Wykonywanie wykrojników do metalu: od surowej stali do pierwszego uderzenia

Co naprawdę oznacza wykonanie matrycy do tłoczenia metalu

Gdy szukasz informacji ntwykonywanie wykrojników do metalu, zazwyczaj wpadasz w jedną z dwóch skrajności: hobbystę wycinającego dziury w cienkiej blasze lub gęsty rozdział w podręczniku wypełniony równaniami. Ten artykuł wypełnia lukę pomiędzy tymi światami, przedstawiając, jak w rzeczywistości wygląda profesjonalna konstrukcja matryc od surowej stali po pierwszy hit produkcyjny.

Co to jest stempel i na czym polega jego wykonanie

Czym więc są matryce w produkcji? W swej istocie matryca do tłoczenia jest precyzyjnym narzędziem składającym się z dwóch współpracujących połówek, które pod wpływem siły docisku tną, wyginają lub formują blachę w gotowy kształt. W górnej i dolnej połowie znajdują się stemple, wnęki matrycy, ściągacze, piloty i elementy prowadzące, które współpracują ze sobą w celu zlokalizowania materiału, wykonania operacji i wydania gotowej części. Prosta definicja tłoczenia: proces-z dużą siłą, który przekształca płaski arkusz w trójwymiarowe-komponenty z szybkością produkcyjną.

Ale tutaj jest rozróżnienie, które większość treści pomija. Obsługa tłocznika oznacza ładowanie go do prasy i uruchamianie części. Wykonanie jednego oznacza zaprojektowanie każdego elementu z bloku stali narzędziowej, obróbkę skrawaniem z tolerancją-mikronów, hartowanie i udowodnienie, że wytwarza akceptowalne części, zanim trafią one do produkcji. Czym jest prasa do tłoczenia bez odpowiednio zbudowanej matrycy? Tylko tonaż i nie ma dokąd pójść.

Zakres tego artykułu koncentruje się całkowicie na stronie konstrukcyjnej: projektowaniu, obróbce skrawaniem, obróbce cieplnej, kontroli i walidacji. Jeśli pytasz, czym są matryce i jak się je buduje, jesteś we właściwym miejscu.

Dlaczego matryca-Precyzja decyduje o jakości części

Każdy wymiar wytłoczonej części ma bezpośredni związek z procesem produkcji matryc. Prześwit stempla-do-matrycy kontroluje wysokość zadziorów. Geometria wnęki decyduje o przepływie materiału. Wykończenie powierzchni stali do formowania określa, czy części oddzielają się czysto, czy też żółkną i przylegają. Kiedy tolerancje odchylają się nawet o kilka tysięcznych cala, wzrasta ilość złomów, wydłużają się przestoje prasy i wzrasta koszt jednego trafienia.

Matryca jest DNA każdej wytłoczonej części. Każda wada wykończenia powierzchni, błąd wymiarowy lub zadziory mają swoje źródło w sposobie wykonania matrycy.

Zrozumienie, czym jest tłoczenie metali na poziomie praktycznym, oznacza uznanie, że matryce do tłoczenia metali nie są zwykłymi narzędziami. Są to instrumenty-budowane na zamówienie, w przypadku których każdy wybór projektu, wybór materiału i operacja obróbki przekładają się na jakość, trwałość i ekonomikę każdej produkowanej części. W następnych sekcjach szczegółowo opisano, jak to się dzieje, zaczynając od fazy inżynierii cyfrowej, która poprzedza jakiekolwiek cięcie wiórów.

Proces projektowania matrycy od modelowania CAD do programowania CAM

Zanim jakakolwiek stal narzędziowa zostanie wycięta, tłocznik istnieje w całości jako geometria cyfrowa. Faza inżynieryjna-frontendu to moment, w którym w dużej mierze decydują koszty, dokładność i wydajność produkcji, choć jest to krok, który większość dyskusji na temat budowy matrycy pomija.Nowoczesny projekt stemplaopiera się na trzech wzajemnie powiązanych dziedzinach cyfrowych: modelowaniu 3D CAD w celu zdefiniowania każdego komponentu, symulacji CAE w celu sprawdzenia zachowania podczas formowania oraz programowania CAM w celu wygenerowania ścieżek narzędzia, które będą obrabiać każdą część. Wykonaj tę fazę prawidłowo, a zredukujesz pętle prób, odpady i przeróbki. Jeśli się pomylisz, zapłacisz za te błędy w stali.

Modelowanie 3D CAD dla geometrii stempla i matrycy

Projektowanie matryc do tłoczenia metali rozpoczyna się od parametrycznego modelu 3D gotowej wytłoczonej części. Inżynierowie importują geometrię części, zazwyczaj jako plik STEP lub natywny plik CAD, i rozpoczynają pracę wstecz od ostatecznego kształtu, aby określić, w jaki sposób matryca musi ją uformować. To podejście inżynierii odwrotnej- ma miejsce wtedy, gdy projekt tłoczenia blachy odbiega od ogólnego projektu mechanicznego. Nie tylko modelujesz komponenty bryłowe; modelujesz negatywną przestrzeń i ruch, który wytworzy część miliony razy.

Modelowanie parametryczne oznacza, że ​​każdy wymiar jest oparty na relacjach. Zmień promień stempla, a wnęka matrycy współpracującej, otwór zgarniacza i kieszeń płyty nośnej zostaną automatycznie zaktualizowane. To skojarzenie zapobiega niedopasowaniu, które powoduje zakłócenia podczas montażu. Stemple są modelowane na podstawie ich profili cięcia, długości styków i kątów ścinania. Bloki matrycowe otrzymują geometrię wnęki z odpowiednimi prześwitami dla konkretnego tłoczonego materiału i grubości. Ściągacze, piloty, kołki prowadzące i bloki piętowe przyjmują kształt w ramach tego samego modelu złożenia, zapewniając, że każdy komponent działa jako skoordynowany system.

Układ pasków jest kluczową częścią tej fazy modelowania. Projektant określa, w jaki sposób płaski pasek będzie się zagnieżdżał, ile materiału znajdzie się pomiędzy częściami, gdzie łączą się wypustki nośne i jaka odległość dzieli stacje. Dobrze-zaplanowany układ pasków równoważy wykorzystanie materiału z rozkładem sił formowania i stabilnością posuwu. Zły materiał odpadowy do gniazdowania. Zła sekwencja powoduje niezrównoważone siły, które powodują nierównomierne zużycie matrycy.

Symulacja CAE do przewidywania zachowania podczas formowania

Wyobraź sobie, że wyciskasz skomplikowany kształt ze stali-o wysokiej wytrzymałości i odkrywasz, że ścianka ciągnąca staje się cieńsza aż do pęknięcia, ale dopiero po obrobieniu wykrojów matrycy. Taki scenariusz był kiedyś powszechny. Obecnie symulacja CAE przewiduje te awarie, zanim pojawi się jakiekolwiek fizyczne narzędzie, co czyni ją jedną z najcenniejszych technik tłoczenia metali dostępnych dla inżynierów zajmujących się matrycami.

Analiza elementów skończonych modeluje cały proces formowania: kontakt półwyrobu, ruch stempla, przepływ materiału do wnęk i następujący po nim powrót sprężysty. Symulacja identyfikuje marszczenie w obszarach niepodpartych, pocienienie w małych promieniach i pękanie tam, gdzie odkształcenie przekracza granice materiału. Przewiduje również sprężynowanie, czyli tendencję uformowanego metalu do częściowego odzyskiwania swojego kształtu po usunięciu siły docisku. W przypadku stali-o wysokiej wytrzymałości sprężynowanie może być na tyle silne, że całkowicie wypchnie części poza tolerancję.Zaawansowane narzędzia symulacyjneteraz oblicza wielkość sprężynowania na całej powierzchni części, umożliwiając inżynierom proaktywną kompensację geometrii matrycy, zamiast szukać poprawek podczas prób.

Kompensacja ta polega na celowej modyfikacji powierzchni matrycy, tak aby część powróciła do prawidłowego kształtu końcowego. Bez symulacji inżynierowie polegali na fizycznych próbach-i-błędach, nadmiernym domysłach i powtarzaniu kosztownych ponownych cięć. Technologia tłoczenia osiągnęła taki poziom, że prototyp tłoczenia metalu może zostać zweryfikowany cyfrowo przed przystąpieniem do obróbki twardej, co skraca harmonogram opracowywania o tygodnie i eliminuje całe rundy fizycznego pobierania próbek.

Programowanie CAM i strategia ścieżki narzędzia

Po zablokowaniu geometrii i zweryfikowaniu symulacji programowanie CAM przekłada projekt na instrukcje maszynowe. Każdy kontur, kieszeń i profil każdego komponentu matrycy wymaga ścieżki narzędzia, która równoważy wykończenie powierzchni, dokładność wymiarową i czas cyklu. To tutaj decyzje projektowe dotyczące tłoczenia spotykają się z rzeczywistością produkcyjną.

