Створення штампа для тиснення, який витримає мільйони ударів

Що насправді включає виготовлення штампу для штампування

Кожен металевий кронштейн у вашому автомобілі, кожен роз’єм у вашому телефоні та кожна панель у вашому холодильнику почалися всередині штампа для штампування. Ці точні інструменти відповідають заперетворення плоского листового металу в функціональні компонентизі швидкістю, з якою не може зрівнятися жоден інший метод формування. Але що насправді таке штампування металу, і що потрібно для створення інструменту, за допомогою якого це відбувається?

Що таке штампувальна матриця

Штампувальна матриця – це прецизійний інструмент, що складається з двох половинок - верхньої та нижньої частини -, встановлених усередині преса для різання, згинання, формування або витягування листового металу в певну форму за допомогою контрольованої сили.

Це визначення штампування охоплює основи, але реальність є глибшою. Під час кожного циклу пресування матриця виконує чотири основні функції: фіксує матеріал, затискає його на місці, надає йому форму та випускає готову деталь. На «робочій» фазі додається - вартість за допомогою різання, згинання, проколювання, тиснення, формування, малювання, розтягування, карбування та екструдування. Створення матриці для штампування означає об’єднання всіх цих дій в єдиний повторюваний інструмент, який може витримати мільйони циклів пресування.

Любитель проти професійного виготовлення штампів

Існує велика прірва між штампуванням проектів своїми руками та професійною роботою в інструментальному кабінеті. Любитель може сформувати простий пуансон і блок матриці за допомогою свердлильного преса, ручної фрези та настільної шліфувальної машини. Цей підхід працює для мало{2}}ремісничих проектів або прототипів із великими допусками.

Професійне виготовлення штампів – це зовсім інша дисципліна. Інструментальні цехи покладаються на фрезерні верстати з ЧПК для складних профілів порожнин, дротяну електроелектронну форму для вузьких-допусків, шліфувальні машини для площинності до мікронів і координатно-вимірювальні машини для перевірки кожного розміру. Різниця між цими двома світами зводиться до повторюваності - професійний штамп повинен виготовляти ідентичні деталі зі швидкістю сотні ходів за хвилину без відхилень.

Чому точність важлива при конструюванні штампу

Такі галузі промисловості, як автомобілебудування, електроніка та побутова техніка, залежать від металевих штампувальних штампів для дотримання допусків, завдяки яким вузли з’єднуються між собою в мільйонах одиниць. Клема роз’єму, яка на 0,05 мм не відповідає специфікації, спричиняє електричні збої. Панель кузова з нерівною глибиною малювання створює видимі хвилі після фарби. Що є основою у виробництві, як не основою, на якій базується кожен наступний стандарт якості?

Ця стаття охоплює повний життєвий цикл виготовлення штампа для штампування - від вибору правильного типу штампа та розробки макетів стрічки до механічної обробки, термічної обробки та остаточної перевірки на пресі. Наразі жоден посібник не проходить послідовно кожен етап, і ця прогалина змушує інженерів збирати фрагменти з кількох джерел. Подальші розділи закривають цю прогалину, починаючи з того, як вибрати правильну архітектуру матриці для конкретної деталі та обсягу виробництва.

Вибір правильного типу матриці для вашого проекту

Вибір правильної архітектури матриці є першим справжнім інженерним рішенням у будь-якому проекті штампування. Вибір визначає вартість інструментів, тривалість циклу, якість деталей і кількість операцій, які можна об’єднати в одну установку преса. Подумайте про це так: ви не використовували б прогресивну матрицю для 500 прототипів і не запускали б мільйон автомобільних кронштейнів через один-інструмент станції. Підбір типів штампів для ваших конкретних виробничих цілей запобігає марній витраті бюджету та вузьким місцям у виробництві.

Одинарні-станційні та складені матриці

Одна-станційна матриця виконує одну операцію за хід пресування - заготовку, прокол або один згин. Процес штампування простий: матеріал входить, формується одна деталь, частина виходить. Ця простота призводить до низьких витрат на інструменти (зазвичай на 50–70% менше, ніж у прогресивних інструментів) і швидкого виконання робіт, що робить одно-станційні матриці практичними для пілотних проектів, інженерних зразків або нестандартних деталей із великими допусками.

Складні штампи підвищують планку, виконуючи кілька операцій різання одночасно одним рухом. Уявіть собі, що ви закриваєте зовнішній профіль і одночасно проколюєте внутрішні отвори - це те, що забезпечує складна матриця. Оскільки для обох операцій використовується однаковий цикл пресування, концентричність між функціями значно покращується, а час виробництва скорочується на 25–30% порівняно з виконанням кожної операції окремо. Компроміс полягає в тому, що складні матриці найкраще підходять для відносно плоских деталей, як правило, менше 150 мм у діаметрі, де всі операції відбуваються в одній площині.

Прогресивні матриці для великих-запусків

Коли обсяги виробництва досягають сотень тисяч або мільйонів, прогресивні матриці стають робочою конячкою. Стрічка проходить через серію станцій, кожна з яких виконує певну операцію - проколювання, надрізання, формування, згинання -, доки готова деталь не відокремиться на кінцевій станції. Інженерна логіка проста: усунувши обробку деталей між операціями, ви скорочуєте витрати на оплату праці до 40% і досягаєте частоти циклів, якої не досягають налаштування однієї-станції.

Штампи автомобільнічасто будуються як прогресивні інструменти саме з цієї причини. З’єднувачі, кронштейни, теплозахисні екрани та структурні затискачі — усе це виграє від високої пропускної здатності та щільного зчеплення-{2}}станцій, які забезпечують прогресивні матриці. Більші початкові інвестиції швидко окупаються, коли вартість-деталі важить більше, ніж вартість інструменту.

