Struktura matrycy do tłoczenia: ukryty system zapewniający jakość części

Co naprawdę oznacza struktura matrycy do tłoczenia

Kiedy inżynierowie pytają „czym jest matryca w produkcji”, odpowiedź zwykle kończy się na prostej definicji: precyzyjne narzędzie, które tnie lub formuje blachę. Ta odpowiedź jest niekompletna. Tłocznik to narzędzie, to prawda, ale konstrukcja tłocznika to zaprojektowany system, który sprawia, że ​​narzędzie jest niezawodne, powtarzalne i zdolne przetrwać miliony cykli prasy.

Konstrukcja matrycy do tłoczenia odnosi się do zorganizowanego mechanicznego zespołu górnych i dolnych elementów - płyt, stempli, prowadnic i zgarniaczy - rozmieszczonych w celu utrzymania wyrównania, rozprowadzania siły i kontrolowania przepływu materiału podczas cięcia, formowania lub kształtowania blachy pod naciskiem prasy.

Pomyśl o tym w ten sposób: pojedynczy cios może wyciąć dziurę. Ale struktura wokół stempla określa, czy otwór jest okrągły czy owalny, czy stempel wytrzymuje 50 000 czy 5 milionów uderzeń i czy prasa pracuje z szybkością 200 uderzeń na minutę, czy też pełza z szybkością 40. To rozróżnienie ma znaczenie. Tłocznik jest narzędziem. Jego struktura jest zaprojektowanym systemem współzależnych części, które współpracują ze sobą.

Definiowanie struktury matrycy tłoczącej

Każdy wykrojnik dzieli się na dwie główne połowy. Górny zespół mocuje się do siłownika prasy i porusza się pionowo przy każdym skoku. Dolny zespół mocuje się do płyty podporowej i pozostaje nieruchomy. Pomiędzy tymi połówkami wszystkie elementy wewnętrzne są rozmieszczone w jednym celu: dostarczać kontrolowaną siłę do precyzyjnego miejsca na pasku blachy, utrzymując wszystko w jednej tysięcznej części cala.

Górny zespół zawiera stemple, płyty podkładowe i płytę górną. W dolnym zespole znajduje się blok matrycy, słupki prowadzące i fundament konstrukcyjny zwany stopą matrycy. Łączy je system prowadnic - hartowanych sworzni i tulei -, który zapewnia idealne dopasowanie obu połówek przy każdym pojedynczym skoku. Na tym właśnie polega operacja tłoczenia: dwie-precyzyjnie dopasowane połówki podlegające wahaniom pod wpływem tonażu, a wynik zależy od struktury.

Dlaczego struktura ma większe znaczenie niż pojedyncze części

Większość źródeł traktuje matryce i elementy tłoczące jako izolowane pozycje na liście części. Takie podejście mija się z celem. Stempel nic nie znaczy bez podkładki chroniącej górną płytę nad nim. Blok matrycy jest bezużyteczny bez sztywnego ślizgacza matrycy zapobiegającego uginaniu się pod nim. Kołki prowadzące nie mają żadnego zastosowania, jeśli są umieszczone bez względu na środek nacisku skrawania.

Decyzje dotyczące projektu konstrukcyjnego wpływają na każdy istotny wskaźnik wydajności - trwałość matrycy, dokładność wymiarową gotowych części, okresy międzyobsługowe i osiągalną prędkość produkcji. Tłocznik z zbyt małym kołkiem prowadzącym utraci wyrównanie pod obciążeniem, powodując zadziory i przedwczesne zużycie stempla. Osoba z niewystarczająco sztywną stopką odkształci się w połowie-skoku, zmieniając z czasem efektywne prześwity i pogarszając jakość cięcia.

W tym artykule przyjęto podejście-inżynierii systemowej. Zamiast katalogować tłoczniki jako zbiory pojedynczych części, w każdej sekcji bada się, w jaki sposób wybory strukturalne tworzą - lub niszczą - warunki stałej,-produkcji wysokiej jakości.

Pełna taksonomia elementów konstrukcyjnych

Świadomość, że struktura ma znaczenie, to jedno. Wiadomo dokładnie któreelementy matrycy do tłoczeniazajmują każdą pozycję - i dlaczego tam istnieją - – to jest to, co oddziela rozumienie funkcjonalne od teoretycznego. Każda część w zespole ma powód, aby istnieć. Usuń go lub niedostatecznie określ, a coś w dalszej części zakończy się niepowodzeniem.

Zamiast płaskiej listy części wyobraź sobie matrycę jako dwa ułożone w stos podsystemy, każdy z określoną hierarchią odpowiedzialności. Każdy element tłoczący albo rozprowadza siłę, utrzymuje wyrównanie, albo kontroluje zachowanie materiału. Oto jak rozkładają się te podsystemy.

Elementy zespołu górnego

Górna połowa porusza się wraz z siłownikiem prasy. Jego zadaniem jest dostarczanie tonażu do przedmiotu obrabianego poprzez łańcuch komponentów, z których każdy chroni element znajdujący się nad nim:

• Cholewka- Łączy górny zespół z siłownikiem prasy. Bez tego matryca nie ma mechanicznego połączenia z siłą napędową. Nieprawidłowo dopasowany trzonek powoduje niewspółosiowość jeszcze przed rozpoczęciem skoku.
• Górna płyta- Rozkłada siłę tłoka na cały górny zespół. Pomyśl o tym jak o suficie konstrukcyjnym. W przypadku zbyt małych wymiarów bezpośrednio nad stemplami powstają zlokalizowane koncentracje naprężeń.
• Płyta podkładowa- Płyta ze stali hartowanej umieszczona pomiędzy głowicami stempla a bardziej miękką płytą górną. Powyżej około 30 ton siły skrawania głowice stempla z czasem osadzają się w niehartowanej stali. Płyta tylna zapobiega efektowi grzybowania. Pomiń to na matrycy-o dużym tonażu, a zobaczysz, że głowice stempli zagłębiają się w górną płytę po tysiącach uderzeń.
• Płytka dziurkująca (uchwyt)- Zabezpiecza i precyzyjnie lokalizuje każdy stempel we właściwej pozycji X-Y. Elementy ustalające matryc są dostępne w wersjach z-kulistą, barkową i trąbkową-, a każdy z nich oferuje inne metody mocowania. Luźna płyta dziurkacza oznacza, że ​​stemple mogą przesuwać się na boki pod obciążeniem, - co prowadzi do-nacięć niecentrycznych i uszkodzenia oprzyrządowania.
• Uderzenia- Narzędzia tnące lub formujące mające kontakt z przedmiotem obrabianym. Dostępne w profilach okrągłych, podłużnych, kwadratowych i niestandardowych. Ich geometria nosa określa kształt elementu w gotowej części.
• Piloci- Małe, stożkowe kołki wkładane do wcześniej przebitych otworów w celu umieszczenia paska przed każdą operacją. Bez pilotów rejestracja pasków przemieszcza się od stacji do stacji w matrycach progresywnych, a wymiary między elementami-do-wychodzą poza tolerancję.

Dolne komponenty złożenia

Dolna połowa pozostaje nieruchoma. Jego rolą jest przejmowanie sił skrawania, zapewnienie odpowiedniej geometrii stemplom i nadanie całemu zespołowi sztywnej podstawy:

• Umrzeć but- Podstawa konstrukcyjna całego narzędzia. Montuje się do niego każdy inny dolny element. Buty matrycowe są zwykle wykonane ze stali, chociaż aluminium stosuje się tam, gdzie liczy się amortyzacja i redukcja masy. Grubość stopki matrycy zależy od oczekiwanego tonażu. - Operacja formowania wymaga znacznie większej masy niż proste zginanie. Niewymiarowy ślizg matrycy odchyla się w połowie-skoku, zmieniając luz stempla-na-matrycę na obwodzie skrawania.
• Blok matrycy- Zawiera wnęki tnące lub profile formujące współpracujące z górnymi stemplami. Otwór bloku matrycy jest przesunięty nieco bardziej niż stempel - zazwyczaj od 5 do 10 procent grubości materiału na stronę -, tworząc kontrolowaną strefę pękania, w której faktycznie odbywa się cięcie.
• Słupki prowadzące i tuleje- Precyzyjnie-elementy szlifowane produkowane z zachowaniem określonych tolerancji0,0001 calaktóre wyrównują górną i dolną połowę przy każdym pociągnięciu. Są one dostępne jako łożyska cierne (zwykła tuleja z brązu) lub kulkowe-. Muszą się zatrzasnąć przed przyłożeniem jakiejkolwiek siły skrawania, aby zapobiec niewspółosiowości bocznej pod obciążeniem.
• Płyta striptizerska- Usuwa materiał arkuszowy ze stempli podczas suwu powrotnego. Bez tego taśma unosi się wraz ze stemplami, blokując podawanie i uszkadzając części.