Programiści CAM definiują strategie obróbki zgrubnej, które szybko usuwają materiał sypki, pozostawiając zapas do przejścia półwykańczającego i wykańczającego. Wybierają geometrie frezów dopasowane do konkretnych cech: frezy-z kulistym czołem do wgłębień konturowych, frezy z płaskim trzpieniem do powierzchni płaskich i narzędzia o małej-średnicy do ciasnych naroży. Strategie ścieżki narzędzia, takie jak obróbka-z dużą szybkością przy stałym obciążeniu wiórem, zmniejszają siły skrawania i wydłużają żywotność narzędzia, co ma znaczenie w przypadku obróbki hartowanej stali narzędziowej o 60+ HRC po obróbce cieplnej.

W przypadku złożonych profili matryc ze złożonymi krzywiznami i podcięciami, jednoczesne programowanie w 5 osiach utrzymuje frez optymalnie zorientowany na powierzchnię, zmniejszając wysokość wypustki i minimalizując ręczne polerowanie. Prostsze geometrie planarne mogą wymagać jedynie pracy w 3 osiach. Programista podejmuje te decyzje komponent po komponencie w oparciu o złożoność geometrii i wymagania dotyczące tolerancji.

Typowy proces projektowania tłoczenia metalu, od koncepcji do gotowych-programów maszynowych, przebiega według określonej sekwencji:

1. Import geometrii części i przegląd wykonalności
2. Układ pasków, zagnieżdżanie i kolejność operacji
3. Modelowanie komponentów matrycy z pełną asocjatywnością parametryczną
4. Symulacja formowania, przewidywanie sprężynowania i kompensacja powierzchni matrycy
5. Generowanie ścieżki narzędzia, weryfikacja symulacji i obróbka końcowa-dla CNC

Każdy krok zasila następny. Pomijanie symulacji w celu zaoszczędzenia czasu prawie zawsze kosztuje więcej w przeróbkach. Pośpieszne programowanie CAM prowadzi do złego wykończenia powierzchni, które wymaga nadmiernej pracy ręcznej. W fazie cyfrowej dyscyplina procentuje, ponieważ gdy zaczniesz ciąć stal, zmiany stają się wykładniczo droższe. To przejście od modelu cyfrowego do fizycznego metalu, czyli faktyczna obróbka elementów matrycy, to moment, w którym złożoność konstrukcji ujawnia się najwyraźniej.

Rodzaje tłoczników i różnice w konstrukcji

Nie wszystkie matryce są zbudowane w ten sam sposób, a złożoność konstrukcji różni się znacznie w zależności od typu. Wykrojnik z pojedynczą-stanowiską może wymagać kilku tygodni obróbki. 20-stanowiskowa matryca progresywna do zastosowań w tłocznikach samochodowych może wymagać miesięcy precyzyjnej pracy nad dziesiątkami wzajemnie powiązanych komponentów. Zrozumienie rodzajów tłoczników pomaga wyjaśnić, dlaczego strategie budowy, tolerancje i koszty tak bardzo różnią się w zależności od projektu.

Matryce pojedyncze-stacjonarne a matryce złożone

Matryce-jednostanowiskowe reprezentują najprostszą kategorię matryc do tłoczenia blachy. Każdy skok prasy wykonuje jedną operację: półfabrykat, przebicie lub pojedynczą formę. Konstrukcja jest stosunkowo prosta, ponieważ budujesz jeden zestaw narzędzi współpracujących z jednym problemem związanym z wyrównaniem. Proste matryce wykonują podstawowe zadania, takie jak wycinanie podkładek lub przekłuwanie otworów montażowych we wspornikach.

Złożone matryce znacznie zwiększają złożoność. Wykonują wiele operacji cięcia w jednym skoku na jednej stacji. Typowa matryca złożona może jednocześnie wykroić profil zewnętrzny i przebić otwory wewnętrzne. Wyzwaniem konstrukcyjnym jest tutaj koncentryczność. Każdy otwór stempla i matrycy musi być dokładnie dopasowany, ponieważ wszystkie łączą się z materiałem w tym samym momencie. Tolerancje się zawężają, a twórca matrycy musi uwzględnić ugięcie pod jednoczesnym działaniem sił skrawania.

Matryce kombinowane idą o krok dalej, łącząc cięcie i formowanie w jednym pociągnięciu. Możesz wymazać kształt i narysować go w filiżance w jednym cyklu prasowania. Ich budowanie wymaga od producenta matryc zarządzania zarówno luzami ścinającymi, jak i promieniami formowania w ramach tego samego narzędzia, co wymaga szczególnej uwagi na przepływ materiału podczas połączonej operacji. Mimo to wszystkie z nich to narzędzia-pojedyncze. Prawdziwa eskalacja złożoności kompilacji ma miejsce, gdy przejdziesz do oprzyrządowania etapowego, które przetwarza pasek na wielu stanowiskach.

Progresywna konstrukcja matrycy i sekwencjonowanie stacji

Matryce progresywne są podstawą tłoczenia-na dużą skalę. Przy każdym suwie prasy wykonują serię operacji na wielu stanowiskach, stopniowo przekształcając metalowy pasek w gotową część. Jak opisuje magazyn MetalForming, matryca progresywna wykonuje podstawowe operacje na blasze na dwóch lub więcej stanowiskach jednocześnie, przy czym taśma przemieszcza się na określoną odległość podczas każdego skoku za pośrednictwem zautomatyzowanego systemu podawania.

W zasadzie brzmi prosto. W praktyce zbudowanie jednego z nich należy do najbardziej wymagających zadań w produkcji narzędzi i matryc. Oto dlaczego:

• Dopasowanie stacji-do-stacji:Każda stacja musi utrzymywać pozycję względem wszystkich innych z dokładnością do mikronów. Łączne przesunięcie nawet o 0,01 mm na dziesięciu stacjach powoduje powstawanie części poza tolerancją. Producent matryc obrabia wszystkie elementy stacji na podstawie wspólnych punktów odniesienia i sprawdza wyrównanie całego zestawu matryc.
• Kontrola wysokości:Skok to stała odległość, na jaką przesuwa się pasek pomiędzy pociągnięciami. Każdy element na każdej stacji musi być rozmieszczony w odstępach odpowiadających dokładnie wielokrotnościom odstępu. Jeżeli stempel przebijający na stanowisku trzecim znajduje się w odległości 0,02 mm od narzędzia kształtowego na stanowisku ósmym, elementy te nie będą zrównane w gotowej części.
• Prowadzenie taśmy i podnoszenie:Pasek musi płynnie przechodzić przez wszystkie stacje, nie zaczepiając się o uformowane elementy ani nie zwisając pomiędzy podnośnikami. Podnośniki prętów, prowadnice materiału i kieszenie odciążające pomiędzy stacjami wymagają precyzyjnej obróbki, aby utrzymać poziomą płaszczyznę podawania.
• Godziny między-stacjami:Piloci wchodzą do wcześniej przebitych otworów, aby zarejestrować położenie paska przed rozpoczęciem każdej operacji. Piloci ci muszą wchodzić i wycofywać się w koordynacji ze ściągaczami i podnośnikami. Błędy synchronizacji powodują uszkodzenie paska lub brak rejestracji.

Stosowanie ujemnych i dodatnich nacięć obejściowych w matrycach do tłoczenia blachy odgrywa również rolę w konstrukcji matryc progresywnych. Te nacięcia na krawędzi taśmy zapewniają fizyczne punkty odniesienia dla lokalizacji podziałki i umożliwiają czujnikom wykrywanie krótkich lub długich posuwów, zanim spowodują one uszkodzenie. Budowa stacji nacinającej o prawidłowej geometrii i położeniu jest jedną z pierwszych-krytycznych operacji osiowania matrycy.

Konstrukcja stalowych tłoczników do zastosowań progresywnych wymaga również wyjątkowej konsekwencji w produkcji komponentów. Każdy stempel, wkładka matrycy i płyta mocująca muszą być szlifowane płasko i równolegle. Kołki prowadzące i tuleje muszą utrzymywać górną i dolną szczękę w jednej linii pod wpływem dynamicznych obciążeń prasujących. Progresywna kostka to nie tylko zbiór stacji; jest to skoordynowany układ mechaniczny, w którym każdy element wpływa na działanie pozostałych.

Matryce transferowe do dużych lub głęboko ciągnionych-części

Tłoczenie transferowe wymaga innego podejścia. Zamiast trzymać części przymocowane do taśmy nośnej, pojedyncze półfabrykaty są wycinane na pierwszym stanowisku i mechanicznie przenoszone pomiędzy kolejnymi stanowiskami za pomocą chwytaków lub mechanizmów wahadłowych. Ta metoda sprawdza się w przypadku dużych części,-głęboko ciągnionych skorup i geometrii, które nie mogą pozostać połączone z taśmą podczas formowania.

Matryce do przenoszenia budynków wprowadzają własną złożoność. Każda stacja funkcjonuje jako niezależne narzędzie, ale wszystkie muszą być precyzyjnie zestrojone z systemem przesyłowym. Pozycje chwytaków, orientacja części i odstępy między stacjami muszą dokładnie odpowiadać mechanicznemu mechanizmowi przenoszącemu. W matrycach samochodowych do konstrukcyjnych paneli nadwozia, wnętrz drzwi i-głęboko tłoczonych obudów często stosuje się konfiguracje transferowe, ponieważ rozmiar części i głębokość tłoczenia przekraczają możliwości, jakie może pomieścić listwa progresywna.