Трансферні матриці та коли вони перевершують прогресивні інструменти

Трансферне тиснення використовує механічні захвати або пальці для переміщення окремих заготовок між незалежними станціями. На відміну від прогресивних штампів, тут немає безперервної смуги, що з’єднує деталь через інструмент. Це дає особливу перевагу матрицям для перенесення деталей, які потребують глибокої витяжки, великих розмірів або складного три{2}}вимірного формування, яке було б непрактичним на смузі.

У автомобільному штампуванні великі структурні компоненти та панелі кузова часто працюють у штампах для перенесення, оскільки геометрія деталей вимагає незалежності від станції. Кожна станція може розмістити спеціальну операцію формування без обмежень транспортного полотна. Матриці для перенесення також зменшують відходи матеріалу, оскільки немає скелета з’єднувальної смуги, щоб відкинути - суттєву економію коштів під час використання дорогих сплавів або товстого-заготовки.

Рішення між прогресивним і трансферним зрештою зводиться до геометрії деталей і використання матеріалу. Якщо деталь залишається з’єднаною зі смугою без спотворень, прогресив виграє за швидкістю. Якщо деталі потрібно вільно переміщатися між важкими операціями формування, штампування перенесенням забезпечує кращі результати з меншою кількістю компромісів у якості. Відповідність типу матриці цим реаліям – це те, що відрізняє ефективні матриці для штампування від інструментів, які борються з власним дизайном.

Компоненти матриці для штампування та їх взаємодія

Вибір правильного типу матриці визначає архітектуру, але продуктивність залежить від окремих компонентів матриці для штампування, які заповнюють цю архітектуру. Кожна деталь всередині інструмента має завдання - знайти, вирізати, сформувати, зачистити або спрямувати -, і коли один елемент не відповідає специфікації, страждає вся система. Розуміння того, що робить кожна частина та як вони взаємодіють, — це те, що відрізняє надійний штамп для листового металу від того, який виробляє брухт після кількох тисяч ударів.

Ось основні компоненти для штампування, які містяться в більшості штампів і вузлів для штампування:

• Штамповані черевики (верхня та нижня пластини)- Структурна основа, яка утримує всі інші компоненти у вирівняності.
• Блок матриці (порожнина)- Блок із загартованої сталі, що містить ріжучий або формувальний профіль, який приймає пуансон.
• Пробивна пластина- Утримує та розташовує окремі пуансони в точних місцях відносно блоку матриці.
• Підкладка- Загартована пластина за пластиною перфоратора, яка запобігає врізанню головок пуансона в м’який черевик під час повторних ударів.
• Напрямні штифти та втулки- Вирівняйте верхню та нижню половини з точністю в межах допуску 0,0001 дюйма, забезпечуючи послідовну реєстрацію штриха за штрихом.
• Знімальна пластина- Утримує заготовку рівно та знімає матеріал з пуансонів під час зворотного ходу.
• Пружинні системи- Забезпечте контрольовану силу для зачистки, приведення в дію притискної пластини та затискання матеріалу.
• Пілоти- Точні штифти, які входять у попередньо пробиті отвори, щоб точно розмістити смугу на кожній станції.
• Кріплення та дюбеля- Закріпіть і точно розташуйте всі пластини відносно одна одної, запобігаючи зсуву під навантаженням.

Верхній і нижній башмак матриці в зборі

Башмаки матриці утворюють скелет всього інструменту. Верхній башмак кріпиться до штока преса, нижній башмак кріпиться болтами до станини преса, а напрямні стійки з’єднують дві половини для підтримки вирівнювання протягом мільйонів циклів. Ви можете або придбати стандартний набір матриць - попередньо-механічної збірки башмаків, напрямних стовпів і втулок, створених за розмірами в каталозі -, або розробити індивідуальну структуру матриці з нуля.

Стандартні набори штампів, наприклад, від таких постачальників, як Anchor Danly, пропонують взаємозамінні компоненти та швидку доставку. Вони добре підходять для звичайних операцій штампування, де розміри деталей і потужність преса відповідають стандартним діапазонам. Спеціальні-конструкції стають необхідними, коли матриця потребує не-стандартної конфігурації напрямної стійки, великої площі чи надзвичайної точності -, наприклад, матриці для штампування тонких-матеріалів менше 0,010 дюйма або працюють понад 200 ходів за хвилину.

Економіка проста. Виготовлення штампів у-дому об’єднує високо-вартісні верстати з ЧПК із відносно низькою-прибутковістю. Для більшості магазинів придбання стандартного набору та його механічна обробка відповідно до ваших конкретних деталей економить час і кошти порівняно з виготовленням із сирої плити.

Взаємозв’язки пуансона, блоку матриці та зазору

Взаємозв’язок між пуансоном і блоком матриці – це те, де визначається якість різання. Коли пуансон опускається в отвір матриці, матеріал зрізається уздовж вузьких смуг як на краю пуансона, так і на краю матриці. Зазор між цими двома ріжучими кромками - зазор - визначає, чи ви отримаєте чисту деталь чи брак.

Для сталевих заготовок рекомендований зазор становить 5-10% товщини матеріалу на кожну сторону. Наприклад, сталевий лист товщиною 1,0 мм потребує приблизно від 0,05 до 0,10 мм простору між краєм пуансона та краєм кнопки матриці з кожного боку. Theточний відсоток залежить від твердості заготовки та міцності на розрив- більш м’які матеріали, як-от алюміній, знаходяться на нижньому рівні, а високо{1}}сталь — на 10% або вище.