Funkcjonalne relacje między komponentami

Te części matrycy nie działają samodzielnie. Tworzą łańcuch-nośny o jasnej hierarchii. Stopka matrycy podtrzymuje wszystko w dolnym zespole -, jeśli się odkształci, każdy komponent powyżej traci swoje odniesienie pozycyjne. Płyta nośna chroni wszystko w górnym zespole - jeśli jej nie ma lub jest zbyt cienka, płyta górna ulega degradacji, a cała górna połowa z czasem traci stabilność wymiarową.

Zauważysz, że logika działa według spójnego wzorca: każda warstwa strukturalna albo pochłania siłę skierowaną w dół, albo utrzymuje pozycję warstwy znajdującej się obok niej. Zrozumienie tych zależności sprawia, że ​​rozwiązywanie problemów jest znacznie bardziej intuicyjne. Kiedy na matrycy po kilku tygodniach pracy bez zarzutu powstają zadziory, przyczyną rzadko jest sam stempel. Zwykle jest to element konstrukcyjny - zużyte tuleje, klocek odchylający lub zniszczona płyta oporowa -, które spowodowały, że system wypadł z wyrównania.

Po przypisaniu każdego komponentu matrycy do jego funkcji i trybu awarii, praktyczne staje się kolejne pytanie: jak cały zespół faktycznie zachowuje się podczas jednego skoku prasy? Odpowiedź pokazuje, dlaczego kolejność i czas -, a nie tylko dobór komponentów - decydują o tym, czy matryca wytwarza dobre części, czy złom.

Jak funkcjonuje struktura matrycy podczas cyklu tłoczenia

Lista części informuje, co znajduje się w matrycy. Proces tłoczenia informuje, co faktycznie robią te części pod obciążeniem i ruchem. Każdy element jest uruchamiany w ściśle określonej kolejności, która nie jest dowolna. - została zaprojektowana w taki sposób, że ustawienie jest zawsze ustalane przed przyłożeniem siły, a materiał jest zawsze kontrolowany przed jego uwolnieniem. Oto jak pojedynczy skok prasy rozwija się jako skoordynowane zdarzenie mechaniczne.

1. Rozpoczyna się zejście barana- Tłok prasy napędza zespół górny w dół. Nie istnieje jeszcze żadna siła skrawania; system znajduje się w trybie bezpłatnej podróży.
2. Słupki prowadzące łączą się z tulejami- Zanim cokolwiek dotknie przedmiotu obrabianego, kołki prowadzące wchodzą w pasujące tuleje i blokują górną i dolną połówkę w wyrównaniu z dokładnością do 0,0001 cala.
3. Striptizerka styka się z materiałem paska- Sprężynowa-płyta zgarniająca dociera do blachy i dociska ją płasko do bloku matrycy, zapobiegając podnoszeniu lub wyboczeniu podczas cięcia.
4. Stemple wnikają w materiał- Po potwierdzeniu wyrównania i stabilnym zamocowaniu materiału stemple wchodzą w arkusz. Głębokość penetracji wynosi zazwyczaj 30 do 40 procent grubości materiału przed inicjacją pękania.
5. Następuje oddzielanie lub formowanie materiału- Kontrolowane pęknięcie rozprzestrzenia się od krawędzi stempla do krawędzi matrycy przez strefę prześwitu lub materiał wpływa do formujących wgłębień.
6. Wyrzucane są ślimaki złomu- Wycięte kawałki przedostają się przez otwór bloku matrycy i swobodnie wypadają przez kanały odciążające w stopie matrycy.
7. Striptizerka przytrzymuje materiał podczas wycofywania stempla- Gdy tłok cofa się, płyta zgarniająca pozostaje dociśnięta do taśmy, uniemożliwiając jej podniesienie wraz z cofającymi się stemplami.
8. Ram wraca do górnego martwego punktu- Pasek może swobodnie przejść do następnej pozycji i cykl się powtarza.

Sekwencja zaangażowania od zejścia barana do kontaktu z materiałem

Zwróć uwagę na logikę opisaną w krokach od drugiego do czwartego. Słupki prowadzące zaczepiają się jako pierwsze, jako drugie stykają się zgarniacze, a stemple tną jako trzecie. To nie przypadek -, to podstawowa zasada inżynieryjna stojąca za każdą operacją tłoczenia. Jeżeli stemple zetknęły się z materiałem, zanim prowadnice ustaliły ustawienie, nawet kilka tysięcznych przesunięcia bocznego spowodowałoby nierówny luz wokół nacięcia. Jedna strona będzie wykazywać nadmierne zadziory, natomiast druga strona będzie wykazywać przewracanie się. Struktura wymusza prawidłową kolejność poprzez geometrię fizyczną: słupki prowadzące są zawsze dłuższe niż stemple, a zdzieraki zawsze wystają poniżej końcówek stempli w stanie spoczynku.

Wymuś przepływ przez strukturę matrycy

Wyobraź sobie prasę dostarczającą 50 ton w dolnej części skoku. Siła ta nie pojawia się tylko na czubku stempla, - lecz przemieszcza się poprzez łańcuch strukturalny. Z tłoka tonaż przechodzi przez trzpień do płyty górnej, rozprowadza się po płycie nośnej, poprzez poszczególne stemple koncentruje się w materiale, przenosi się do bloku matrycy, rozprasza się przez ślizg matrycy i ostatecznie mielony jest we wsporniku prasy.

Każdy element tego łańcucha musi wytrzymać ugięcie pod wpływem swojego udziału w obciążeniu. Aźle ustawiony stempelgenerowanie niezrównoważonych sił poziomych - nawet przesunięcie wynoszące 0,0015 cala może wytworzyć różnicę sił przekraczającą 175 funtów na pojedynczy-calowy otwór - podejmie próbę wypchnięcia elementów matrycy na boki. Odpowiedź konstrukcyjna musi absorbować te obciążenia boczne poprzez kołki prowadzące, bloki pięt i dopasowanie komponentów, nie pozwalając na zmianę położenia. To właśnie odróżnia proces tłoczenia sztywnego metalu od niechlujnego: każdy element konstrukcyjny jest dobierany nie tylko pod kątem ściskania pionowego, ale także pod kątem sił poprzecznych, które nieuchronnie powstają podczas cięcia i formowania.

Funkcja skoku powrotnego i usuwania izolacji

Zwrotna połowa procesu matrycy przyciąga mniej uwagi, niż na to zasługuje. Gdy stemple wycofują się z materiału, tarcie i sprężystość powodują, że pasek chwyta powierzchnie stempla. Bez aktywnej funkcji usuwania arkusza arkusz podnosi się z bloku matrycy, przy następnym przesuwie następuje zacięcie, a kolejny skok uderza w nieprawidłowo ułożony materiał.

Sprężynowe- ściągacze rozwiązują ten problem, utrzymując nacisk na taśmę w dół podczas wycofywania stempla. Wymaganą siłę odrywania można obliczyć: długość ścinania pomnożona przez grubość materiału pomnożona przez w przybliżeniu3500 psizapewnia minimalną siłę, jaką muszą dostarczyć sprężyny zgarniające. Za mała siła i listwa się podnosi. Zbyt duże i niepotrzebne obciążenie dodaje się do cyklu prasy, zwiększając zużycie sprężyn i elementów montażowych.

Ten proces tłoczenia blachy, - zaciskania, cięcia, usuwania izolacji, przesuwania - powtarza się setki razy na minutę w-szybkich matrycach progresywnych. System konstrukcyjny nie tylko utrzymuje części na miejscu. Organizuje czasową sekwencję mechaniczną, w której wyrównanie, siła i kontrola materiału muszą odbywać się w dokładnie właściwej kolejności, przy każdym pojedynczym pociągnięciu. Kiedy ta sekwencja powoduje pogorszenie - zużytych tulei, opóźniając wyrównanie, osłabione sprężyny, które nie utrzymują płaskiego materiału, - jakość części rozpada się, mimo że żaden pojedynczy element nie jest w widoczny sposób uszkodzony.

System prowadnic nie bez powodu znajduje się na szczycie tej sekwencji. Jego konstrukcja określa, jak precyzyjnie może zostać wykonany cały cykl, co rodzi głębsze pytanie strukturalne: jaki typ systemu prowadzącego najlepiej odpowiada wymaganiom dotyczącym prędkości, siły i precyzji w danym zastosowaniu?

Systemy prowadzące i precyzyjne ustawienie pod obciążeniem

Każdy element konstrukcyjny matrycy tłoczącej zależy od jednego podsystemu, który najpierw wykonuje swoje zadanie: systemu prowadzącego. Ustala ustawienie przed przepływem tonażu, zanim stemple dotkną materiału, zanim rozpocznie się jakiekolwiek cięcie lub formowanie. Jeśli źle ustawisz system prowadnic, każdy dalszy element będzie działał w stanie zagrożonym - przesunięcie luzów, stemple zużywają się nierównomiernie, a wymiary części wykraczają poza tolerancję.