Poniższa tabela porównuje różnice w wymaganiach konstrukcyjnych dla tego typu tłoczników:

Przejście od pojedynczej-stacji do konstrukcji progresywnej lub transferowej nie polega tylko na dodaniu stacji. Jest to zasadnicza zmiana w sposobie planowania, obróbki i sprawdzania matrycy. Każda dodatkowa stacja mnoży liczbę krytycznych wymiarów, liczbę komponentów wymagających sub-mikronowej dokładności i liczbę interakcji, które muszą współdziałać. Ta eskalacja wymagań dotyczących precyzji wpływa na wybór materiałów, przed którymi stają producenci matryc przy wyborze stali narzędziowych, które będą stanowić szkielet każdego elementu.

Wybór stali narzędziowej na podstawie tego, co stemplujesz

Matryca jest tak trwała, jak stal, z której jest wykonana, a odpowiedni gatunek zależy prawie całkowicie od tego, jaką blachę planujesz tłoczyć. Stal miękka, stal nierdzewna, aluminium i-stopy o wysokiej wytrzymałości powodują różne obciążenia narzędzi. Niektóre krawędzie zużywają się stopniowo w wyniku ścierania. Inne zapewniają ostre obciążenia udarowe, które powodują wykruszanie kruchej stali. Wybór materiałów do tłoczenia metali na stemple, bloki matrycowe i wkładki formujące bez uwzględnienia tłoczonego materiału jest jak wybór opon bez znajomości nawierzchni drogi.

Gatunki stali narzędziowej i ich zastosowania do tłoczenia

Pięć kategorii materiałów obejmuje większość elementów matryc stosowanych w tłoczeniu produkcyjnym. Każdy z nich zajmuje inną pozycję w spektrum twardości-ciągliwości i każdy pasuje do określonego trybu awarii.

Stal narzędziowa D2jest wyborem domyślnym, gdy zużycie ścierne ogranicza trwałość narzędzia. Wysoka zawartość węglika chromu utrzymuje ostre krawędzie skrawające w długich seriach produkcyjnych. W przypadku-masowego wycinania i przebijania stali tłoczonej i materiałów powlekanych, D2 zapewnia najlepsze zachowanie krawędzi. Brakuje mu jednak wytrzymałości, aby wytrzymać duże uderzenia, dlatego nie nadaje się idealnie do stanowisk formowania-grubych, gdzie dominują obciążenia udarowe.

Stal narzędziowa A2działa najlepiej, gdy nie dominuje wyraźnie żaden pojedynczy tryb awarii. Równoważy odporność na zużycie z wystarczającą wytrzymałością, aby wytrzymać umiarkowane uderzenia, co czyni go praktycznym wyborem w przypadku matryc progresywnych, w których wiele stacji doświadcza mieszanych warunków zużycia, obciążenia i uderzeń cyklicznych. W przypadku produkcji średnio-nakładowej poniżej 1 000 000 odsłon, A2 często zapewnia najbardziej-ekonomiczną wydajność.

Stal narzędziowa S7stawia przede wszystkim na wytrzymałość. Kiedy stemple wykruszają się lub pękają pod wpływem powtarzających się uderzeń, szczególnie w przypadku tłoczenia-o dużych grubościach lub w stacjach z agresywnymi obciążeniami przebijającymi, S7 pochłania cykliczne naprężenia, które mogłyby spowodować pęknięcie wyższych-gatunków węglika. Działa przy niższej twardości (56-58 HRC), ale jest odporny na pękanie zmęczeniowe znacznie lepiej niż D2 lub M2.

Stal szybkotnąca M2-wypełnia szczelinę, w której zarówno zużycie, jak i obciążenie ściskające przyczyniają się do uszkodzenia. Stemple, które muszą zachować geometrię krawędzi pod wysokim, długotrwałym ciśnieniem, korzystają z połączenia twardości (60-65 HRC) i wytrzymałości na ściskanie M2. W porównaniu z D2 jest lepiej odporny na odkształcenia. W porównaniu z S7 dłużej trzyma ostrzejszą krawędź.

Węglik wolframupłytki zapewniają do 30 razy większą odporność na zużycie niż konwencjonalna stal narzędziowa. Zachowują dokładność wymiarową przez miliony cykli, co czyni je jedyną praktyczną opcją w przypadku zastosowań o bardzo-wysokiej-nakładowości lub podczas tłoczenia materiałów o dużej ścierności. Kompromis: węglik jest kruchy, drogi i wymaga specjalistycznego szlifowania lub obróbki elektroerozyjnej w celu nadania mu kształtu. Nie jest w stanie przyjąć dużych obciążeń bocznych ani uderzeń bez ryzyka katastrofalnego pęknięcia.

Jak tłoczony materiał zmienia wybory projektowe matrycy

Blacha przechodząca przez matrycę decyduje, które gatunki należą do jakich pozycji. Rozważ trzy typowe scenariusze:

Tłoczenie ze stali nierdzewnejstanowi podwójne wyzwanie. Gatunki austenityczne, takie jak 304 i 316, są zarówno ścierne, jak i podatne na zużycie adhezyjne (zatarcie). Obrobiony materiał-szybko twardnieje podczas formowania, co zwiększa siły skrawania i przyspiesza niszczenie krawędzi. Tłoczenie stali nierdzewnej wymaga narzędzi o wysokiej-twardości, zazwyczaj płytek D2 lub węglików na stanowiskach skrawania, w połączeniu z polerowanymi powierzchniami i powłokami zapobiegającymi-zatarciu, aby zapobiec zbieraniu się materiału na stali formującej.

Tłoczenie aluminiumwydaje się, że powinno być łatwe w obróbce, ponieważ materiał jest miękki. W praktyce proces tłoczenia aluminium stwarza własne problemy. Aluminium ma silną tendencję do przylegania do stalowych powierzchni narzędzi, osadzając się na powierzchniach stempla i promieniach matrycy, aż do pogorszenia jakości części. Pracując z tłoczoną blachą aluminiową, projektanci matryc przedkładają wykończenie powierzchni i wybór powłoki nad surową twardość. Płytki A2 powlekane DLC-TiN często mają lepsze właściwości niż twardsza stal niepowlekana, ponieważ są odporne na mechanizm zużycia adhezyjnego, który wykorzystuje aluminium.

Stal o wysokiej-wytrzymałości(powyżej 590 MPa przy rozciąganiu) wymaga jednocześnie twardości i wytrzymałości. Wysokie siły formowania materiału powodują naprężanie elementów narzędzi podczas ściskania, podczas gdy jego tendencja do sprężynowania wymaga węższej geometrii matrycy. Stemple z końcówką M2 lub węglika- radzą sobie z obciążeniem ściernym na stanowiskach cięcia, natomiast stemple S7 mogą lepiej sprawdzać się na stanowiskach formowania, gdzie dominuje uderzenie.

Kiedy płytki węglikowe uzasadniają swój wyższy koszt w porównaniu z-hartowaną na wskroś stalą narzędziową? Decyzja zazwyczaj sprowadza się do objętości i ścieralności materiału. W przypadku serii produkcyjnych przekraczających milion części lub tłoczenia stali nierdzewnej lub-stopów o wysokiej wytrzymałości, które szybko zużywają krawędzie D2, całkowity koszt posiadania węglika spada poniżej kosztu stali, ponieważ eliminuje wielokrotne cykle ponownego ostrzenia i związane z tym przestoje. W przypadku serii poniżej 100 000 części lub tłoczenia bardziej miękkiego metalu do zastosowań związanych z tłoczeniem, ekonomicznym wyborem pozostaje-utwardzana stal narzędziowa.

Wybór materiału wyznacza etap, ale jego pełną wartość osiąga dopiero po odpowiedniej obróbce i obróbce cieplnej, która aktywuje te właściwości materiału. Następnym krokiem w konstrukcji jest przekształcenie surowych bloków stali narzędziowej w precyzyjne elementy matrycy poprzez starannie uporządkowaną serię operacji obróbki CNC.

Procesy obróbki CNC, które kształtują każdy element matrycy

Blok D2 lub M2 leżący na palecie to po prostu surowy potencjał. Przekształcenie go w działający element matrycy wymaga przemyślanej sekwencji operacji obróbki CNC, z których każda jest wykonywana na określonym etapie i z określonego powodu. Kolejność ma znaczenie tak samo, jak same operacje. Szorstki zbyt agresywnie i wprowadzasz naprężenia wewnętrzne, które wypaczają część podczas obróbki cieplnej. Zakończ przed hartowaniem, a stracisz precyzję, gdy stal poruszy się podczas hartowania. Każde narzędzie do tłoczenia metali i matryca kieruje się logiką obróbki zbudowaną wokół jednej zasady: usuń większość, gdy stal jest miękka, utwardz ją, a następnie doprowadź do ostatecznego rozmiaru, gdy jest twarda.