Зробіть це неправильно, і з’являться три проблеми:

• Занадто малий просвіт- Надмірна сила зсуву прискорює зношування пуансона, виділяє тепло та може відразу зламати інструмент.
• Занадто великий просвіт- Матеріал згинається, а не зрізається, утворюючи сильні задирки та перекидання на краях деталей.
• Нерівномірний просвіт- Невідповідність між пуансоном і блоком матриці створює конічні надрізи та неоднакову висоту задирок, що призводить до передчасного зносу однієї сторони інструменту.

Належний зазор також зменшує зусилля, необхідне для зрізання заготовки, що знижує споживання енергії пресом і збільшує інтервали між повторним шліфуванням штампів. У штампах для штампування металу, призначених для-виробництва великих обсягів, навіть відхилення на 1-2% від оптимального зазору може скоротити термін служби інструменту на 30% або більше.

Знімачі та пружинні системи

Після того, як пуансон проникає в заготовку, матеріал захоплює пуансон на зворотному ході. Без знімача аркуш піднімається разом із пуансоном, неправильно подається на наступній станції та заклинює інструмент. Знімачі вирішують це, утримуючи матеріал плоскою поверхнею матриці, поки пуансон відтягується вгору.

Для штампування листового металу існує два основних типи. Фіксовані знімачі жорстко закріплені болтами з зазором, обробленим для очищення матеріалу - простий, міцний, але не забезпечує тиску вниз. Підпружинені знімачі притискають матеріал до того, як пуансон торкнеться його, і підтримують тиск протягом усього ходу, покращуючи якість різання та площинність деталі.

Пружини, що рухають ці знімачі, бувають двох форм. Механічні пружини - кольору-кодовані спіральні котушки - є стандартним вибором для помірних навантажень. Азотні газові пружини забезпечують більшу силу в меншій упаковці та забезпечують стабільніший тиск по всьому ходу, що робить їх кращими для операцій глибокого формування та витягування, де рівномірна сила утримання заготовки є критичною.

Вибір правильного попереднього натягу пружини та ходу мають значення. Недовантажені пружини дозволяють матеріалу підніматися під час штампування, створюючи задирки та витягування слимака. Перевантажені пружини витрачають тоннаж преса і прискорюють втому. Пружинна система має збалансувати силу зачищення із загальною доступною потужністю преса - розрахунок, який безпосередньо пов’язаний із кількістю активних станцій і сумарним периметром різання для всіх пуансонів в інструменті.

Кожен із цих компонентів виготовляється зі спеціальної інструментальної сталі, обробляється з жорсткими допусками, а потім загартується, щоб витримати повторювані ударні навантаження, яких вимагає виробниче штампування. Від вибору сталі - та способів її обробки - в кінцевому підсумку залежить, чи витримає матриця цільовий термін служби чи передчасно зношується.

Вибір штампованої сталі та матеріалів для довговічності

Матриця, виготовлена ​​з невідповідної марки сталі, — це матриця з терміном придатності, вибитим на ньому з першого дня. Геометрія може бути ідеальною, зазори набрані, а схема смуги оптимізована -, але якщо інструментальна сталь не витримує навантажень, температур і стирання, вона стикається з кожним ударом, передчасний знос або катастрофічне розтріскування призведе до зупинки виробництва. Правильний вибір матеріалів для штампування металу не є другорядним рішенням. Це найважливіший фактор, який визначає, чи виживе кубик після 50 000 ударів чи 5 000 000.

Проблема полягає в тому, що жодна марка сталі не впорається з будь-якою ситуацією. Штампування з нержавіючої сталі для вирубного пуансона потребує надзвичайної зносостійкості, тоді як станція формування, що витягує алюмінієві штампування, надає перевагу міцності та обробці поверхні, а не твердості. Вам потрібно зіставити сталь одночасно з трьома змінними: матеріалом заготовки, типом операції та очікуваним обсягом виробництва.

Марки інструментальної сталі для різних матеріалів заготовок

П'ять марок інструментальної сталі охоплюють більшість застосувань штампів. Кожен з них займає різну позицію в спектрі твердості-проти-міцності, і розуміння того, де кожен з них перевершує, запобігає дорогим невідповідностям.

D2це робоча конячка конструкції штампу. Його високий вміст хрому (приблизно 12%) створює рясні карбідні структури, які протистоять абразивному зносу. D2 забезпечує тривалий термін служби за помірну ціну для операцій штампування з м’якої та середньовуглецевої -вуглецевої сталі. Компроміс? Ті самі великі карбідні резервуари, які підвищують зносостійкість, знижують ударну в'язкість. Пуансони D2 з тонким поперечним-перерізом або гострими кутами схильні до відколів під сильними ударними навантаженнями.

A2пропонує більш пробачливу альтернативу. Це сталь, що гартується на повітрі-, має кращу стабільність розмірів під час термічної обробки, ніж D2, і витримує помірний удар без розтріскування. Для цехів із середнім{4}}серійним виробництвом - приблизно від 100 000 до 1 000 000 деталей - A2 забезпечує економічний баланс між продуктивністю та ціною. Він легше обробляється перед затвердінням і менше деформується після, що скорочує час остаточного шліфування.

S7знаходиться на кінці спектру міцності. Коли матриця виконує важке формування, глибоке згинання або будь-яку операцію, де домінує раптове ударне навантаження, S7 поглинає енергію удару без руйнування. Формувальні станції, які формують товсту-сталь або високо-міцні сплави, часто вказують на S7, оскільки він протистоїть типу розтріскування, яке може знищити твердішу та крихкішу марку. Жертва полягає в довговічності - S7 зношується швидше, ніж D2 в абразивних умовах, і зазвичай потребує частішого повторного шліфування.

Швидкорізальна сталь M2-забезпечує надзвичайну твердість (до 65 HRC) і зберігає свою ріжучу кромку навіть при підвищених температурах. Для операцій проколювання, що виконуються з високою частотою ходу, або під час різання передової високоміцної-сталі та інших абразивних заготовок, M2 значно перевершує звичайну-сталь для холодної обробки. Надбавка до вартості є значною, тому M2 має тенденцію виглядати як окремі вставки пуансона, а не повні блоки матриці.