Zadania systemu prowadzącego są zwodniczo proste: utrzymanie dokładnej rejestracji pomiędzy górną i dolną połówką matrycy w warunkach dynamicznych. „Dynamika” to słowo klucz. Zestaw stempli ustawiony na stole jest zawsze ustawiony w jednej linii. Jeden cykl pracy z szybkością 300 uderzeń na minutę w prasie do tłoczenia, pochłaniający-siły skrawania niecentryczne i rozszerzalność cieplną, to zupełnie inne wyzwanie. Wybory strukturalne - typu sworznia, rozmieszczenia i kontroli tolerancji - określają, czy wyrównanie utrzymuje się przez miliony cykli, czy ulega degradacji w ciągu tygodni.

Kulkowe-Systemy prowadnic z łożyskami kulkowymi a prowadnice z tulejami gładkimi

W konstrukcjach tłoczników dominują dwa typy systemów prowadzących, a każdy z nich odzwierciedla inny kompromis-techniczny pomiędzy precyzją, nośnością, szybkością i kosztem.

Sworznie cierne (zwykłe prowadnice tulei z brązu)użyj sworznia z hartowanej stali narzędziowej umieszczonego wewnątrz tulei z brązu-aluminiowego, zazwyczaj z luzem około0,0005 calapomiędzy sworzniem a otworem tulei. Materiał tulei często zawiera grafitowe zatyczki, które zmniejszają tarcie, a zespół wymaga-smarowania smarem pod wysokim ciśnieniem. Systemy te sprawdzają się tam, gdzie spodziewany jest duży nacisk boczny - przy dużych operacjach formowania, ciężkich tłocznikach i zastosowaniach, w których siły boczne mogłyby uszkodzić delikatniejsze zespoły łożysk. Ich nośność na jednostkę-przekroju poprzecznego jest większa niż w przypadku systemów łożysk kulkowych-, ponieważ siła rozkłada się na ciągłej powierzchni, a nie na stykach punktowych.

Kompromis-? Kołki cierne generują ciepło przy wyższych prędkościach, ograniczając szybkość cykli. Utrudniają one także oddzielanie matrycy - ściąganie górnego klocka z dużej matrycy z kołkami ciernymi grozi naciągnięciem zespołu i wygięciem słupka. Sklepy stosujące te systemy na większych zestawach matryc często polegają na hydraulicznych separatorach matryc, aby utrzymać klocki równolegle podczas demontażu.

Sworznie prowadzące-łożyska kulkowejeździ na kulkach ze stali hartowanej umieszczonych w aluminiowej klatce. Zespół sworznia-i-łożyska jest w rzeczywistości o około 0,0002 cala większy niż otwór tulei -, co producenci nazywają cechą konstrukcyjną „ujemnym nachyleniem”, ponieważ eliminuje to wszelki luz-związany z luzem. To wstępnie naprężone pasowanie zapewnia ściślejsze wyrównanie niż jest to możliwe w przypadku systemów ciernych, dzięki czemu prowadnice-kulkowe stają się standardem w-matrycach progresywnych o dużej prędkości, gdzie luz stempla-do-matrycy musi pozostać stały przy 200+ skokach na minutę.

Dodatkowe zalety obejmują łatwe oddzielanie matrycy (brak wiązania ciernego oznacza, że ​​klocki swobodnie się rozsuwają) i zmniejszone wytwarzanie ciepła przy dużej prędkości. Ograniczeniem jest tolerancja siły bocznej, - łożyska kulkowe przenoszą obciążenia boczne poprzez kontakt punktowy, a duże-siły niecentryczne mogą wgniatać gąsienice kulek lub pękać zespoły koszyków. Nigdy nie należy smarować sworzni-łożysk kulkowych; tylko lekki olej zachowuje swoją funkcję bez przyciągania zanieczyszczeń do gąsienic kulek.

Umiejscowienie kołka prowadzącego i środek nacisku

Wybór pomiędzy łożyskiem kulkowym- a prowadnicami ciernymi to tylko połowa problemu związanego z projektowaniem matryc do tłoczenia metalu. Miejsce umieszczenia tych szpilek ma znaczenie tak samo, jak wybrany typ.

Wyobraź sobie wykrojnik progresywny z dwunastoma stemplami tnącymi, skupionymi głównie po lewej stronie paska. Kiedy prasa uruchamia się, siła skrawania nie jest równomiernie rozłożona na ślizgu matrycy -, jest skoncentrowana w lewo. Powoduje to wytworzenie-siły wypadkowej niecentralnej, zwanej środkiem nacisku (czasami nazywanym środkiem siły skrawania). Jeśli kołki prowadzące są ustawione symetrycznie na matrycy, a siły skrawania działają asymetrycznie, niezrównoważony moment próbuje przechylić górny zespół -, przechylając go względem dolnej połowy.

Rozwiązanie inżynieryjne jest proste w koncepcji: obliczyć środek nacisku, sumując siłę skrawania na każdej stacji, pomnożoną przez jej położenie, a następnie dzieląc przez całkowitą siłę skrawania. Daje to współrzędną X-Y, w której działa wynik. Kołki prowadzące powinny być ustawione tak, aby ich geometria podparcia obejmowała ten punkt, zapobiegając przekroczeniu przez ramię momentowe wytrzymałości systemu prowadzącego bez ugięcia.

W praktyce oznacza to, że czasami konieczne jest asymetryczne umieszczenie kołka prowadzącego. Matryca z operacjami cięcia skupionymi na jednym końcu może wymagać przesunięcia słupków prowadzących w stronę tego końca, a nie umieszczania ich w tradycyjnych czterech rogach. Ignorowanie tej zasady jest częstą przyczyną nierównomiernego zużycia stempla. - jedna strona matrycy pracuje ciaśniej niż druga, ponieważ górny zespół jest delikatnie napinany przy każdym skoku przez niezrównoważone siły, którym system prowadzący nie jest w stanie przeciwdziałać w swoim obecnym położeniu.

Stos tolerancji-Większy w zespołach prowadnic

Nawet doskonale dobrany, doskonale umiejscowiony system prowadzący ulega degradacji, jeśli tolerancje poszczególnych elementów nie są kontrolowane jak w przypadku łańcucha. Jest to problem-stosowania tolerancji stosowany w oprzyrządowaniu do tłoczenia metali, który bezpośrednio określa, czy matryca zachowuje zaprojektowany odstęp pomiędzy stemplem--przez cały okres użytkowania.

Rozważmy łańcuch wymiarowy, który łączy końcówkę stempla z odpowiadającym jej otworem matrycy. Łańcuch ten obejmuje: średnicę sworznia prowadzącego, średnicę otworu tulei,-pasowanie tulei do otworu ślizgacza matrycy, położenie otworu ślizgacza matrycy względem bloku matrycy oraz położenie otwarcia bloku matrycy. Każdy wymiar ma swój własny zakres tolerancji -, który w przypadku elementów prowadnicy jest zwykle szlifowany z dokładnością do 0,0001 cala. Ale tolerancje kumulują się. Korzystając z analizy najgorszego-przypadku, jeśli każdy z pięciu komponentów wynosi +/-0,0001 cala, całkowita zmienność potencjału osiąga +/-0,0005 cala. - i jest już znacząca, gdy zaprojektowany luz pomiędzy stemplem a matrycą może wynosić 0,002 cala na stronę w przypadku cienkich materiałów.

Metody statystyczne (analiza RSS) dają bardziej realistyczny obraz scenariuszy produkcyjnych. Ten sam pięcio-łańcuch składowy o +/-0,0001 cala każdy daje łączną zmianę wynoszącą około +/-0,00022 cala przy założeniach rozkładu normalnego. Właśnie dlatego zestawy matryc do tłoczenia o wysokiej precyzji wymagają węższych tolerancji w przypadku elementów prowadzących niż w przypadku mniej krytycznych elementów — system prowadzący znajduje się na górze łańcucha wyrównującego, a wszelkie odchylenia w tym zakresie rozprzestrzeniają się na każde stanowisko cięcia i formowania w matrycy.

Praktyczne strategie kontrolowania tego stosu-obejmują:

• Określanie węższych tolerancji dla jednego lub dwóch wymiarów, które w największym stopniu przyczyniają się do całkowitej zmienności (zazwyczaj średnica otworu tulei i sworznia prowadzącego)
• Zmniejszenie długości łańcucha poprzez montaż tulei prowadzących bezpośrednio w ślizgu matrycy, a nie poprzez płytki pośrednie
• Używanie dopasowanych zestawów - sworzni prowadzących i tulei do szlifowania jako par, a nie według niezależnych specyfikacji
• Sprawdzanie osiowania zmontowanego (rzeczywisty luz sworznia--zmierzony w gotowej matrycy) zamiast polegania wyłącznie na certyfikatach poszczególnych komponentów

System prowadzący, który zaczyna się na krawędzi akceptowalnego ustawienia z powodu akumulacji tolerancji, wkracza na niedopuszczalne terytorium znacznie wcześniej niż system z marginesem tolerancji w rezerwie. Ta przyspieszona degradacja objawia się wzrostem wysokości zadziorów w czasie, niespójnymi wymiarami otworów-do-otworów i skróconymi odstępami czasu między przestojami konserwacyjnymi.