Frezowanie zgrubne i półwykończenie-przed obróbką cieplną

Elementy matryc rozpoczynają okres obróbki w stanie wyżarzonym lub-wstępnie hartowanym, zwykle o twardości około 20–30 HRC. Przy tej miękkości materiał łatwo się tnie, narzędzia są trwalsze, a szybkość usuwania materiału pozostaje wysoka. Operacje zgrubne usuwają większość nadmiaru materiału, pozostawiając 0,5 do 1,0 mm materiału na wszystkich krytycznych powierzchniach jako „naddatek na wykończenie” na późniejsze operacje.

Po co zostawiać ten zasiłek? Dwa powody. Po pierwsze, obróbka cieplna powoduje ruch wymiarowy. Nawet hartowana próżniowo stal narzędziowa- ulega niewielkim zmianom w miarę zmiany jej struktury krystalicznej podczas hartowania. Po drugie, sam proces obróbki zgrubnej generuje naprężenia szczątkowe w wyniku sił skrawania i zlokalizowanego ciepła. Jeśli na tym etapie wykonasz obróbkę do ostatecznego rozmiaru, zobaczysz, że wymiary te zmieniają się po stwardnieniu.

Pomiędzy obróbką zgrubną a obróbką cieplną-cykl odprężania w temperaturze około 600-650 stopni Celsjusza rozluźnia naprężenia wewnętrzne powstałe w wyniku agresywnej obróbki. Następnie warstwy półwykończające przybliżają powierzchnie do wymiarów ostatecznych, zazwyczaj w granicach 0,2-0,3 mm, zachowując jednolity stan półwyrobu, który zapewnia równomierne przenikanie ciepła podczas kolejnego cyklu utwardzania. Toczenie CNC obsługuje na tym etapie okrągłe elementy, takie jak kołki prowadzące, tuleje i okrągłe stemple, tworząc geometrię o kształcie zbliżonym do netto, zanim stal się przekształci.

Szlifowanie wykańczające i-frezowanie na twardo z dużą prędkością po hartowaniu

Gdy obróbka cieplna doprowadzi komponenty do ich twardości roboczej wynoszącej 58-65 HRC, materiał zachowuje się zupełnie inaczej pod frezem. Jest to obecnie forteca ścierna odporna na tradycyjną obróbkę. Dwie strategie wykańczania radzą sobie z tym wyzwaniem: precyzyjne szlifowanie i szybkie frezowanie na twardo.

Szlifowanie powierzchni pozwala uzyskać ostateczną grubość elementów płaskich, takich jak płyty matrycowe, płyty podkładowe i taśmy ścieralne, z tolerancją płaskości wynoszącą +/- 0.005 mm lub lepszą. Szlifowanie cylindryczne wykańcza okrągłe elementy z tolerancją średnicy w mikronach. Szlifowanie specjalizuje się w tworzeniu geometrycznej perfekcji na dostępnych powierzchniach. Jakzauważają specjaliści od obróbki precyzyjnej, gdy projekt wymaga płaskości lub równoległości w zakresie +/- 0.002 mm, szlifowanie jest jedynym logicznym wyborem, zapewniającym wykończenie powierzchni do Ra 0,1 mikrometra.

Szybkie-frezowanie na twardo okazało się potężnym uzupełnieniem szlifowania. W procesie tym, wykorzystującym narzędzia z węglików spiekanych lub PCBN przy dużych prędkościach wrzeciona, wykorzystuje się ścinanie adiabatyczne: czas kontaktu narzędzia jest tak krótki, że większość ciepła przenosi się do chipa, a nie do przedmiotu obrabianego. Rezultatem jest wydajne usuwanie materiału z hartowanej stali bez termicznego uszkodzenia powierzchni elementu. Frezowanie na twardo może usunąć materiał nawet pięć razy szybciej niż szlifowanie, generując jednocześnie naprężenia ściskające na powierzchni, co w rzeczywistości korzystnie wpływa na trwałość zmęczeniową narzędzi do tłoczenia poddawanych cyklicznym obciążeniom.

Praktyczny podział pomiędzy tymi metodami jest prosty. Szlifowanie obsługuje płaskie punkty odniesienia, powierzchnie równoległe i proste profile cylindryczne. Frezowanie na twardo pozwala na obróbkę konturów 3D, geometrii z kieszeniami i złożonych profili wnęk, do których fizycznie nie może dotrzeć ściernica. Większość komponentów matrycy wymaga zarówno szlifowanych powierzchni odniesienia do dopasowania zespołu, jak i twardych-frezowanych konturów do formowania geometrii. To hybrydowe podejście jest standardową praktyką w produkcji narzędzi do tłoczenia metali, ponieważ każdy proces obejmuje geometrie, których inny nie może.

5-osiowy CNC do skomplikowanych profili matryc

Nie każdy element matrycy można wykończyć obróbką 3-osiową. Kiedy stempel formujący ma złożone krzywizny lub wnęka matrycy ma głębokie ściany z naciągniętymi powierzchniami i małymi promieniami, siły frezowania 3-osiowego ulegają pogorszeniu. Narzędzie może zbliżać się jedynie od góry, co wymaga dłuższych frezów, które uginają się pod obciążeniem i pozostawiają ślady karbowania na zakrzywionych powierzchniach, które wymagają nadmiernego polerowania ręcznego.

Obróbka 5-osiowa rozwiązuje ten problem poprzez nachylenie narzędzia lub przedmiotu obrabianego, umożliwiając frezowi utrzymanie optymalnej orientacji względem ciętej powierzchni. Wedługporównania możliwości obróbki, frezarki 5-osiowe osiągają tolerancje +/- 0.0005 cala przy wykończeniu powierzchni do Ra 0,4 mikrometra i obrabiają złożone powierzchnie 3D w jednym ustawieniu, które wymagałoby wielokrotnych repozycjonowań na maszynie 3-osiowej.

W przypadku zastosowań związanych z tłoczeniem narzędzi i matryc, możliwości 5-osiowe mają największe znaczenie w następujących sytuacjach:

• Głębokie wnęki matrycyze złożonymi-zakrzywionymi ścianami, które wymagają krótkich, sztywnych narzędzi zorientowanych prostopadle do powierzchni
• Progresywne stacje formującez elementami ustawionymi pod kątem, do których nie można dotrzeć z podejścia pionowego
• Złożone profile stemplagdzie wiele podcięć wymaga obróbki bez ponownego-umocowania

Jednak nie każdy komponent uzasadnia czas 5-osi. Proste płaskie płyty matrycowe, płyty podkładowe i płytki-o prostych ściankach obrabiają wydajnie na sprzęcie 3-osiowym przy niższych stawkach godzinowych. Decyzja sprowadza się do geometrii: jeśli funkcja wymaga zmiany położenia lub obróbki o dużym zasięgu na maszynie 3-osiowej, 5-osiowa zazwyczaj zapewnia lepszą dokładność przy niższych kosztach całkowitych pomimo wyższej wydajności maszyny. Podczas budowania matryc przeznaczonych do szybkiej maszyny do tłoczenia metalu, precyzja wymiarowa osiągana dzięki wykańczaniu w 5 osiach bezpośrednio przekłada się na węższe tolerancje części i dłuższe odstępy między konserwacjami.

Pełna sekwencja obróbki typowego elementu matrycy, od surowego bloku do polerowanej płytki gotowej do montażu, przebiega zgodnie z następującą progresją:

1. Młyn zgrubny, wszystkie cechy w stanie miękkim (wyżarzonym), pozostawiając 0,5-1,0 mm naddatku na krytycznych powierzchniach
2. Odprężanie w temperaturze 600-650 stopni Celsjusza w celu uwolnienia naprężeń szczątkowych wywołanych obróbką
3. Półwykończenie-z dokładnością do 0,2–0,3 mm w stosunku do wymiarów ostatecznych z równomiernym naddatkiem na zapas
4. Wyślij do obróbki cieplnej w celu hartowania próżniowego i odpuszczania do docelowej twardości
5. Szlifuj wykańczająco powierzchnie odniesienia i frezuj na twardo złożone kontury do ostatecznych wymiarów
6. Końcowe polerowanie powierzchni formujących do wymaganych wartości Ra dla przepływu materiału i uwalniania części

Każdy krok otwiera następny. Pomijanie odprężania przed obróbką cieplną powoduje zniekształcenia. Frezowanie na twardo przed sprawdzeniem wymiarów po-obróbce cieplnej-po obróbce cieplnej marnuje czas maszyny na część, która mogła przesunąć się poza granice możliwe do odzyskania. Dyscyplina tej sekwencji oddziela profesjonalną wytwórnię metalowych narzędzi i matryc od warsztatów, które szukają problemów poprzez przeróbki.

Precyzyjne szlifowanie i frezowanie na twardo obsługują większość geometrii matryc, ale niektóre funkcje wykraczają poza to, co może osiągnąć jakikolwiek obrotowy frez lub tarcza ścierna. Ostre wewnętrzne narożniki, wąskie szczeliny i skomplikowane-profile wymagają zupełnie innego mechanizmu usuwania, takiego, który tnie iskrą elektryczną, a nie siłą mechaniczną.