DC53це модифікована холодна -сталь, розроблена для усунення основної слабкості D2. Він досягає подібної твердості (60–62 HRC) із приблизно удвічі більшою міцністю, ніж стандарт D2, завдяки більш тонкому та більш рівномірному розподілу карбіду. Для штампування товстої-сталі або високо-міцних матеріалів, де мають значення як зносостійкість, так і стійкість до ударів, DC53 заповнює проміжок, який залишають D2 і S7 між ними.

Матеріал заготовки визначає велику частину логіки вибору. Штампування м’яких матеріалів, таких як алюміній, потребує меншої зносостійкості, але вимагає відмінної обробки поверхні, щоб запобігти задиранням - Операції штампування металевого алюмінію часто виграють від полірованої сталі A2 або інструментальної сталі з покриттям, а не необробленої D2. Штампування з нержавіючої сталі є протилежною крайністю: матеріал абразивний, швидко-твердіє та виділяє значну кількість тепла, що вимагає високо-хромистої або швидко-швидкісної сталі з міцним поверхневим покриттям. Штампована сталь з м’яким вмістом-вуглецю займає середину, де D2 без проблем справляється з переважною більшістю штампованих робіт і робіт по проколюванню.

Альтернативи карбіду та порошкової металургії

Коли обсяги виробництва досягають мільйонів або коли матеріал заготовки особливо абразивний, звичайна інструментальна сталь досягає своїх практичних меж. Саме тут на сцену з’являються карбідні та порошково-металургійні (ПМ) сталі.

Пластини з карбіду вольфраму забезпечують зносостійкість, що подовжує термін служби матриці на 500–1000% порівняно з традиційними інструментальними сталями в певних випадках. Вони чудово справляються з тонким обробленням, точним проколюванням товстих матеріалів і будь-якою станцією, де отвір пуансона або матриці зазнає постійного абразивного контакту. Заковика полягає в крихкості - карбід не витримує бічних навантажень, зміщень або сильних ударів. Твердосплавна вставка в станції з поганою опорою миттєво зламається там, де D2 просто зношується.

Сталі порошкової металургії, такі як ASP-60, CPM-10V і Vanadis 4 Extra, доповнюють розрив між звичайними інструментальними сталями та карбідом. Виробничий процес PM дає надзвичайно тонкий, рівномірний розподіл карбіду по всій сталевій матриці, що усуває великі резервуари карбіду, які зустрічаються у звичайних марках лиття. Результатом є матеріал, який поєднує в собі зносостійкість, близьку до карбіду, зі значно кращою в’язкістю, ніж у твердого сплаву. Сталь PM часто вказується для прогресивних штампових станцій, які обробляють нержавіючу сталь або сучасні високоміцні матеріали з обсягами виробництва, що перевищують один мільйон ударів.

Для штампування алюмінію в дуже великих обсягах PM-сталі з полірованими та покритими поверхнями одночасно вирішують проблеми зношування та задирання. Тонка мікроструктура наносить дзеркальний полір більш рівномірно, ніж D2, а покриття краще зчіплюються з більш гладкою підкладкою, створюючи поверхню, яка протистоїть захопленню матеріалу навіть без сильного змащення.

Компроміси між ціною та життям

Уявіть, що ви пропонуєте роботу, яка потребує 200 000 штампованих алюмінієвих деталей на рік. Чи має сенс вказувати вставки M2 і твердосплавні кнопки на кожній станції? Напевно ні. A2 із покриттям TiN справляється з таким об’ємом і типом роботи за незначну частину вартості матеріалу та обробки.

Рамка прийняття рішень зводиться до порогових значень обсягу виробництва:

• Менше 100 000 деталей- A2 або еквівалентна-сталь загального призначення. Матриця, швидше за все, вийде з експлуатації, перш ніж знос стане критичним, тому оплата за преміальні класи витрачає бюджет.
• Від 100 000 до 1 000 000 частин- D2 або DC53 для станцій різання; S7 для формування станцій. Це діапазон обсягів, у якому вибір інструментальної сталі починає приносити дивіденди завдяки зменшеній частоті повторного шліфування.
• Понад 1 000 000 деталей- Сталь M2 або PM для -швидких зношуваних пуансонів, твердосплавні вставки для найбільш абразивних станцій і покриття поверхні по всій дошці. Вищі початкові витрати окупаються меншою кількістю змін штампу, меншим часом простою та стабільнішою якістю деталей протягом усього виробничого циклу.

Вартість також залежить від оброблюваності. Більш тверді, більш леговані сталі займають більше часу для обробки, вимагають дорожчого часу електроерозійної обробки дротом і вимагають суворішого контролю під час термічної обробки. Оздоблення штампувального блоку D2 коштує дорожче, ніж блоку A2 того самого розміру - не лише за ціною сировини, але й на кожному наступному етапі виробництва. Якщо взяти до уваги деформацію при термічній обробці, припуски на кінцеве шліфування та ризик утворення тріщин під час загартування, справжня різниця у вартості між марками збільшується за межі лише фактури сталі.

Найрозумніший підхід — змішувати оцінки в одному кубику. Використовуйте сталь преміум-класу лише там, де це виправдовують вимоги до зносу чи удару - як правило, для різальних пуансонів, штампових кнопок і формувальних вставок - під час створення опорної конструкції з менш дорогих листів, як-от AISI 4140 або 1045, -оброблених до 28–32 HRC. Ця стратегія дозволяє керувати загальними витратами на інструменти, зосереджуючи продуктивність там, де це найважливіше.