Wyrównanie to tylko połowa tego, co utrzymuje materiał pod kontrolą podczas cyklu tłoczenia. Druga połowa - fizycznie utrzymuje taśmę na płasko i oddziela ją od stempli - zależy od zupełnie innego podsystemu strukturalnego, z własnymi kompromisami-projektowymi i wyzwaniami związanymi z integracją.

Projekty systemów stripperów i integracja strukturalna

Striptizerka wykonuje dwie prace przy każdym pociągnięciu. Podczas opuszczania dociska taśmę płasko do bloku matrycy, aby zapobiec podnoszeniu lub wyboczeniu podczas operacji wykrawania. W drodze do góry wypycha materiał ze stempli, dzięki czemu pasek może się swobodnie przesuwać. Te dwie funkcje - przytrzymywania-w dół i usuwania - stawiają konkurencyjne wymagania strukturze matrycy. Przytrzymanie-wymaga wczesnego zaangażowania i silnego nacisku. Zdejmowanie izolacji wymaga utrzymywania siły podczas wycofywania stempla. System, który wybierzesz do dostarczania tej siły, kształtuje fizyczną konstrukcję górnego zespołu w sposób, który odbija się na każdym innym elemencie matrycy prasy.

Ściągacze sprężyn a sprężyny azotowe a systemy uretanowe

W zastosowaniach narzędzi i matryc do tłoczenia dominują trzy systemy, każdy w inny sposób integrujący się ze strukturą matrycy:

Mechaniczne ściągacze sprężyn śrubowychsą najczęstszym wyborem w przypadku matryc progresywnych. Sprężyny montowane są w pogłębionych kieszeniach, wykonanych bezpośrednio w płycie górnej lub uchwycie stempla, przy czym płyta zgarniająca unosi się na blokach ustalających lub szpulach poniżej. Są proste, niedrogie i łatwe do wymiany. Wymóg konstrukcyjny jest prosty: głębokość kieszeni musi wytrzymać pełne ściśnięcie sprężyny i skok roboczy, a płyta górna musi mieć wystarczający-przekrój poprzeczny pozostały po obróbce kieszeni, aby przenosić obciążenia prasujące bez pękania. Zgodnie z zaleceniami branżowymi, ustalacze lub szpule zapewniają lepszą sztywność i prowadzenie niż śruby zdzierające, które mają tendencję do wyginania się pod dużym naciskiem zdzierania.

Zdzieracze do sprężyn gazowych azotuwytwarzają siłę od dwóch do trzech razy większą niż sprężyna śrubowa na mniej więcej tej samej powierzchni. Ich niemal-stała siła wyjściowa w całym skoku sprawia, że ​​są one szczególnie przydatne w operacjach, w których stały-ciśnienie docisku zapobiega problemom związanym z tłoczeniem, takim jak marszczenie lub przesunięcie materiału podczas ciągnienia. Konstrukcyjnie butle azotowe wymagają precyzyjnie-wywierconych otworów montażowych z wąskimi tolerancjami koncentryczności, a górna płyta musi być wystarczająco gruba, aby pomieścić cały korpus cylindra. Praktyczna zasada: ograniczyć skok tłoka do 85 procent maksymalnego znamionowego, aby wydłużyć żywotność cylindra, co oznacza, że ​​projektant matrycy musi uwzględnić zmniejszony skok podczas ustawiania skoku klocka.

Ściągacze uretanoweużywaj podkładek lub przycisków z elastomeru poliuretanowego, które generują progresywny opór - im bardziej się ściskają, tym mocniej odpychają. Wymagają kieszeni ograniczających wyciętych w górnym zespole, aby zapobiec bocznemu wybrzuszeniu pod obciążeniem. Uretan zapewnia dużą gęstość siły w kompaktowych przestrzeniach, dzięki czemu jest przydatny tam, gdzie przestrzeń pionowa jest ograniczona. Ograniczeniem jest wrażliwość na ciepło: operacje-z dużą prędkością, które generują ciepło tarcia, z czasem zmniejszają sprężystość uretanu, zmniejszając konsystencję odpędzania.

Integracja strukturalna i obliczenia sił

Niezależnie od typu systemu, zgarniacz musi generować wystarczającą siłę, aby jednocześnie pokonać przyczepność materiału na każdym stemplu. Ten chwyt wynika z tarcia i sprężystego sprężynowania - tych samych sił, które powodują, że stemple wybijające czasami podążają za stemplem w górę. Standardowe obliczenia rozpoczynają się od godz10 do 20 procent całkowitej siły skrawania, z dodanym co najmniej 30-procentowym współczynnikiem bezpieczeństwa. W przypadku ściągaczy używanych również jako zaciski podczas formowania należy potroić teoretyczne ciśnienie sprężyny, aby zapobiec niepożądanemu ruchowi materiału podczas pracy.

Kiedy mocowanie konstrukcyjne nie jest w stanie wytrzymać tych sił, - zmęczenie śrub, płyty uginają się, kieszenie sprężyn pękają w ich rogach -, skutki są natychmiast widoczne na częściach. Nierównomierne odpędzanie powoduje błędy podawania w matrycach progresywnych, powoduje różnice wymiarowe w wyniku nieprawidłowego pasowania paska i przyspiesza zużycie stempla, umożliwiając ciągnięcie materiału po powierzchni stempla podczas wycofywania.

Wybór odpowiedniego systemu sprowadza się do dopasowania wymagań aplikacji do ograniczeń konstrukcyjnych:

• Grubość materiału- Grubsza kolba lepiej chwyta stemple, co wymaga większej siły zdzierania i sztywniejszych elementów montażowych
• Liczba ciosów przeszywających- Więcej uderzeń oznacza większą całkowitą siłę zdzierania; liczba i rozmieszczenie sprężyn muszą równomiernie rozkładać obciążenie na płycie zgarniającej
• Metoda podawania paskowego- Podawanie powietrzem i szybkie-podawanie z rolek wymaga szybkiego uwalniania paska; opóźnione ściąganie ze słabych sprężyn powoduje zacięcie przy dużej prędkości
• Wymagana siła odizolowania w porównaniu z dostępną przestrzenią- Gdy sprężyny śrubowe nie mogą zapewnić wystarczającej siły na dostępnej głębokości kieszeni, mimo wyższych kosztów konieczne stają się butle z azotem lub uretanem

Dobrze-zintegrowany system striptizerek jest niewidoczny podczas produkcji. - części są usuwane czysto, pasek postępuje terminowo, a jakość pozostaje niezmienna przez miliony cykli. Słabo zintegrowany objawia się ślimakami cofającymi się przez matrycę, częściami przyklejającymi się do stempli i charakterystycznym hukiem opóźnionego usuwania izolacji, który doświadczeni operatorzy narzędzi do tłoczenia i matryc natychmiast rozpoznają. Objawy te wynikają z decyzji konstrukcyjnych podjętych podczas projektowania: ile siły, gdzie działa i czy mocowanie może wytrzymać ją w nieskończoność bez zmęczenia.

Konstrukcja striptizerki to jedna z osi zmienności strukturalnej matrycy. Drugą główną osią jest sam typ matrycy - konfiguracje proste, złożone, progresywne i przenoszące, z których każda zmienia te same komponenty w zasadniczo różne układy strukturalne, aby rozwiązać różne problemy produkcyjne.

Jak zmienia się struktura w zależności od typu matrycy

Te same komponenty - stemple, bloki matrycy, ściągacze, systemy prowadzące - pojawiają się w prawie każdej matrycy do tłoczenia metalu. To, co zmienia się między typami matryc, to nie same części, ale sposób ich rozmieszczenia, liczba istniejących stanowisk i jakie elementy konstrukcyjne są dodawane w celu przemieszczania materiału przez narzędzie. Każdy typ tłocznika reprezentuje inną odpowiedź na to samo pytanie: jak zorganizować strukturę mechaniczną, aby wyprodukować określoną część w docelowej objętości i koszcie?

Potraktuj to jako postęp ewolucyjny. Proste matryce rozwiązują najbardziej podstawowy problem przy minimalnej strukturze. Każdy kolejny typ zwiększa złożoność, umożliwiając obsługę większej liczby operacji, węższych tolerancji lub większych wolumenów produkcji. Zrozumienie, co zmienia się strukturalnie - i dlaczego -, sprawia, że ​​decyzja o wyborze jest znacznie bardziej intuicyjna.