EDM drutowy i EDM do skomplikowanych geometrii matryc

Frez, niezależnie od tego, jak mała jest jego średnica, pozostawia w każdym wewnętrznym narożniku promień równy jego własnemu rozmiarowi. Ściernica nie może dotrzeć do wąskiej szczeliny. Te ograniczenia fizyczne oznaczają, że niektóre elementy matryc do tłoczenia, w szczególności skomplikowane stemple i matryce z blachy, wymagają zasadniczo innego procesu usuwania materiału. Obróbka elektroerozyjna usuwa metal poprzez kontrolowaną erozję iskrową, a nie mechaniczną siłę skrawania, tworząc geometrię, której nie da się odtworzyć żadnym narzędziem obrotowym.

Drut EDM do precyzyjnych profili stempli i matryc

Drut EDM wykorzystuje cienki drut mosiężny lub powlekany, zwykle o średnicy od 0,1 do 0,3 mm, jako elektrodę przecinającą przedmiot obrabiany wzdłuż-zaprogramowanej przez CNC ścieżki. Drut nigdy nie styka się z materiałem. Zamiast tego szybkie wyładowania elektryczne powodują odparowanie mikroskopijnych cząstek, podczas gdy woda dejonizowana spłukuje zanieczyszczenia i chłodzi strefę cięcia. Ponieważ drut przechodzi całkowicie przez przedmiot obrabiany,Drut EDM wytwarza-profile wycinane na wskroś z promieniami wewnętrznymi tak małymi jak sama średnica drutu, znacznie ostrzejszy niż jakikolwiek frez.

W przypadku matryc do tłoczenia blachy elektrodrążarka drutowa jest-pierwszym procesem wycinania profili stempli, otworów matrycy i otworów przelotowych po obróbce cieplnej. Można zauważyć, że ma to kluczowe znaczenie: cięcie hartowanej stali narzędziowej z prędkością 60+ HRC jest rutynową czynnością w przypadku obróbki elektroerozyjnej drutem, ponieważ twardość materiału ma minimalny wpływ na erozję iskrową. Z równą łatwością obrabiaj maszyny D2, M2, a nawet węgliki. Profile stempli matrycowych, które wymagają wąskiego odstępu pomiędzy stemplem a otworem matrycy, czasami tak małego jak 5-8% grubości materiału na stronę, opierają się na zdolności elektrodrążarki drutowej do utrzymywania tolerancji w zakresie +/- 0.005 mm w kontrolowanych warunkach.

Wiele przejść wygładzających stopniowo poprawia dokładność i wykończenie powierzchni. Cięcie zgrubne usuwa większość materiału, a następnie od dwóch do czterech przejść wykańczających goli mikrony na raz, poprawiając zarówno precyzję wymiarową, jak i jakość powierzchni przy każdym przejściu. To sprawia, że ​​drut EDM idealnie nadaje się do wycinania pasujących profili elementów matrycy do tłoczenia, gdzie dopasowanie stempla do- matrycy określa wysokość zadziorów na każdej wytłoczonej części.

Sinker EDM do ubytków i skomplikowanych konturów

Tam, gdzie elektroerozja drutowa sprawdza się w-profilach ciętych na wskroś, elektroerozja wgłębna radzi sobie z ślepymi wgłębieniami, konturami 3D i teksturowanymi powierzchniami, których fizycznie nie jest w stanie wytworzyć drut. W procesie tym wykorzystuje się elektrodę-o niestandardowym kształcie, zwykle wykonaną z grafitu lub miedzi, która „wtapia się” w obrabiany przedmiot w wyniku erozji iskrowej. Kształt elektrody bezpośrednio odpowiada potrzebnej geometrii wnęki, a w miarę postępu procesu tysiące mikro-iskier na sekundę usuwają materiał z dużą precyzją, podczas gdy dielektryk z oleju węglowodorowego zarządza ciepłem i zanieczyszczeniami.

W konstrukcji matryc do tłoczenia metali, wycinarka EDM znajduje swoją rolę w formowaniu wnęk o złożonych powierzchniach 3D, szczegółach wybijania i cechach wytłoczeń, do których żaden frez nie może dotrzeć bez ugięcia. Tworzy również teksturowane powierzchnie na powierzchniach stempli, gdzie kontrolowana chropowatość wspomaga przepływ materiału podczas formowania. Proces ten nie generuje siły mechanicznej na obrabianym przedmiocie, co oznacza, że ​​cienkie przekroje matrycy i delikatne elementy pozostają niezakłócone podczas obróbki.

Kompromisem jest szybkość i koszt narzędzi. Każda elektroda musi być obrobiona-niestandardowo, aby pasowała do żądanej wnęki, a elektrody zużywają się podczas użytkowania, co czasami wymaga wielu kopii dla jednej funkcji. Czasy cykli są wolniejsze niż w przypadku elektrodrążenia drutowego dla równoważnych objętości materiału. Jednak w przypadku ślepych wgłębień w stali hartowanej jedyną praktyczną opcją pozostaje drążenie EDM.

Docieranie i polerowanie dla zapewnienia jakości powierzchni

EDM pozostawia charakterystyczną warstwę przetopu na obrobionych powierzchniach, cienką strefę- ponownie zestalonego materiału, który może być twardszy i bardziej kruchy niż stal macierzysta. W przypadku elementów skrawających, takich jak stemple i otwory w matrycy, ta warstwa jest zazwyczaj akceptowalna lub nawet korzystna. Do formowania powierzchni, gdzie blacha musi płynnie przepływać pod ciśnieniem, należy ją usunąć.

W procesie docierania stosuje się drobne związki ścierne na płaskich lub profilowanych zakładkach, aby usunąć materiał na poziomie sub-mikronowym, uzyskując płaskość i wykończenie powierzchni, którego samo szlifowanie nie jest w stanie osiągnąć. Jest to standardowa metoda doprowadzenia krytycznych powierzchni współpracujących matrycy blaszanej do geometrycznej doskonałości wymaganej do równomiernego kontaktu pod obciążeniem prasy.

Polerowanie dotyczy w szczególności powierzchni formujących. Jako doświadczeni twórcy matryc wNotatka Fabrykatorapolerowanie w kierunku przepływu metalu zmniejsza tarcie i pomaga w przesuwaniu blachy przez stanowiska ciągnienia i formowania bez zacierania się. Jednak nie każda powierzchnia nadaje się do lustrzanego wykończenia. Stale o grubszej-grubszej ciągliwości w rzeczywistości radzą sobie lepiej z narzędziami o delikatnej fakturze, ponieważ ich mikro-doliny zatrzymują smar. Decyzja o tym, gdzie wypolerować i gdzie pozostawić kontrolowaną teksturę na matrycy do tłoczenia blachy, zależy od konkretnego tłoczonego materiału i rodzaju operacji formowania na każdym stanowisku.

Łącznie obróbka elektroerozyjna i wykańczanie powierzchni dają producentom matryc kontrolę nad geometrią i stanem powierzchni, których sama obróbka CNC nie jest w stanie zapewnić. Procesy te kończą fazę kształtowania konstrukcji matrycy. Jednak surowa geometria i wykończenie powierzchni to tylko część tego, co sprawia, że ​​elementy matrycy do tłoczenia działają pod obciążeniem produkcyjnym. Sama stal musi zostać poddana obróbce cieplnej i powłokom ochronnym, aby była odporna na miliony uderzeń, cykli ściernych i zdarzeń termicznych, których wymaga tłoczenie produkcyjne.

Obróbka cieplna i powłoki powierzchniowe wydłużające żywotność matrycy

Obróbka skrawaniem nadaje elementowi matrycy kształt. Obróbka cieplna nadaje mu właściwości mechaniczne niezbędne do przetrwania produkcji. Bez odpowiedniego hartowania i odpuszczania nawet najbardziej precyzyjnie obrobiony stempel D2 odkształciłby się pod obciążeniem tłoczącym po tysiącach uderzeń. Bez powłok ochronnych zużycie kleju zniszczyłoby powierzchnie formujące na długo przed tym, zanim ścieranie stałoby się czynnikiem ograniczającym. Te dwa etapy-po obróbce, obróbka cieplna i powlekanie, decydują o trwałości lub utracie trwałości matrycy.

Sekwencje hartowania i odpuszczania próżniowego

Hartowanie próżniowe nagrzewa stal narzędziową do temperatury austenityzowania w komorze-niskiego ciśnienia, a następnie hartuje ją przy użyciu-gazu obojętnego pod wysokim ciśnieniem. Środowisko próżniowe zapobiega utlenianiu i odwęgleniu, zachowując integralność powierzchni, która została starannie stworzona podczas obróbki wykańczającej. Części wychodzą czyste i stabilne wymiarowo, przy minimalnych zniekształceniach w porównaniu z metodami opartymi na atmosferze.-

Pojedynczy cykl gaszenia nigdy nie jest pełną historią. Odpuszczanie następuje po hartowaniu, zwykle w dwóch lub trzech cyklach w stopniowo malejących temperaturach. Każdy stan przekształca austenit szczątkowy w stabilny martenzyt, łagodzi naprężenia wewnętrzne powstałe w wyniku hartowania i reguluje ostateczną równowagę pomiędzy twardością i wytrzymałością. Pominięcie cyklu odpuszczania pozostawia niestabilne mikrostruktury, które mogą przesuwać się wymiarowo podczas produkcji, powodując postępującą utratę tolerancji, która jest trudna do zdiagnozowania.