Вибір сталі визначає потенційний термін служби інструменту, але досягнення цього потенціалу залежить від того, як ці сталеві компоненти отримують форму, загартування та обробку. Процеси обробки, які перетворюють необроблену інструментальну сталь на точну геометрію матриці -, і послідовність, у якій вони відбуваються -, визначають, чи справді матеріал забезпечує продуктивність, яку обіцяє його клас.

Проектування матриці за допомогою CAD CAM і моделювання

Вибір правильної сталі є цінним, лише якщо геометрія матриці справді виробляє якісну деталь. На етапі проектування необроблений задум - готова деталь на кресленні - перетворюється на набір інструкцій з обробки, які формуватимуть кожен пуансон, блок матриці та формувальну вставку. Сучасний дизайн штампів базується на програмному забезпеченні CAD/CAM і моделюванні кінцевих елементів, щоб зробити цей переклад точним, передбачуваним і набагато менш залежним від проб-і-помилок у пресі.

Уявіть собі, що ви намагаєтесь у своїй голові створити послідовність дванадцяти станцій формування, враховуючи розтягнення матеріалу, пружину-назад і перешкоди між сусідніми ударами. Це проблема, яку технологія штампування вирішує цифровим способом, перш ніж окремий блок інструментальної сталі буде затиснутий на машині. Наведений нижче робочий процес описує, як професійні інструментальні цехи переходять від геометрії деталей до готових-моделей штампів.

1. Аналіз частини- Імпортуйте готову модель деталі та оцініть геометрію щодо ризиків формоутворення: глибокі малюнки, гострі радіуси, тонкі стінки та елементи, близькі до країв.
2. Планування процесу- Вирішіть, які операції потрібні (проколювання, насічення, формування, обрізання, карбування) і призначте їх категоріям на основі обмежень послідовності.
3. Розробка макета стрічки- Визначте орієнтацію частини, відстань кроку, тип носія та використання матеріалу на смузі котушки.
4. Секвенування станцій- Призначте кожну операцію певній станції, збалансовуючи сили на матриці та дотримуючись правил формування-перед-обрізанням.
5. Пружинна-компенсація- Відрегулюйте геометрію формувального інструмента, щоб виконати-вигин або-форму, щоб деталь розслабилася, набуваючи заплановану форму після розвантаження.
6. Перевірка перешкод і руху- Переконайтеся, що під час циклу пресування немає зіткнень пуансонів, знімачів, підйомників або формованих елементів.
7. CAE моделювання- Виконайте аналіз здатності до формування, щоб передбачити потоншення, зморшки, розколювання та-пружність перед початком будь-якої обробки.
8. Ітерація дизайну- Переглядайте геометрію станції та макет смуги на основі результатів моделювання, доки всі станції формування не пройдуть критерії прийнятності.
9. Остаточний випуск моделі матриці- Створюйте повну тривимірну збірку штампів із допусками, вимітками матеріалів і готовою геометрією обробки CAM-.

Макет стрічки та послідовність станцій

Розташування стрічки — це план, який визначає, як матеріал котушки рухається через матрицю. Будь-яке рішення тут - щодо орієнтації деталі відносно напрямку зерна, відстані між станціями, ширини несучої частини та розмірів брухту - безпосередньо впливає на використання матеріалу, баланс сил і якість деталей протягом мільйонів циклів.

Практична порада щодо дизайну штампування листового металу: орієнтуйте деталь так, щоб вигин відбувався перпендикулярно напрямку прокатки, коли це можливо. Вигин разом із зерном створює більший ризик розтріскування, особливо у -високоміцних матеріалах. Поворот деталі навіть на 45 градусів відносно напрямку подачі стрічки може значно покращити пластичність при згині, хоча це може зменшити використання матеріалу на кілька відсотків.

Послідовність станцій дотримується загальної логіки, згідно з якою проколювання та надрізи відбуваються рано -, поки смуга все ще плоска та стабільна за розмірами -, після чого слідують операції формування та згинання на середніх станціях з остаточним обрізанням і відрізанням на кінці. Цей порядок запобігає спотворенню сформованими елементами раніше пробитих отворів і зберігає смужку достатньо плоскою, щоб пілоти могли точно її зареєструвати.

Балансування сил між станціями має більше значення, ніж усвідомлюють більшість інженерів. Якщо всі важкі операції штампування згруповані на одній стороні матриці, результуюче навантаження від-центру закручує циліндр преса та спричиняє нерівномірний знос напрямних компонентів. Хороша конструкція матриці для штампування металу розподіляє сили різання та формування симетрично навколо центральної лінії матриці або вводить неактивні станції для вирівнювання шляху навантаження.

Сучасне програмне забезпечення для проектування штампуLogopress DieDesign та подібні платформи CAD, автоматизує більшу частину цієї роботи з компонування. Дизайнери можуть перевірити кілька конфігурацій смуги в цифровому вигляді, порівняти відсоток використання матеріалу та візуалізувати, як поводиться смуга, коли вона подається через інструмент -, перш ніж приступити до остаточного розташування.

Симуляція CAE для формоутворення та пружинної-задньої частини

Звучить складно? Це -, і саме через цю складність моделювання CAE стало-необговорюваним у професійному дизайні штампування. Аналіз кінцевих елементів передбачає, що станеться з листовим металом на кожній станції: де він надмірно тоншає, де утворяться зморшки через напругу стиску, де виникнуть розколи та наскільки деталь відскочить назад після того, як інструмент відпустить її.

Прогноз-назад сам по собі виправдовує інвестиції в моделювання. Коли листовий метал згинається, пружне відновлення призводить до того, що матеріал частково розгинається після того, як пуансон відійде. Сума залежить від міцності матеріалу, радіуса вигину та товщини -, а для вдосконалених високоміцних сталей відхилення може перевищувати кілька градусів. якдослідження кінематичних моделей зміцненняпоказав, що для точного прогнозування-зворотного пружності потрібні дані про натяг-стиск і вимірювання модуля розвантаження, які виходять далеко за рамки основних карток матеріалів. Без цих даних результати моделювання значно відрізняються від-цехової реальності.