Prosta struktura matrycy

Prosta matryca wykonuje jedną operację na jeden skok prasy: pojedynczy półfabrykat, pojedyncze przebicie lub pojedyncze zgięcie. Jego struktura jest minimalna. Jeden stempel, jeden otwór matrycy, podstawowy system prowadzący i płyta zdzierająca. Zespoły górny i dolny odzwierciedlają podstawowy układ opisany wcześniej, ale bez dodatkowych funkcji potrzebnych do pracy wielooperacyjnej-.

Prostota konstrukcji ma zalety. Mniej komponentów oznacza krótszy czas budowy, niższe koszty oprzyrządowania i prostą konserwację. Jednak kompromisem-jest przepustowość. Jeśli część wymaga pięciu operacji, musi przejść przez pięć oddzielnych prostych matryc na pięciu oddzielnych prasach, z których każda wymaga własnego etapu konfiguracji, wyosiowania i obsługi. To podejście sprawdza się w przypadku produkcji-na małą skalę lub w przypadku naprawdę podstawowych geometrii. W przypadku wszystkiego, co jest złożone lub ma dużą-objętość, inwestycje strukturalne przesuwają się w stronę matryc konsolidujących operacje.

Złożona struktura matrycy

Tłoczenie matrycowe rozwiązuje konkretny problem: jak wycinać elementy wewnętrzne i kontury zewnętrzne z idealną koncentrycznością? Odpowiedzią jest inwersja strukturalna. W matrycy złożonej wykrojnik znajduje się w dolnym zespole, podczas gdy otwór wykrojnika przesuwa się do górnej połowy. Stemple przebijające są również montowane w dolnej matrycy, a odpowiadające im otwory matrycy znajdują się w górnym zespole. Wszystko tnie jednocześnie za jednym pociągnięciem.

Ten odwrócony układ zwiększa złożoność strukturalną. Dolny zespół zawiera teraz zarówno stempel wygaszający, jak i stemple przebijające, które muszą zachować dokładne wzajemne położenie. W górnym zespole znajduje się zarówno pierścień wykrojnika, jak i przyciski wykrojnika. W górnej połowie wymagany jest mechanizm wybijający lub zrzucający, który po każdym skoku wypycha gotowy półfabrykat z pierścienia matrycy - jest to element, którego proste matryce nigdy nie potrzebują.

Korzyścią strukturalną jest dokładność wymiarowa. Ponieważ wszystkie krawędzie tnące wchodzą w materiał jednym ruchem z jednego położenia zaciśnięcia, koncentryczność otworu-do-krawędzi jest lepsza niż to, co można osiągnąć w dowolnej operacji sekwencyjnej. Ograniczenie jest równie strukturalne: matryce złożone dobrze radzą sobie z operacjami cięcia, ale w praktyce nie mogą zawierać stanowisk formujących. Ich układ nie pozostawia miejsca na zginanie i rysowanie geometrii.

Progresywna struktura matrycy

Proces tłoczenia progresywnego wymaga zupełnie innego podejścia strukturalnego. Zamiast wykonywać wszystko na jednej stacji, rozdziela operacje na wiele stacji rozmieszczonych wzdłuż liniowej ścieżki paskowej. Metalowa cewka przechodzi przez matrycę w postaci ciągłego paska. - taśma matrycy przesuwa się o jedną długość skoku na skok, a każda stacja wykonuje wyznaczoną operację na części taśmy znajdującej się pod nią.

Strukturalnie zwiększa to znacząco złożoność. Matryca z taśmą progresywną może zawierać osiem, dwanaście lub dwadzieścia stacji, każda z własnym zestawem-i- stempla, własne elementy zdzierające i własne kołki prowadzące do rejestracji paska. Długość stopy matrycy rośnie proporcjonalnie do liczby stacji. Dwunastostanowiskowa matryca progresywna może mieć 36 cali lub więcej w kierunku podawania, w porównaniu do sześciu cali w przypadku prostej matrycy wykonującej pojedynczą operację.

Dodatkowe cechy konstrukcyjne, których proste i złożone matryce nigdy nie będą potrzebne, obejmują:

• Kołki pilotujące na każdej stacji- Każda stacja wymaga niezależnej lokalizacji pasa, ponieważ skumulowany błąd podawania w dwunastu odstępach zniszczyłby dokładność-obiektu-.
• Podnośniki pasków- Sprężynowe-elementy dolnej matrycy, które podnoszą taśmę ponad powierzchnię matrycy pomiędzy pociągnięciami, umożliwiając jej przesuwanie się bez przeciągania po krawędziach tnących lub uformowanych elementach.
• Ciągłe lub segmentowe płyty zdzierające- Pojedyncza płyta zgarniająca na całej długości matrycy lub pojedyncze zgarniacze na każdej stacji, w zależności od wymagań operacyjnych.
• Przewodniki magazynowe- Szyny ograniczające boczny ruch taśmy na całej ścieżce podawania.

W procesie progresywnego tłoczenia matrycowego przy każdym skoku powstaje gotowa część, gdy taśma wypełni wszystkie stacje -, co czyni ją najszybszą metodą produkcji małych i średnich części o złożonych cechach. Ta prędkość wymaga proporcjonalnie większej sztywności konstrukcji. Ponieważ siły skrawania i formowania działają jednocześnie na wielu stanowiskach, ślizgacz matrycy musi wytrzymywać ugięcie na całej swojej długości, a system prowadzący musi utrzymywać wyrównanie na całej rozpiętości.

Struktura matrycy transferowej

Tłoczenie matrycowe przypomina w koncepcji tłoczenie progresywne - wiele stanowisk, operacje sekwencyjne -, ale różni się jednym zasadniczym aspektem konstrukcyjnym. Na pierwszej stacji część jest oddzielana od taśmy. Od tego momentu poszczególne półfabrykaty przemieszczają się między stacjami za pomocą mechanicznych palców przenoszących, a nie poruszają się po pasku nośnym.

Zmienia to zasadniczo wymagania konstrukcyjne. Matryca musi pomieścić szyny przenoszące i mechanizmy palcowe, które docierają do każdej stacji, pobierają część, przesuwają ją do następnej pozycji i zwalniają -, wszystko zsynchronizowane z skokiem prasy. Stopy matrycowe są szersze niż progresywne stopy matrycowe, aby zapewnić prześwit dla sprzętu transferowego po obu stronach. Każda stacja działa bardziej jak niezależna matryca z własnym, kompletnym zespołem stempla-i-matrycy, połączona z sąsiednimi stacjami jedynie za pomocą mechanizmu przenoszącego, a nie za pomocą ciągłego paska.

Matryce transferowe obsługują części, których matryce progresywne nie są konstrukcyjnie w stanie wytrzymać: duże panele,-głęboko tłoczone skorupy i geometrie, które mogłyby zniszczyć taśmę nośną podczas formowania. Panele nadwozia samochodowego, wsporniki konstrukcyjne i elementy rurowe powszechnie stosowane w systemach transportowych. Konstrukcyjnym kompromisem-jest to, że mechanizmy przenoszenia prędkości - mają fizyczne ograniczenia przyspieszenia, które utrzymują tempo cykli poniżej tego, co osiągają matryce progresywne.

Strukturalny postęp od prostego do przeniesienia opiera się na jasnej logice: każdy typ dodaje złożoności fizycznej, aby pokonać specyficzne ograniczenia poprzedniego typu. Proste kości nie mogą łączyć operacji. Matryce złożone łączą nacięcia, ale nie mogą się formować. Matryce progresywne łączą wszystko wzdłuż ścieżki paska, ale nie radzą sobie z dużymi lub głęboko uformowanymi częściami. Matryce transferowe obsługują te części, zastępując pasek transportem mechanicznym - kosztem dodatkowej struktury, synchronizacji i inwestycji.

Wybór odpowiedniego typu jest ostatecznie decyzją z zakresu ekonomii strukturalnej. Większa złożoność oznacza wyższy koszt narzędzi, dłuższy czas budowy i więcej konserwacji, -, ale także wyższą przepustowość, lepszą spójność części i niższy-koszt sztuki w masie. Kalkulacja kosztów-korzyści zależy od dokładnego działania konstrukcji matrycy w całym okresie użytkowania, co prowadzi dyskusję do wymiernych wyników, które wybory w zakresie projektu konstrukcyjnego albo umożliwiają, albo utrudniają.

Jak projekt konstrukcyjny wpływa na wydajność matrycy i jakość części

Każdy defekt tłoczenia ma swojego strukturalnego przodka. Zadziory, niewspółosiowość elementów, przedwczesna awaria stempla, ciągnięcie ślimaka - to nie są zdarzenia przypadkowe. Są to przewidywalne konsekwencje określonych warunków strukturalnych panujących w matrycy. Różnica między matrycą, która wytwarza czyste części po 2 milionach cykli, a matrycą wymagającą ponownej obróbki po 200 000, sprowadza się do tego, jak dobrze konstrukcja zachowuje swoje zaprojektowane zależności pod powtarzającym się obciążeniem dynamicznym.