Obróbka kriogeniczna popycha tę transformację dalej. Chłodząc komponenty do temperatury około -300 stopni Fahrenheita za pomocą ciekłego azotu w kontrolowanym opadaniu przez kilka godzin, obróbka kriogeniczna przekształca resztkowy austenit, który pozostawia po standardowym odpuszczaniu. Badania opublikowane w czasopiśmieInternational Journal of Engineering Scienceudokumentowano, że naukowo kontrolowany proces głębokiej kriogenizacji powoduje-wydłużenie trwałości użytkowej przekraczającej 200% w przypadku wielu zastosowań narzędzi. Zmiany na poziomie molekularnym, w tym ulepszona dystrybucja węglików i całkowita przemiana martenzytyczna, zmniejszają współczynnik tarcia i trwale zwiększają stabilność wymiarową. W przypadku matryc tłoczących, które mają wytrzymać miliony cykli, obróbka kriogeniczna po konwencjonalnej obróbce cieplnej może podwoić lub potroić żywotność matrycy, zanim konieczne będzie ponowne ostrzenie.

Powłoki PVD i CVD redukujące zużycie i zacieranie

Obróbka cieplna optymalizuje materiał sypki. Powłoki chronią powierzchnię, w której faktycznie dochodzi do kontaktu narzędzia z-arkuszem. Fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD) polegają na zastosowaniu cienkich warstw ceramicznych, zwykle o grubości od 2 do 5 mikronów, które znacznie zmniejszają tarcie i zapobiegają przenoszeniu materiału z wytłoczonego arkusza na powierzchnie matrycy.

Dlaczego to ma znaczenie? Podczas tłoczenia stali nierdzewnej materiał może-stwardnieć, a żółć powoduje osadzanie się kleju na powierzchni matrycy, co szybko pogarsza jakość części. Próba w tłoczni Ford Motor Company,zgłosili naukowcy z Uniwersytetu Deakinustalili, że matryce pokryte{{0}TiCN zwiększają żywotność matrycy ponad 20-krotnie w porównaniu z niepowlekanymi, polerowanymi powierzchniami podczas tłoczenia materiałów-podatnych na zacieranie. Powłoka opóźniła krytyczny etap{{4}transferu materiału na czas nieokreślony w oknie testowym obejmującym 20 000 cykli.

Każdy rodzaj powłoki ma na celu określony mechanizm zużycia:

• TiN (azotek tytanu):Ogólne-ochrona przed zużyciem o twardości około 2000-2500 HV. Ekonomiczne-w przypadku tłoczenia z różnych materiałów przy umiarkowanych prędkościach i objętościach.
• TiCN (węgloazotek tytanu):Wyższa twardość i mniejsze tarcie niż TiN. Doskonale radzi sobie z materiałami ściernymi, w tym przy tłoczeniu stali nierdzewnej, gdzie-utwardzone powierzchnie przyspieszają zużycie krawędzi.
• TiAlN (azotek tytanu i glinu):Toleruje temperatury powyżej 800 stopni Celsjusza, tworząc pod wpływem ciepła ochronną warstwę tlenku glinu. Nadaje się do-wytłaczania z dużą prędkością i zastosowań, w których rozkład smaru powoduje podwyższoną temperaturę narzędzi.
• DLC (diament-jak węgiel):Niezwykle niski współczynnik tarcia wynoszący około 0,1 do 0,15, zapobiegający zbieraniu się materiału klejącego. Podstawowy wybór w przypadku matryc do tłoczenia aluminium i narzędzi do tłoczenia aluminium, gdzie zacieranie się tłoczonego aluminium na powierzchniach matryc jest dominującym rodzajem awarii, a nie zużyciem ściernym.

Dobór powłoki łączy się bezpośrednio z tłoczonym materiałem. W przypadku tłoczenia stali nierdzewnej 316, gdzie jednocześnie stosuje się narzędzia atakujące ścieranie i przyczepność, TiCN lub TiAlN zapewniają twardość i obojętność chemiczną niezbędną do zapobiegania zacieraniu się na stanowiskach formowania. W przypadku tłoczenia aluminium i metali ultra-niskie tarcie DLC zapobiega przyleganiu miękkiego materiału do powierzchni narzędzi, utrzymując powierzchnie części w czystości i wydłużając okresy międzyobsługowe matrycy.Porównania wydajnościpotwierdzają, że redukcja tarcia DLC znacznie obniża opory skrawania i zapobiega przywieraniu wiórów podczas obróbki lub formowania miękkich metali, takich jak aluminium i miedź.

Łączny efekt tych decyzji jest znaczący. Matryca zbudowana z odpowiedniego gatunku stali narzędziowej, odpowiednio-utwardzona próżniowo w procesie obróbki kriogenicznej i pokryta odpowiednią warstwą ceramiczną może pracować od trzech do pięciu razy dłużej niż ta, w przypadku której naruszony został jakikolwiek pojedynczy etap. Ten mnożnik przekłada się bezpośrednio na mniej przestojów w produkcji, niższy koszt na trafienie i bardziej stałą jakość tłoczonych części przez cały okres eksploatacji matrycy. Jednak ilościowe określenie tej wydajności wymaga rygorystycznych pomiarów na każdym etapie, od pierwszej kontroli wymiarowej po obróbce cieplnej, po końcową kontrolę próbnych-wytłoczonych części.

Kontrola jakości od pierwszego cięcia do próbnego stemplowania

Matryca może być wykonana z najwyższej jakości stali narzędziowej,-bezbłędnie poddana obróbce cieplnej i pokryta idealną warstwą ceramiczną, a mimo to nadal nie może zostać wyprodukowana, jeśli nikt nie sprawdza wymiarów pomiędzy fazami. Kontrola jakości w precyzyjnym tłoczeniu nie jest ostatecznym punktem kontrolnym. Jest to szereg bramek osadzonych w całej sekwencji produkcyjnej, a każda z nich potwierdza, że ​​komponent jest gotowy do dalszej pracy. Pomiń bramkę, ryzykując wystąpienie błędu na wczesnym etapie podczas każdej kolejnej operacji, aż do momentu, gdy pojawi się jako złom na podłodze prasy.

Kontrola CMM i weryfikacja chropowatości powierzchni

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe znajdują się w centrum weryfikacji wymiarowej komponentów matryc do tłoczenia. Sonda CMM dotyka lub skanuje krytyczne elementy, przechwytując dane dotyczące współrzędnych XYZ i porównując je z modelem 3D CAD. W przypadku wkładek matrycowych, stempli i bloków wnękowych maszyna współrzędnościowa sprawdza dokładność położenia otworów, zgodność profilu profilowanych powierzchni oraz zależności geometryczne, takie jak płaskość, równoległość i prostopadłość, które określają, w jaki sposób współpracujące części pasują do siebie podczas montażu.

Kiedy odbywają się te pomiary? Nie tylko na końcu. Kontrole w trakcie-procesu po obróbce zgrubnej potwierdzają, że na wszystkich krytycznych powierzchniach pozostaje wystarczająca ilość naddatku przed odprężaniem i półwykończeniem. Po obróbce cieplnej ponowna-kontrola maszyny współrzędnościowej sprawdza, jak duże są przemieszczenia wymiarowe podczas hartowania, co pozwala operatorowi wykończeniowemu dokładnie określić, ile materiału należy usunąć i gdzie. Kontrola po-zakończeniu-szlifowania generuje końcowy raport zgodności, który zwalnia każdy komponent do montażu. Jak wynika z informacji Moeller Precision Tool, producenci narzędzi precyzyjnych utrzymują tolerancje tak wąskie, jak 0,0002 cala, używając urządzeń CMM wraz z komparatorami optycznymi i systemami pomiaru profilu w celu sprawdzenia zgodności na każdym etapie.

Pomiar chropowatości powierzchni uzupełnia dane wymiarowe. Profilometr śledzi obrobioną lub wypolerowaną powierzchnię i podaje wartości Ra (średnia arytmetyczna chropowatość) i Rz (średnia wysokość szczytu-do-doliny). Dlaczego ma to znaczenie w procesie tłoczenia metalu? Ponieważ wykończenie powierzchni stali do formowania kontroluje tarcie, przepływ materiału i uwalnianie części. Stempel formujący o wartości Ra 0,2 mikrometra, który w rzeczywistości mierzy Ra 0,8, wytworzy części z widocznymi śladami oporu i niespójną grubością ścianki. Weryfikacja chropowatości powierzchni przed montażem zapobiega przedostawaniu się późniejszych problemów jakościowych do prasy.