Практична вигода є значною. Кожна ітерація фізичного випробування на прогресивному штампі може коштувати від 5000 до 25 000 доларів США за час друку, вимірювання та доопрацювання. Цифрове виявлення проблеми з витонченням або зморшок - ще до того, як блок матриці буде оброблено -, усуває ці ітерації. Інструменти прогресивного моделювання штампів, такі як ProgSim, діють як віртуальні пробні преси, забезпечуючи результати формоутворення, включаючи автоматичну розробку заготовки та оптимізацію зусилля колодки-під час повного циклу пресування.

Професійні виробники матриць люблятьІЧЕНЬінтегруйте техніко-економічний аналіз і CAE-симуляцію безпосередньо на етапі проектування, перевіряючи формувальність і компенсацію-назад, перш ніж приступати до обробки. Цей повноцінний{2}}робочий процес - від моделювання до виробництва інструментів - представляє те, чого читачі повинні очікувати від спеціаліста-партнера, коли вирішують, чи будувати-вдома чи аутсорсингувати процес-до-випробування.

Одна з найкращих порад щодо дизайну штампування для інженерів, які не знайомі з симуляцією: почніть із-одноетапного техніко-економічного аналізу, перш ніж запускати повне поетапне моделювання. Однокрокові-розв’язувачі повертають готову деталь до порожнього за секунди, виділяючи проблемні області. Якщо одно{4}}результати виглядають прийнятними, перейдіть до обчислювально важчого поетапного аналізу, який послідовно моделює кожну станцію. Цей дво{6}}етапний підхід економить години часу розв’язувача на частинах, які чітко працюють -, і позначає проблемну геометрію, перш ніж ви витратите дні на детальний проект станції.

Від цифрової моделі до готових-програм

Коли моделювання підтверджує, що всі станції дають прийнятні результати, модель штампа перетворюється з інструменту проектування на виробничий документ. Програмування CAM витягує геометрію обробки безпосередньо з 3D-моделі штампа - траєкторії інструменту ЧПК для фрезерування блоків штампа, профілі EDM для пуансонів і отворів штампа та розміри шліфування для специфікацій площинності та паралельності.

Ця цифрова нитка має значення, оскільки усуває помилки інтерпретації. Та сама модель, яка була змодельована для формування, генерує код G-, який ріже сталь. Немає етапу перекладу вручну, коли програміст відтворює-геометрію з 2D-друку. Розміри, допуски та вимоги до обробки поверхні випливають безпосередньо з перевіреної моделі проекту в інструкції до машини.

Виготовлення прототипу металевого штампування - часто від 50 до 200 частин - зазвичай слідує за першою повною збіркою, щоб підтвердити, що фізичні частини відповідають прогнозам моделювання. Розбіжності між моделюванням і реальністю повертаються в модель, уточнюючи параметри матеріалу та граничні умови для майбутніх проектів. З часом ця петля зворотного зв’язку посилює кореляцію між цифровими прогнозами та результатами прес-залу, роблячи кожен наступний проект штампа швидшим і передбачуванішим.

Точність цього цифрового-перетворення-на фізичний значною мірою залежить від процесів обробки, які використовуються для вирізання, формування та обробки компонентів матриці. Фрезерування з ЧПК, електроерозійна обробка дротом і точне шліфування відіграють особливу роль -, і розуміння того, який процес обробляє ту функцію, пояснює, чому сучасне виготовлення штампів дає результати, які ніколи не могли б отримати ручні методи.

Механічна обробка та виготовлення компонентів матриці

Перевірена модель CAD і блок із загартованої інструментальної сталі сидять на протилежних кінцях виробничого зазору. Щоб усунути цю прогалину -, щоб перетворити цифрову геометрію на фізичний інструмент для штампування -, потрібна певна послідовність операцій обробки, кожну з яких вибирають відповідно до того, що вона виконує найкраще. Жоден процес не обробляє всі функції. ЧПУ фрезерування порожнин і профілів. Дротова електроерозійна машина вирізає отвори з точністю до мікрон-рівня. Поверхневе шліфування забезпечує площинність, яка утримує пластини паралельними під навантаженням. Разом ці процеси визначають сучасне виготовлення штампування та відокремлюють професійний металевий інструмент і штамп від майстерної імпровізації.

Ось типова послідовність обробки для побудови повної збірки матриці:

1. Чорнове фрезерування з ЧПУ- Видаліть об’ємний матеріал із блоків матриці, пуансонних пластин і башмаків з точністю до 0,5–1,0 мм від кінцевих розмірів.
2. Зняття стресу- Термічна релаксація залишкових напружень обробки перед фінішними операціями, щоб запобігти деформації пізніше.
3. Напів{0}}чистове фрезерування з ЧПУ- Наближіть профілі порожнин, кишені та елементи кріплення до остаточної геометрії, залишивши 0,1–0,2 мм для шліфування або електророз’ємної обробки.
4. Дротова електроерозія- Вирізання профілів пуансонів, отворів матриці та щільний{1}}допуск через-деталі до остаточних розмірів.
5. Грузило EDM- Створюйте складні тривимірні порожнини, ребра та сліпі деталі, до яких не може дістатися дріт.
6. Плоскошліфування- Досягніть рівності та паралельності на всіх сполучених поверхнях (башмаки, опорні пластини, знімні пластини).
7. Координатне або координатне шліфування- Завершіть точні отвори для направляючих штифтів, отворів під дюбелі та елементів розташування.
8. Полірування та верстатні роботи- Змішуйте переходи, знімайте гострі краї та завершуйте формування поверхонь до необхідних значень Ra.