Zrozumienie tych powiązań przyczynowo-skutkowych sprawia, że ​​konserwacja matryc tłoczących nie jest reaktywną strzelaniną, ale staje się przewidywalnym ćwiczeniem inżynierskim. Kiedy wiesz, który stan strukturalny powoduje daną wadę, możesz prześledzić każdy problem z jakością aż do jego pierwotnej przyczyny - i przekazać do konkretnej interwencji, która trwale go rozwiąże.

Strukturalne przyczyny typowych wad tłoczenia

Rozważ najczęstsze błędy jakościowe w precyzyjnym tłoczeniu i ich przyczyny strukturalne:

Zadziory spowodowane nadmiernym lub nierównym prześwitem-do-matrycy.Zadziory to wypukłe, ostre krawędzie elementów ciętych -, co jest najczęstszą wadą tłoczenia. Tworzą się, gdy strefy pęknięć zainicjowane przez krawędź stempla i krawędź matrycy nie spotykają się gładko na całej grubości materiału. Strukturalną przyczyną jest prawie zawsze problem z wyrównaniem. Zużyte tuleje prowadzące umożliwiają boczne przesuwanie się zespołu górnego, tworząc nierówny luz na obwodzie stempla. Jedna strona pracuje ciasno (powodując silne ścinanie i zużycie narzędzia), podczas gdy przeciwna strona jest luźna (powodując przetaczanie się i zadziory). Jak wykazały badania Dayton Lamina, nawet jeśli luz początkowy jest ustawiony prawidłowo, sztywność konstrukcyjna określa, czy luz ten pozostanie stały pod obciążeniami produkcyjnymi - elastyczny ślizg matrycy lub zniszczone prowadnice zmienią efektywny luz podczas pracy.

Przedwczesne zużycie stempla spowodowane nieodpowiednią twardością płyty nośnej.Gdy płyta nośna jest zbyt miękka lub zbyt cienka w stosunku do wymaganego tonażu, głowice stempli stopniowo osadzają się w powierzchni płyty. Stwarza to jednocześnie dwa problemy: stempel traci swoje pionowe odniesienie (skutecznie skraca się z upływem czasu, co zmienia głębokość penetracji), a grzybkowa kieszeń pozwala na luz boczny, który nigdy nie był zamierzony. Rozwiązaniem jest problem ze specyfikacją konstrukcyjną. - Płyty nośne muszą być hartowane do co najmniej 58–60 HRC i mieć wystarczająco grube rozmiary, aby rozłożyć obciążenia punktowe z głowic stempla bez uginania się.

Ściąganie ślimaka na skutek nieprawidłowego luzu matrycy lub brakujących elementów zatrzymujących.Wyciąganie ślimaka ma miejsce, gdy odcięte kawałki podążają za stemplem z powrotem do góry przez otwór matrycy, zamiast wypadać. Strukturalnie dzieje się tak, gdy luz matrycy jest zbyt mały (tworząc efekt podciśnienia podczas wycofywania stempla) lub gdy blok matrycy nie ma elementów zatrzymujących ślimaki, takich jak wgłębienia, relief kątowy lub kanały-przerwania podciśnienia. W matrycach do tłoczenia blachy pracujących z dużą prędkością ciągnięcie ślimaka jest szczególnie niebezpieczne. - wyciągnięty pocisk, który wyląduje na powierzchni taśmy, zostanie wtłoczony w następną część, tworząc defekt zwany śladem po uderzeniu lub odciskiem matrycy.

Niewspółosiowość spowodowana degradacją systemu prowadnic.Tuleje prowadzące zużywają się przez miliony cykli. Gdy średnica otworu tulei wzrasta nawet o 0,0002 do 0,0003 cala, górny zespół zyskuje luz, który przekłada się bezpośrednio na zmianę luzu na każdym stanowisku cięcia. Według analizy branżowej dotyczącej defektów tłoczenia, zużyte kołki prowadzące lub tuleje należą do głównych przyczyn zacięć, niedokładności wymiarowych i postępującej niewspółosiowości elementów w-produkcji wielkoseryjnej.

Zasady rozliczeń matryc powiązane ze strukturą

Luz jest zwykle wyrażany jako procent grubości materiału na bok - szczeliny pomiędzy krawędzią tnącą stempla a otworem matrycy. W tradycyjnej praktyce jako uniwersalną linię bazową przyjęto około 5 procent na stronę. Takie podejście już nie obowiązuje. Ponieważ obecnie powszechnie stosuje się stale-o wyższej wytrzymałości i zaawansowane materiały, luz należy wybrać na podstawie wytrzymałości i grubości materiału na rozciąganie, a nie samego rodzaju materiału. Grubsze blachy i-wyższe gatunki wytrzymałości wymagają coraz większego prześwitu, aby zarządzać obciążeniem narzędzia i zapobiegać awariom związanym z odpryskami.

Oto połączenie konstrukcyjne, którego brakuje większości inżynierów: luz to nie tylko liczba ustawiana na etapie budowy. Jest to stan, który struktura matrycy musi aktywnie utrzymywać przez miliony cykli. Stopka matrycy uginająca się pod obciążeniem o 0,001 cala skutecznie zmienia luz po jednej stronie skrawania, zmniejszając go po drugiej. Zużyte tuleje prowadzące powodują podobną asymetrię. Nawet rozszerzalność cieplna podczas długich serii produkcyjnych może przesunąć efektywny luz, jeśli elementy konstrukcyjne nie są projektowane z myślą o zarządzaniu ciepłem.

Zastosowanie nacięć obejściowych w tłocznikach dodaje kolejny wymiar strukturalny do kontroli materiału. Ujemne i dodatnie nacięcia obejściowe w matrycach do tłoczenia blachy służą do kontrolowania naprężenia taśmy i zapobiegania jej podnoszeniu pomiędzy stacjami. Dodatnie nacięcia obejściowe - małe wypukłości na pasku - stykają się z powierzchnią matrycy i ograniczają ruch paska w dół. Ujemne nacięcia obejściowe - małe nacięcia - zapewniają relief, który zapobiega wyboczeniu materiału, gdy taśma ulega ściskaniu pomiędzy stacjami formowania. Zrozumienie, w jaki sposób ujemne i dodatnie nacięcia obejściowe w matrycach do tłoczenia blachy współdziałają z luzem i zachowaniem taśmy, ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach matryc progresywnych, w których materiał musi przepływać w przewidywalny sposób przez dwanaście lub więcej stanowisk bez podnoszenia, wyboczenia lub błędnego zarejestrowania.

W praktyce oznacza to, że sztywność konstrukcyjna nie jest luksusową specyfikacją -, ale strategią utrzymania luzu. Każda tysięczna część cala, na jaką ślizgacz matrycy, system prowadnic lub płyta nośna pozwala na ugięcie lub luz, to jedna tysięczna, która jest odejmowana (lub dodawana) od zaprojektowanego luzu. Z biegiem czasu degradacja konstrukcji przesuwa luz poza optymalne okno, w związku z czym liczba defektów odpowiednio rośnie.

Wydłużanie żywotności matrycy poprzez wybory strukturalne

Trwałość matrycy - mierzona w skokach pomiędzy interwencjami konserwacyjnymi - jest bezpośrednią funkcją tego, jak dobrze elementy konstrukcyjne wytrzymują siły, które absorbują w każdym cyklu. Trzy kategorie wyboru konstrukcji decydują o trwałości:

Specyfikacja materiału.Gatunek i twardość stali narzędziowej określają, jak szybko zużywają się krawędzie skrawające i jak dobrze płyty są odporne na odkształcenia. Powszechnie wybieraną stal narzędziową D2 (58-62 HRC, doskonała odporność na zużycie w zastosowaniach skrawających),-stal szybkotnącą M2 (64–66 HRC do małych stempli wymagających maksymalnej twardości), stal odporną na uderzenia S7 do operacji formowania oraz A2, gdzie wytrzymałość ma większe znaczenie niż twardość szczytowa. Wybór ma charakter konstrukcyjny, ponieważ określa, jak długo każdy komponent utrzymuje zaprojektowane wymiary pod powtarzalnym obciążeniem.

Obróbka powierzchni.Azotowanie jonowo-plazmowe okazało się szczególnie skuteczną metodą wydłużania żywotności matrycy, zwłaszcza w przypadku zaawansowanych stali-o wysokiej wytrzymałości. W przeciwieństwie do chromowania -, które tworzy cienką warstwę powierzchniową, która może odpryskiwać lub łuszczyć się pod wpływem wysokich naprężeń Hertza -, azotowanie tworzy utwardzoną warstwę dyfuzyjną o głębokości przekraczającej 0,010 cala bezpośrednio w materiale podłoża.Badania pokazująże azotowane powierzchnie wytrzymują ponad 850 000 trafień w porównaniu z około 600 000 w przypadku powierzchni chromowanych-w tym samym zastosowaniu, przy czym w jednym przypadku osiągnięto 1,2 miliona trafień we wgłębieniu matrycy płyty podłogowej. Powłoki PVD, takie jak azotek chromu (CrN) i azotek tytanu i glinu (TiAlN), zwiększają odporność na zużycie po nałożeniu na azotowane podłoża na mniejszych wkładkach i stemplach.