Testowanie twardości stanowi kolejną krytyczną bramkę, szczególnie po obróbce cieplnej. Pomiary twardości Rockwella w wielu miejscach każdego elementu potwierdzają równomierną transformację. Stempel, który wskazuje 60 HRC na powierzchni czołowej, ale 56 HRC u podstawy, wskazuje na niepełne utwardzenie, potencjalnie z powodu nieodpowiedniego czasu namaczania lub niespójności hartowania. Protokoły inspekcji branżowych określają, że wartości twardości muszą mieścić się w określonym zakresie, ponieważ zbyt-niska twardość prowadzi do szybkiego zużycia, natomiast zbyt-wysoka twardość stwarza ryzyko kruchości i pękania pod obciążeniem tłoczącym.

Kontrole dopasowania funkcjonalnego uzupełniają-weryfikację przed montażem. Pasujące komponenty, takie jak stempel i odpowiadający mu otwór matrycy, są fizycznie montowane na stole warsztatowym w celu sprawdzenia zależności luzów, pasowań ślizgowych na elementach prowadzących i warunków interferencji na szczegółach pasowania-na wcisk. Komparatory optyczne nakładają powiększone profile komponentów na geometrię projektu, aby wychwycić subtelne odchylenia, które mogą zostać przeoczone podczas sondowania punktu CMM. Te kontrole dopasowania potwierdzają, że poszczególne komponenty będą działać jako skoordynowany system po przykręceniu do zestawu matryc.

Seria próbna i pomiar-pierwszej części artykułu

Kontrola montażu potwierdza, że ​​matryca wygląda prawidłowo. Próbne stemple potwierdzają, że to działa. Gotową matrycę montuje się w prasie, podaje materiał w postaci taśmy i pierwsze części schodzą z narzędzia. Jest to moment, w którym weryfikuje się każdą wcześniejszą decyzję, od geometrii CAD po obróbkę skrawaniem i obróbkę cieplną. W wyniku udanej próby powstają części tłoczone z metalu, które odpowiadają wymiarom druku, mają czyste krawędzie i są formowane bez pęknięć, marszczeń lub nadmiernego sprężynowania.

Przebiegi próbne przebiegają według ustrukturyzowanego protokołu. Matryca jest ustawiana na obliczoną wysokość zamknięcia, zasilana z kontrolowaną prędkością i początkowo pracuje ze zmniejszonym tonażem, podczas gdy operatorzy obserwują postęp taśmy, słuchają nienormalnego hałasu i wizualnie sprawdzają kilka pierwszych części. Stabilność podawania pasków, zaangażowanie pilota i działanie striptizerki są monitorowane w czasie rzeczywistym. Jeżeli matryca jest typu progresywnego, pracę każdego stanowiska ocenia się niezależnie, badając częściowo ukończone części na stanowiskach pośrednich przed ostatecznym cięciem oddzielającym.

Pierwsza-kontrola artykułu mierzy próbne-części wytłoczone na podstawie rysunku technicznego przy użyciu tego samego sprzętu współrzędnościowego, który sprawdzał same elementy matrycy. Rejestrowany jest każdy wymiar krytyczny, objaśnienia GD&T i specyfikacja powierzchni. Wynikowy raport potwierdza zgodność lub identyfikuje odchylenia wymagające regulacji matrycy. Typowe regulacje obejmują podkładki dystansowe na stacjach w celu skorygowania sprężynowania kątowego,-ponowne polerowanie powierzchni, na których widoczne są ślady tarcia, lub dostosowywanie luzu stempla-do-matrycy na stacjach powodujących nadmierne zadziory. Jak podkreślają specjaliści od prób matryc, dokładna kontrola-pierwszego artykułu zapewnia szczegółowe raporty z pomiarów, próbki z prób fizycznych i dokumentację potwierdzającą, że matryca jest-gotowa do produkcji przed wysyłką.

Każda część tłoczona z metalu opuszczająca prasę produkcyjną dziedziczy jakość wbudowaną w matrycę. Próbne stemplowanie ma miejsce w przypadku udowodnienia tego dziedzictwa. Matryca, która pomyślnie przeszła kontrolę-pierwszego artykułu ze wszystkimi wymiarami w granicach tolerancji i wszystkimi powierzchniami wolnymi od wad, stanowi sprawdzone narzędzie, gotowe do ciągłego wytwarzania tłoczonych części metalowych przez setki tysięcy lub miliony cykli.

Pełna sekwencja bramek inspekcyjnych, od pierwszego chipa do zatwierdzonego narzędzia produkcyjnego, przebiega zgodnie z następującym postępem:

1. Kontrole wymiarów w-procesie po obróbce zgrubnej i półwykańczającej-w celu sprawdzenia naddatku zapasów
2. Weryfikacja twardości po-cieplnej-obróbce i ponowny-pomiar CMM pod kątem ruchu wymiarowego
3. Końcowy raport CMM po szlifowaniu wykończeniowym i frezowaniu twardym potwierdza wszystkie cechy w granicach tolerancji
4. Kontrola dopasowania zespołu współpracujących komponentów, weryfikacja luzu i porównanie profili optycznych
5. Próbne tłoczenie w-odpowiedniku prasy produkcyjnej o kontrolowanych parametrach
6. Kontrola pierwszego-artykułu, polegająca na porównaniu wytłoczonych części z wydrukami technicznymi i pełnym raportem wymiarowym

Każda brama musi przejść, zanim prace postępują. Ta dyscyplina zapobiega najkosztowniejszym błędom jakościowym w produkcji matryc: wykryciu problemu po zakończeniu wszystkich dalszych operacji na wadliwym elemencie.

Producenci, którzy pod jednym dachem zajmują się całym cyklem życia, od oceny wykonalności i symulacji CAE, poprzez precyzyjną obróbkę, serie próbne i kontrolę CMM, eliminują luki w komunikacji, które powstają w przypadku podziału obowiązków między wielu dostawców.Proces tłoczenia YICHENstanowi przykład takiego zintegrowanego podejścia, polegającego na sprawdzaniu matryc na każdym opisanym tutaj etapie, dzięki czemu inżynierowie narzędzi i menedżerowie ds. zaopatrzenia otrzymują gotowe do produkcji narzędzia- poparte udokumentowanymi danymi z kontroli przy każdej bramie. W przypadku zespołów przechodzących od badań do aktywnego opracowywania zapytań ofertowych współpraca z jednym-dostawcą źródłowym, który jest właścicielem całego łańcucha kontroli jakości, zmniejsza ryzyko i znacznie skraca terminy.

Kontrola i walidacja zamykają pętlę produkcyjną, ale prawdziwą miarą matrycy tłoczącej jest to, jak wszystkie indywidualne decyzje, od geometrii CAD, poprzez wybór materiału, kolejność obróbki, obróbkę cieplną i weryfikację jakości, przekładają się na długoterminową-wydajność produkcji.

Łączymy wszystko od wykonalności do produkcji

Przeszedłeś już przez każdy etap wytwarzania wykrojnika do metalu: cyfrowe projektowanie i symulację, wybór materiału, obróbkę CNC, obróbkę EDM, obróbkę cieplną, powlekanie i weryfikację jakości. Każda sekcja dotyczyła oddzielnego procesu. W rzeczywistości kroki te nie działają niezależnie. Mieszają się. Decyzja projektowa podjęta w CAD rzutuje na wybór materiału, strategię obróbki, a ostatecznie na jakość wytłoczonej części, którą prasa produkuje z pełną prędkością. Zrozumienie, jak działa to połączenie, odróżnia matrycę, która zapewnia 500 000 niezawodnych trafień, od tej, która ulega degradacji po 10 000.

Jak każda decyzja produkcyjna wpływa na wydajność matrycy

Pomyśl o procesie matrycy jako o łańcuchu mnożników, a nie o sekwencji dodatków. Wybór odpowiedniego gatunku stali narzędziowej nie tylko zwiększa trwałość. Pomnaża korzyści z każdego kolejnego kroku. Hartowanie-próżniowo dobrze-wybranej płytki D2 daje lepsze wyniki niż-hartowanie próżniowe gatunku marginalnego. Nałożenie powłoki TiCN na odpowiednio odpuszczoną i wypolerowaną powierzchnię zapewnia pełny potencjał-redukcji tarcia. Nałóż tę samą powłokę na powierzchnię z naprężeniami szczątkowymi powstałymi w wyniku pominiętych cykli odpuszczania, a odpryski nastąpią po tysiącach pociągnięć.

Ta sama logika działa w odwrotną stronę. Skrót na dowolnym etapie dzieli wydajność wszystkiego, co następuje. Przyspieszenie symulacji CAE i brak przewidywania sprężynowania oznacza, że ​​geometria matrycy jest nieprawidłowa jeszcze przed rozpoczęciem obróbki. Niedostateczne-określenie stali narzędziowej do zastosowań nierdzewnych oznacza, że ​​powłoki toczą przegraną walkę z deformacją podłoża pod nimi. Pominięcie odprężania przed obróbką cieplną powoduje wypaczenia, których nie można w pełni odzyskać po szlifowaniu końcowym. Każdy kompromis odejmuje żywotność matrycy, jakość części i czas sprawności produkcji.