Фрезерні блоки та пластини з ЧПУ

Фрезерування з ЧПУ обробляє більшість видалення матеріалу під час виготовлення інструментів для штампування та матриць. Трьо-верстати обробляють порожнини штампових блоків, рельєфи кишень і контури пластин із твердих заготовок інструментальної сталі. Для складних тривимірних формованих поверхонь - пуансони, кулачкові драйвери та фасонні вставки матриці - п’яти-осьове фрезерування досягає підрізів і складених кутів за одну установку, усуваючи численні фіксатори та пов’язані з ними помилки вирівнювання.

Що робить фрезерування з ЧПК незамінним інструментом для штампування металу, так це повторюваність. Запрограмована траєкторія створює ідентичну геометрію на кожному блоку матриці, до якого вона торкається -, незалежно від того, вирізаєте ви одну порожнину чи двадцять змінних вставок протягом терміну служби інструменту. Відповідно доОбробні ресурси Xometry, типове промислове фрезерування з ЧПК досягає допусків від ±0,01 до ±0,05 мм залежно від можливостей машини та умов налаштування. Для компонентів штампу магазини зазвичай тримають ±0,02 мм на фрезерованих профілях, з більш жорсткими елементами, залишеними для EDM.

Швидкість подачі та стратегії різання різко відрізняються між чорновою та чистовою обробкою. Чорнова обробка надає пріоритет швидкості зняття матеріалу - висока-торцеві фрези та трохоїдальні траєкторії інструменту швидко очищають сталь, керуючи теплом і навантаженням на інструмент. Для фінішних проходів використовуються менші кулькові-кінцеві або кутові-різці з-радіусом із зменшеним кроком-для досягнення висоти гребінця менше 5 мікрон на формувальних поверхнях. Поверхня, що залишається після обробки, часто йде безпосередньо на полірування для формування станцій або на шліфування для плоских контрольних поверхонь.

Дротова електроерозійна форма для профілів пуансонів і матриць

Коли допуски падають нижче того, що фрезерування може надійно утримувати - зазвичай нижче ±0,01 мм - дрот EDM бере на себе роботу. У цьому процесі використовується тонкий латунний дріт (зазвичай діаметром 0,20–0,25 мм) як електрод, який прорізає загартовану сталь електричними розрядами, а не механічною силою. Оскільки немає фізичного контакту між інструментом і заготівлею, дротяна ерозія забезпечує нульове зусилля різання і, отже, нульове відхилення або деформацію.

У додатках для штампування інструментів і штампів дротяна електророзійна машина обробляє функції, які визначають якість деталей: отвори для кнопок штампів, профілі наконечників пуансона та затискні конуси. Цей процес прорізає повністю загартовану сталь (60+ HRC) так само легко, як і відпалений матеріал -, що є критичною перевагою, оскільки багато компонентів матриці обробляються після термічної обробки, коли звичайні різці мають проблеми.

Дротяна електроерозійна обробка досягає таких жорстких допусків, як ±0,005 мм на профільних розрізах, з поверхневою обробкою, що досягає Ra 0,2 мкм після кількох проходів. Порівняння з посібником EDM від RapidDirect зазначає, що дротяна електрорізна машина може підтримувати точність близько 0,0001 дюйма (приблизно 0,0025 мм), що робить його вибором для функцій, де відстань від пуансона-до-матриці має бути в межах кількох мікрон на кожну сторону.

Sinker EDM доповнює дротову електроелектронну форму, обробляючи функції, через які дріт не має доступу до - глухих порожнин, складних тривимірних форм і внутрішніх кутів із радіусами, меншими за діаметр дроту. У машинній обробці штампування електроерозійна електророз’ємна пластина найчастіше з’являється при формуванні вставок зі складними-вигнутими поверхнями або на станціях карбування, де три{4}}вимірний електрод має відтворювати детальну геометрію в загартованій сталі. Компроміс полягає в швидкості: електроерозійний електророзвантажувач працює значно повільніше, ніж дріт, і вимагає спеціального електрода (зазвичай виготовленого з графіту або міді) для кожної унікальної порожнини.

Шліфування до кінцевих допусків

Кожна пластина в штампі для штампування - верхній черевик, нижній башмак, опорна пластина, пластина знімача - має бути рівною та паралельною настільки, що фрезерування не може гарантувати. Поверхневе шліфування видаляє останні кілька сотих міліметра з цих поверхонь, досягаючи допусків площинності до 0,005 мм по всій пластині та паралельності в межах 0,01 мм між протилежними гранями. якНотатки AB Precision Grinding, для підтримки цих геометричних допусків потрібні шліфувальні верстати -з ЧПК із суб-мікронною точністю та регулярним правленням дисків для збереження відповідності розмірів.

Вимоги до обробки поверхні залежать від функції. Отвори матриці та формувальні поверхні -, де листовий метал ковзає під тиском -, потребують тонкої обробки в діапазоні Ra від 0,2 до 0,8 мкм, щоб зменшити опір, запобігти задиранням і мінімізувати захоплення матеріалу заготовки. Не-функціональні поверхні, такі як монтажні накладки та пружинні гнізда, потребують лише еталонної площинності та можуть витримувати значення Ra 1,6 мкм або більше.

Координатне шліфування обробляє прецизійні отвори, які встановлюють напрямні штифти, дюбелі та елементи вирівнювання. Ці отвори мають підтримувати точність розташування в межах 0,005 мм і округлість у межах 0,002 мм, щоб забезпечити повторюване вирівнювання верхнього--нижнього за мільйони натискань. Координатно-шліфувальні верстати інтерполюють кругові траєкторії за допомогою алмазних або CBN кругів, створюючи геометрію отвору, яка вдавлює-штифти та втулки без зазору чи хитання.