Wymiary strukturalne i sztywność.Niewymiarowy ślizg matrycy, który ugina się pod obciążeniem, powoduje, że krawędzie tnące stempla pochłaniają naprężenia boczne, do których nigdy nie zostały zaprojektowane, przyspieszając wykruszanie krawędzi i skracając okresy między szlifowaniami. Odpowiednio dobrane elementy konstrukcyjne - ślizgacze matrycy wystarczająco grube, aby ograniczyć ugięcie poniżej 0,0005 cala, płyty nośne wystarczająco twarde, aby zapobiec osadzaniu się głowicy stempla, elementy prowadzące o wystarczającej powierzchni nośnej, aby rozłożyć nacisk boczny - wydłużają okres między przestojami konserwacyjnymi, utrzymując wszystkie komponenty w zaprojektowanym zakresie roboczym.

Związek ma charakter multiplikatywny. Matryca z odpowiednią stalą narzędziową, odpowiednio obrobionymi powierzchniami i elementami konstrukcyjnymi o odpowiednich wymiarach będzie działać od pięciu do dziesięciu razy dłużej między konserwacjami niż w przypadku niedostatecznego określenia dowolnego pojedynczego czynnika. Częstotliwość konserwacji matryc do tłoczenia nie zależy przede wszystkim od tego, jak ciężko pracują stemple -, ale od tego, jak dobrze otaczająca konstrukcja chroni stemple przed siłami i odkształceniami, których nigdy nie powinny doświadczać.

Dla inżynierów podejmujących decyzje konstrukcyjne - optymalizujące prześwity dla określonych materiałów, projektujące geometrię karbu obejściowego do kontroli taśmy lub wybierające obróbkę powierzchni w celu dopasowania do docelowej wielkości produkcji - interakcje między zmiennymi mogą być złożone. Zasoby takie jakNiestandardowe rozwiązania w zakresie tłoczników YICHENoferuj-konsultacje inżynieryjne dotyczące konkretnych aplikacji dla zespołów zajmujących się-kompromisami, szczególnie w zakresie kontroli zadziorów, zarządzania przepływem materiałów i optymalizacji prześwitów tam, gdzie standardowe wytyczne nie uwzględniają unikalnych geometrii części.

Wybory konstrukcyjne, które wydłużają żywotność matrycy i zapobiegają defektom, są ostatecznie bez znaczenia bez kontekstu. Właściwy gatunek materiału, typ prowadnicy i specyfikacja luzu zależą od zastosowania, - jakiego materiału tłoczysz, ile części potrzebujesz i jakich tolerancji wymaga gotowy produkt. Dopasowanie struktury do zastosowania ma miejsce wtedy, gdy ocena inżynierska zastępuje ogólne wytyczne.

Wybór odpowiedniej struktury matrycy dla Twojego zastosowania

Wiedza o tym, jak struktura wpływa na wydajność, jest cenna. Wiedza o tym, jaką strukturę określić dla konkretnej części, materiału i docelowej objętości, jest tym, co faktycznie pozwala na rozpoczęcie projektu. Rozbieżność między zrozumieniem typów matryc a pewnym wyborem jednego sprowadza się do dopasowania kilku zmiennych aplikacji do możliwości strukturalnych oferowanych przez każdą konfigurację.

Dopasowanie struktury matrycy do wymagań aplikacji

Pięć czynników wpływa na decyzję o konfiguracji strukturalnej dla każdego projektu matrycy do tłoczenia metalu:

Złożoność części.Policz elementy - dziury, zagięcia, rysunki, wytłoczenia. Część z dwoma przebitymi otworami i jednym zagięciem może pracować w matrycy kombinowanej. Część z piętnastoma funkcjami na wielu etapach formowania wymaga układu progresywnego lub transferowego. Każda dodatkowa funkcja dodaje stację, która dodaje długość stopy matrycy, rozpiętość systemu prowadzącego i złożoność zgarniacza.

Rodzaj i grubość materiału.Materiał określa wymagania dotyczące tonażu, specyfikacje prześwitu, a czasami sztywność konstrukcyjną wymaganą w samym ślizgu matrycy. Stale-o wyższej wytrzymałości wymagają cięższych elementów konstrukcyjnych i twardszych gatunków stali narzędziowych na krawędziach skrawających. Proces produkcji tłoczenia metali zmienia się zasadniczo po przejściu ze stali miękkiej na stopy stali nierdzewnej lub aluminium.

Roczny wolumen.Poniżej 10 000 części rocznie matryce proste lub złożone zazwyczaj mają sens ekonomiczny. W przypadku matryc progresywnych, obejmujących od 50 000 do 500 000 części, ich wyższe koszty oprzyrządowania uzasadniają znacznie niższą-cenę za sztukę. Powyżej 500 000 najwyższej jakości elementy konstrukcyjne - wkładki z węglików spiekanych,{{12}prowadnice łożysk kulkowych, urządzenia do usuwania azotu - zwracają się w postaci wydłużonego czasu pracy między postojami konserwacyjnymi.

Wymagania dotyczące tolerancji.Części o krytycznych cechach,-które{1}}mają wymiary poniżej +/-0,05 mm, wymagają systemów prowadnic-kulkowych, precyzyjnie-szlifowanych bloków matrycy i sztywności konstrukcyjnej, która zapobiega zmianom luzu wywołanym ugięciem. Większe tolerancje pozwalają na prostsze i tańsze podejścia konstrukcyjne.

Operacje wtórne.Jeśli w bieżącym procesie części przechodzą przez trzy oddzielne matryce w celu przekłuwania, formowania i przycinania, połączenie w jedną progresywną matrycę eliminuje obsługę, poprawia wyrównanie elementów i zmniejsza powierzchnię użytkową -, ale tylko wtedy, gdy objętość uzasadnia inwestycję konstrukcyjną.

Zagadnienia dotyczące materiału i objętości

Dobór materiałów zmienia wymagania konstrukcyjne w sposób, który zaskakuje inżynierów. Na przykład proces tłoczenia aluminium wymaga większych prześwitów stempla-od-matrycy niż w przypadku stali, aby uniknąć zatarcia, a powierzchnie matryc często wymagają powłok DLC lub TiCN, aby zapobiec przyleganiu materiału. Niższy moduł aluminium oznacza w przybliżeniu trzykrotność sprężystości w porównaniu ze stalowymi - wymuszonymi stacjami ponownego uderzenia lub geometrią-wygięcia w strukturze matrycy, co byłoby niepotrzebne w przypadku części ze stali miękkiej. Strukturalnie, aluminiowe matryce do tłoczenia mogą również zyskać na sztywniejszych podstawach matryc, aby skompensować tendencję materiału do wytwarzania mniej przewidywalnego przepływu materiału podczas formowania.

Tłocznik samochodowy do wzmocnień nadwozia ze stali-o wysokiej wytrzymałości stoi przed odwrotnym wyzwaniem: ekstremalnymi obciążeniami wymagającymi grubszych płyt nośnych,-odpornymi na uderzenia stalami narzędziowymi, takimi jak S7 na stacjach formujących, oraz systemami prowadzącymi przystosowanymi do dużego ciągu bocznego. Wysokowydajne-matryce do tłoczenia samochodów, obsługujące milion lub więcej części rocznie, uzasadniają każdą cechę konstrukcyjną klasy premium - wkład w koszt-części na część nawet w przypadku matrycy progresywnej o wartości 500 000 USD spada poniżej 0,50 USD przy tych ilościach, co sprawia, że ​​zaawansowane funkcje są ekonomicznie banalne w porównaniu z kosztami nieplanowanych przestojów.

Porównaj to z prototypowaniem-małoseryjnym lub-produkcją krótkoseryjną. W tym przypadku inwestycje strukturalne kierują się inną logiką. Miękkie oprzyrządowanie, proste konfiguracje matryc i standardowe komponenty prowadnic pozwalają na zarządzanie kosztami początkowymi, a jednocześnie pozwalają na wyższą cenę za-części i krótszą żywotność matrycy. Matryca blaszana na 2000-części rocznie nie wymaga wkładek węglikowych ani sprężyn gazowych azotowych — musi zostać zbudowana szybko, działać niezawodnie przez ograniczony okres użytkowania i mieścić się w budżecie.

Kiedy inwestować w zaawansowane elementy konstrukcyjne

Zaawansowane funkcje są droższe na początku, ale zmniejszają całkowity koszt posiadania, gdy uzasadniają to wymagania produkcyjne. Decyzja nie dotyczy tego, czy funkcja jest „lepsza” -, ale tego, czy aplikacja generuje wystarczającą liczbę cykli lub wymaga wystarczającej precyzji, aby zwrócić inwestycję.

