходимости в дополнительной подгонке или селективной сборке деталей. Инструментарий Уитни состоял из шаблонов (шаблонов для наведения инструмента) и простейших приспособлений — предшественников современных инструментов и штампов. Он успешно продемонстрировал возможность производства взаимозаменяемых деталей, наладив массовое производство огнестрельного оружия для войны 1812 года.
Успешное внедрение взаимозаменяемых деталей и развитие станков, произошедшие в XIX веке, привели к появлению современного механического цеха. Тогда, как и сейчас, независимый механический цех назывался «job shop», что означало, что у него не было собственной продукции, но он обслуживал крупные промышленные предприятия, изготавливая оснастку, станки и заменяя детали машин. В конце концов, некоторые механические мастерские стали специализироваться на изготовлении оснастки, исключив другие виды работ.
Развитие силового пресса породило спрос на другую форму оснастки — штампы, предназначенные для резки и формовки листового металла в заранее заданные формы и конфигурации. Работа по изготовлению штампов похожа, но не идентична работе по изготовлению оснастки, приспособлений и других инструментов, что привело к тому, что многие специализированные машиностроительные мастерские стали называть себя инструментальными и штамповочными мастерскими. Развитие в XX веке литья под давлением и литья под давлением привело к появлению спроса на другие виды оснастки — штампы, используемые при литье под давлением и литье пластмасс. Изготовлением этих инструментов также занялись инструментальные и штамповочные мастерские.
Однако во второй половине XX века традиционные инструментальные и штамповочные цеха постепенно вытесняются специализированными цехами, которые производят только одну форму оснастки. Эту тенденцию можно объяснить растущей сложностью оснастки, поскольку цеха, обладающие навыками и оборудованием, необходимыми для изготовления одной формы оснастки, редко оснащаются для другой. Даже единственная форма изготовления инструментов, называемая «диамакинг», становится специализированной; некоторые мастерские теперь ограничиваются изготовлением штампов для специальных применений, таких как штампы для автомобильных кузовов.