Co właściwie odróżnia kość, która daje 100000+ trafień, od tej, która zawodzi wcześnie? Zwykle nie jest to pojedynczy katastrofalny błąd, ale nagromadzenie marginalnych decyzji:

• Skróty projektowe:Niewystarczająca symulacja prowadzi do prób-i-korekt błędów w przypadku hartowanej stali, osłabiając elementy w wyniku powtarzających się modyfikacji
• Materialne kompromisy:Wybór A2, w którym gwarantowane jest D2 lub węglik, pozwala zaoszczędzić koszty początkowe, ale podwaja częstotliwość ponownego ostrzenia i przestoje prasy
• Naruszenia sekwencji obróbki:Wykończenie przed właściwym odprężeniem wprowadza niestabilność wymiarową, która pogarsza się pod cyklicznymi obciążeniami prasy
• Luki w obróbce cieplnej:Pominięcie cyklu odpuszczania lub pominięcie obróbki kriogenicznej pozostawia austenit, który przekształca się w nieprzewidywalny sposób podczas produkcji, powodując postępujący dryf tolerancji
• Brak kontroli:Wypuszczanie komponentów bez sprawdzania wymiarów po-obróbce cieplnej-oznacza złożenie matrycy z części, które mogą już być poza specyfikacją

Proces produkcji tłoczenia metali nagradza dyscyplinę przy każdej bramie. Oczekiwania dotyczące kosztów i terminów odpowiednio się skalują. Prosta jednostanowiskowa wykrojnik-może wymagać od 4 do 6 tygodni i inwestycji w oprzyrządowanie od 5000 do 15 000 USD. Umiarkowana progresywna matryca z 8 do 12 stacjami zwykle wymaga od 8 do 12 tygodni i 25 000 do 60 000 dolarów. Złożone matryce progresywne lub transferowe do zastosowań motoryzacyjnych z wąskimi tolerancjami, wieloma stacjami formowania i{18}dużą objętością wymagań dotyczących trwałości mogą przekraczać 16 tygodni i koszt oprzyrządowania wynoszący 100 000 USD. Zakresy te odzwierciedlają nie tylko godziny obróbki, ale także skumulowany wysiłek inżynieryjny, symulacyjny, kontrolny i próbny, który sprawdza, czy każde narzędzie ma zamierzony okres produkcyjny.

Każdy etap wytwarzania tłocznika, od geometrii CAD po końcową powłokę, to decyzja, która albo dodaje, albo odejmuje trwałość matrycy, jakość części i wydajność produkcji. W procesie budowy matryc i tłoczeń nie ma neutralnych wyborów.

Przejście od badań do zapytania ofertowego-gotowego rozwiązania

Jeśli doczytałeś tak daleko, prawdopodobnie należysz do jednej z dwóch kategorii. Albo budujesz wewnętrzną wiedzę, aby skuteczniej oceniać dostawców, albo aktywnie podchodzisz do zapytania ofertowego dotyczącego niestandardowej matrycy do tłoczenia metalu i chcesz wiedzieć, jakie pytania zadać i jakie możliwości zweryfikować. Obie ścieżki korzystają z tej samej zasady: proces produkcji tłoczenia działa najlepiej, gdy jeden partner jest właścicielem całego łańcucha od wykonalności po zatwierdzone oprzyrządowanie produkcyjne.

Fragmentaryczne zaopatrzenie, w którym projektowanie odbywa się w jednej firmie, obróbka w innej, a próby w trzeciej, wprowadza ryzyko przekazania przy każdym przejściu. Zamierzenia wymiarowe gubią się pomiędzy plikami CAD i operatorami maszyn. Specyfikacje obróbki cieplnej zostały uproszczone dla wygody. Wyniki prób nie uwzględniają skutecznie poprawek projektu. Matryce i narzędzia do tłoczenia, które najlepiej sprawdzają się w długich seriach produkcyjnych, prawie zawsze pochodzą ze zintegrowanych programów, w których każda faza informuje następną bez przerw komunikacyjnych.

W przypadku menedżerów ds. zaopatrzenia i inżynierów zajmujących się narzędziami, którzy są gotowi przejść od badań do aktywnego tworzenia ofert, poszukaj partnera, którego możliwości obejmują cały cykl życia opisany w tym artykule: ocena wykonalności, symulacja CAE dla formowania i sprężynowania, precyzyjna obróbka CNC i EDM, kontrolowana obróbka cieplna, próbne tłoczenie w-reprezentatywnych warunkach produkcyjnych oraz-udokumentowana-kontrola pierwszego artykułu przez CMM.Niestandardowe rozwiązania w zakresie tłoczników YICHENobejmują dokładnie ten zakres, zapewniając kompleksowe--zasoby dotyczące tłoczenia metali dla zespołów, które potrzebują zweryfikowanych narzędzi dostarczonych-gotowo na zapytanie ofertowe, popartych udokumentowanymi danymi dotyczącymi jakości na każdej bramie produkcyjnej.

Wiedza zawarta w tym artykule zapewnia słownictwo i ramy umożliwiające krytyczną ocenę procesu dowolnego dostawcy matryc. Teraz rozumiesz, dlaczego niektóre kroki kosztują tyle samo, dlaczego ramy czasowe rozciągają się przy pewnych progach złożoności i dlaczego najtańsza oferta rzadko zapewnia najniższy koszt trafienia w całym okresie produkcji matrycy. To zrozumienie jest podstawą podejmowania świadomych decyzji dotyczących zaopatrzenia podczas wszelkich rozmów dotyczących zakupu matryc i stempli.

Często zadawane pytania dotyczące wykonywania wykrojników do metalu

1. Ile czasu zajmuje wykonanie wykrojnika do metalu?

Terminy zależą od złożoności. Prosta jednostanowiskowa wykrojnik- zwykle wymaga od 4 do 6 tygodni. Umiarkowana progresywna matryca z 8 do 12 stacjami zajmuje od 8 do 12 tygodni. Złożone matryce progresywne lub transferowe do zastosowań motoryzacyjnych z wąskimi tolerancjami i wieloma stacjami formującymi mogą przekraczać 16 tygodni. Te ramy czasowe obejmują etapy inżynierii, symulacji, obróbki skrawaniem, obróbki cieplnej i walidacji prób.

2. Z jakich materiałów wykonuje się wykrojniki?

Tłoczniki budowane są głównie z gatunków stali narzędziowych dobranych na podstawie tłoczonej blachy. Typowe opcje obejmują D2 dla odporności na zużycie ścierne, A2 dla zrównoważonej wytrzymałości i twardości, S7 dla zastosowań-silnych udarowo, M2 dla dużych obciążeń ściskających oraz płytki z węglika wolframu dla bardzo-wysoko-objętościowych przebiegów lub materiałów o wysokiej ścieralności, takich jak stal nierdzewna. Każdy gatunek zajmuje inną pozycję w spektrum twardości-ciągliwości.

3. Jaka jest różnica pomiędzy kostką progresywną a matrycą transferową?

Matryce progresywne utrzymują części połączone z taśmą nośną, która przechodzi przez wiele stacji przy każdym suwie prasy, dzięki czemu idealnie nadają się do mniejszych-komponentów o dużej objętości, takich jak złącza i wsporniki. Matryce transferowe wycinają półfabrykaty na pierwszym stanowisku i mechanicznie przemieszczają je pomiędzy niezależnymi stanowiskami za pomocą chwytaków. Matryce transferowe nadają się do dużych części,-głęboko tłoczonych skorup i geometrii, które nie mogą pozostać przymocowane do taśmy podczas formowania, takich jak panele karoserii samochodowej.

4. Jak obróbka cieplna wpływa na wydajność tłocznika?

Obróbka cieplna przekształca stal narzędziową ze stanu nadającego się do obróbki mechanicznej w hartowane narzędzie robocze, które jest w stanie wytrzymać miliony cykli prasy. Hartowanie próżniowe, po którym następuje wiele cykli odpuszczania, tworzy stabilną strukturę martenzytyczną. Dodanie obróbki kriogenicznej może wydłużyć żywotność matrycy o ponad 200 procent poprzez konwersję austenitu szczątkowego i poprawę dystrybucji węglika. Bez odpowiedniej obróbki cieplnej nawet precyzyjnie obrobione elementy uległyby szybkiemu odkształceniu lub zużyciu pod wpływem tłoczenia produkcyjnego.

5. Kto może wyprodukować kompletną matrycę od projektu po walidację produkcyjną?

Zintegrowani producenci matryc, którzy są właścicielami pełnego łańcucha procesu, od oceny wykonalności i symulacji CAE, poprzez obróbkę CNC, EDM, obróbkę cieplną, tłoczenie próbne i kontrolę CMM, zapewniają najbardziej wiarygodne wyniki. YICHEN oferuje kompleksowe możliwości w zakresie niestandardowych rozwiązań w zakresie tłoczników, zapewniając udokumentowaną weryfikację jakości na każdym etapie produkcji, dzięki czemu menedżerowie ds. zaopatrzenia i inżynierowie zajmujący się narzędziami otrzymują-gotowe do produkcji narzędzia bez ryzyka przekazywania ich między wieloma dostawcami.