• Systemy prowadnic-kulkowych- Uzasadnione w przypadku pracy z prędkością powyżej 150 uderzeń na minutę lub gdy luz stempla-od-matrycy musi mieścić się w granicach +/-0,0002 cala przez cały cykl produkcyjny
• Sprężyny gazowe azotowe- Uzasadnione, gdy krytyczna jest stała siła docisku-lub zdzierania (operacje ciągnienia,-materiały o wysokiej wytrzymałości), a sprężyny śrubowe nie są w stanie zapewnić odpowiedniej siły w dostępnej przestrzeni
• Wkładki węglikowe na krawędziach skrawających- Uzasadnione, gdy docelowa trwałość matrycy przekracza 1 milion uderzeń lub podczas tłoczenia materiałów ściernych, takich jak stal nierdzewna lub laminaty ze stali krzemowej
• W-przepisach dotyczących czujników- Nadaje się do tłoczników samochodowych i innych-zastosowań o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, gdzie monitorowanie-w czasie rzeczywistym nieprawidłowego podawania, krótkiego posuwu lub korka zapobiega defektom montażu na dalszym etapie
• Obróbka powierzchni PVD lub azotowanie- Uzasadnione, gdy odstępy między konserwacjami muszą przekraczać 500 000 skoków między ponownym szlifowaniem, szczególnie w przypadku powierzchni formujących narażonych na zużycie adhezyjne

Użyj tej listy kontrolnej podczas określania struktury matrycy dla nowego projektu:

• Zdefiniuj roczną objętość i oczekiwaną żywotność matrycy (całkowita liczba cykli życia)
• Policz wszystkie elementy części i określ minimalną liczbę stanowisk
• Zidentyfikuj rodzaj materiału, grubość i wytrzymałość na rozciąganie, aby ustalić luz i tonaż
• Określ tolerancje krytyczne i określ klasę dokładności systemu prowadnic
• Oceń, czy dana część może pozostać na pasku nośnym (progresywna), czy też wymaga indywidualnego transportu (transfer)
• Oblicz wymagania dotyczące siły zdzierania w oparciu o liczbę stempli i przyczepność materiału
• Określ, czy operacje formowania wymagają stałej siły (azot), czy wystarczy podstawowa siła sprężyny
• Oceń dostęp konserwacyjny: - czy matryca będzie działać w zakładzie posiadającym-własną narzędziownię?
• Ustaw granice budżetu, korzystając z analizy progu rentowności w porównaniu z przewidywaną wielkością

Inżynierowie, którzy przeglądają tę listę kontrolną, systematycznie uzyskują specyfikację konstrukcyjną odpowiadającą ich rzeczywistym potrzebom, - a nie-przebudowaną matrycę, która marnuje kapitał, ani-niedostatecznie zbudowaną matrycę, która przedwcześnie ulegnie awarii. W przypadku projektów, w których-kompromisy stają się złożone, - optymalizacja luzu wyrównoważającego, konstrukcja podnośnika, kontrola przepływu materiału i wybór komponentów na podstawie wielu współdziałających zmiennych - współpraca z doświadczonymi partnerami w zakresie narzędzi przyspiesza proces decyzyjny.Zespół inżynierów niestandardowych tłoczników YICHENwspiera ten etap, łącząc założenia projektu konstrukcyjnego z gotowym-do produkcji oprzyrządowaniem, szczególnie w przypadku zastosowań, w których standardowe rozwiązania katalogowe nie są w stanie sprostać wyzwaniom związanym z unikalną geometrią lub materiałami.

Często zadawane pytania dotyczące struktury matrycy do tłoczenia

1. Jakie są główne elementy konstrukcji tłocznika?

Konstrukcja matrycy tłoczącej składa się z dwóch głównych zespołów. Zespół górny obejmuje trzpień, płytę górną, płytę nośną, płytę stempla, stemple i piloty. Dolny zespół zawiera ślizgacz matrycy (fundament konstrukcyjny), blok matrycy (wgłębienia do cięcia lub formowania), słupki prowadzące i tuleje (wyrównanie w zakresie 0,0001 cala) oraz płytę zgarniającą. Każdy komponent pełni określoną rolę w rozprowadzaniu siły, utrzymywaniu wyrównania lub kontrolowaniu zachowania materiału. Usunięcie lub niedostateczna specyfikacja dowolnego pojedynczego elementu powoduje przewidywalne awarie w dalszej części procesu -, na przykład pominięcie płyty nośnej na matrycy o dużym-tonażu prowadzi do osadzenia głowic stempla w płycie górnej w ciągu tysięcy uderzeń.

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

Matryce progresywne rozdzielają operacje na wiele stacji wzdłuż ciągłej ścieżki taśmy, przez którą metalowa cewka przechodzi jako połączony pasek, przesuwając się o jeden skok na skok. Matryce transferowe oddzielają część od taśmy na pierwszym stanowisku, następnie przesuwają poszczególne półfabrykaty pomiędzy stanowiskami za pomocą mechanicznych palców transferowych. Strukturalnie matryce progresywne wymagają dłuższych płytek matrycowych, kołków prowadzących na każdej stacji i podnośników pasków. Matryce transferowe wymagają szerszych ślizgów, aby zapewnić odstęp między palcami i sprzęt do synchronizacji. Progresywne matryce działają szybciej, ale nie radzą sobie z dużymi panelami ani głębokimi rysunkami. Matryce transferowe dostosowują się do tych geometrii przy niższych prędkościach cykli. Wybór zależy od rozmiaru części, głębokości formowania i wymagań dotyczących wielkości produkcji.

3. W jaki sposób luz stempla-do-matrycy wpływa na jakość tłoczenia?

Stempel-do-prześwitu matrycy - szczeliny pomiędzy krawędzią stempla a otworem matrycy - bezpośrednio kontroluje sposób pękania materiału podczas cięcia. Zbyt mały luz powoduje nadmierne zużycie narzędzia i wykruszanie się. Zbyt duży luz powoduje zadziory, rolowanie i gorszą jakość krawędzi. Luz wynosi zazwyczaj 5-10% grubości materiału na stronę, ale należy go dostosować w oparciu o wytrzymałość materiału na rozciąganie. Często pomijanym krytycznym punktem jest to, że luz nie jest tylko ustawieniem statycznym – struktura matrycy musi aktywnie go utrzymywać przez miliony cykli. Ugięcie ślizgacza matrycy, zużyte tuleje prowadzące lub zniszczone płyty oporowe – wszystko to powoduje zmianę efektywnego luzu podczas pracy, nawet jeśli został on prawidłowo ustawiony na etapie budowy.

4. Kiedy należy wybrać prowadnice-z łożyskami kulkowymi zamiast prowadnic ze zwykłymi tulejami?

Prowadnice z łożyskami kulkowymi są lepszym wyborem w przypadku-szybkich matryc progresywnych pracujących z prędkością powyżej 150 uderzeń na minutę lub gdy luz stempla-do-matrycy musi mieścić się w granicach +/{-0,0002 cala. Wykorzystują wstępnie naprężone pasowanie (nachylenie ujemne), które eliminuje wszelki luz, generuje mniej ciepła przy dużej prędkości i umożliwia łatwe oddzielanie matrycy. Zwykłe prowadnice tulejowe z brązu są preferowane w przypadku ciężkich operacji formowania, matryc ciągnących lub zastosowań, w których występują znaczne siły boczne - ich ciągły kontakt powierzchniowy radzi sobie z naciskiem bocznym lepiej niż punktowy kontakt łożysk kulkowych. Zwykłe tuleje kosztują mniej i tolerują więcej nadużyć, ale ograniczają częstotliwość cykli ze względu na ciepło tarcia i utrudniają oddzielanie matrycy w przypadku większych narzędzi.

5. Jak wybrać odpowiednią konstrukcję tłocznika do konkretnego zastosowania?

Wybór zależy od pięciu głównych czynników: złożoności części (liczba cech określa liczbę stacji), rodzaju i grubości materiału (wpływa na wymagania dotyczące tonażu, prześwitu i sztywności konstrukcyjnej), rocznej objętości (uzasadnia inwestycję w matryce progresywne powyżej 50 000 części rocznie), wymagań dotyczących tolerancji (dyktuje klasę precyzji systemu prowadnic) oraz tego, czy operacje można skonsolidować z oddzielnych matryc. Inżynierowie powinni obliczyć całkowite skoki w całym okresie eksploatacji, określić tolerancje krytyczne, ocenić, czy część może pozostać na pasku nośnym lub czy wymaga przenoszenia, a także ocenić możliwości konserwacji. W przypadku złożonych-kompromisów obejmujących optymalizację prześwitu, przepływ materiałów i dobór komponentów, konsultacja z doświadczonymi partnerami w zakresie narzędzi, takimi jak YICHEN (https://www.yichen-group.com/stamping-die/), może przyspieszyć podejmowanie-decyzji.