Покладення на промислове штампування металу - CNC, EDM і точне шліфування - — це те, що відрізняє професійне виготовлення штампів від спрощених підходів. Ручна підгонка за допомогою напилків і ручних каменів може створити працездатний прототип, але він не може забезпечити геометричну точність або консистенцію поверхні, яких вимагає виробництво. Професійний цех по виготовленню металевих інструментів і штампів виконує послідовність цих процесів таким чином, щоб кожна операція спиралася на точність попередньої, завершуючись компонентами, які збираються з мінімальним ручним регулюванням.

Механічна обробка надає кожному компоненту остаточну форму, але сталь все ще залишається у відносно м’якому стані протягом більшої частини цієї роботи. Що відбувається далі - загартування, відпустка та обробка поверхні - назавжди фіксує цю геометрію та визначає, наскільки добре матриця протистоїть зношенню, коли вона починає поглинати повторювані удари виробничого штампування.

Процедури термічної обробки та обробки поверхні

Оброблені компоненти матриці виглядають закінченими - профілі розрізані, поверхні відшліфовані, отвори розташовані -, але на цьому етапі сталь все ще відносно м’яка. Більшість інструментальних сталей поставляються в відпаленому стані близько 20 HRC, який легко різати, але не настільки твердий, щоб витримати виробниче штампування. Термічна обробка заповнює цю щілину, перетворюючи м’який ферит на тверду мартенситну структуру, яка протистоїть зносу, деформації та втомі протягом мільйонів циклів пресування. Відповідно доСхідний інструмент і штампуванняТермічна обробка зазвичай становить менше 10% від загальної вартості інструменту, але може бути найважливішим фактором у визначенні його продуктивності.

Процес не прощає. Пропустіть крок, поспішіть з охолодженням або виберіть неправильну температуру відпустки, і ви отримаєте тріснуті пуансони, деформовані блоки матриць або сталеві матриці для штампування, які зношуються за частку очікуваного терміну служби. Ось як працює кожен етап і чому точне штампування вимагає суворого контролю на кожному етапі.

Послідовність гартування та відпустки інструментальної сталі

Термічна обробка інструментальної сталі відбувається за фіксованою послідовністю: попередній нагрів, аустенітізація, загартування та відпустка. Кожен крок запускає певну металургійну трансформацію, від якої залежить наступний крок.

Попередній нагрівпоступово доводить сталь до проміжної температури - зазвичай від 1200 до 1250 градусів F (649 до 677 градусів) для D2 - перед остаточним підвищенням температури загартування. Інструментальні сталі мають низьку теплопровідність, тому стрибок прямо до 1850 градусів F ризикує термічним ударом. Якщо поверхня нагрівається набагато швидше, ніж серцевина, внутрішня напруга зростає, поки деталь не трісне. Попереднє нагрівання вирівнює поперечний{10}}переріз і забезпечує рівномірний перехід в аустеніт.

Аустенітизуючийрозчиняє леговані карбіди в сталевій матриці. Для D2 типовий діапазон становить від 1795 до 1875 градусів F (від 980 до 1025 градусів) із часом замочування від 45 до 60 хвилин на дюйм товщини. Занадто низька температура залишає карбіди не розчиненими, а твердість низькою. Занадто високий сприяє укрупненню зерна та надмірному залишковому аустеніту.

гасінняохолоджує аустеніт достатньо швидко для утворення мартенситу. D2 і A2 — це сталі, що -загартовуються на повітрі -. Контрольоване повітряне охолодження або загартування газом є достатнім і спричиняє менше спотворень, ніж загартування маслом або водою. Нижчі-марки сплавів, такі як S7, можуть вимагати більш агресивного охолодження. Сталь повинна досягти приблизно 125-150 градусів F перед початком гарту.

Загартовуваннязнімає надзвичайну внутрішню напругу свіжоутвореного мартенситу. Як-загартований D2 може досягати 64 HRC, але є небезпечно крихким. Подвійний відпуск при температурі від 900 до 960 градусів F (від 480 до 515 градусів) забезпечує твердість до практичних 58-60 HRC, одночасно покращуючи міцність і стабільність розмірів. Потрійний відпуск рекомендується для високо{12}}марки сплаву або коли максимальний контроль залишкового аустеніту є критичним - D2 у системах точного штампування часто отримує три цикли відпустки, оскільки його високий вміст хрому вловлює залишковий аустеніт, який перетворюється лише під час наступного охолодження. Кожен цикл має включати повне охолодження до кімнатної температури перед початком наступного загартування.

A2 поводиться інакше. Його нижчий вміст сплаву означає менше залишкового аустеніту після загартування, що означає більш передбачувану зміну розміру та кращу стабільність розмірів, ніж D2. Для цехів, яким потрібен суворий геометричний контроль без сюрпризів після -гартування, A2 є безпечнішим вибором - він вимагає менш агресивного кріогенного втручання та добре реагує на стандартну подвійну відпустку.

Управління зміною розмірів після термічної обробки

Будь-яка інструментальна сталь під час гартування росте. Структурна трансформація від аустеніту до мартенситу передбачає збільшення об’єму - зазвичай від 0,0005 до 0,002 дюйма на дюйм початкової довжини, залежно від сорту, температури аустенізації та методу гарту. Тому остаточне подрібнення відбувається після термообробки, а не раніше. Шліфування компонента до остаточного допуску в м’якому стані, а потім його загартування гарантує, що деталь буде занадто великою та деформованою, коли вона вийде з печі.

Практичний робочий процес послідовно виконує механічну та термічну обробку таким чином: чорнова машина в відпаленому стані, зняття напруги, напів{0}}фінішна машина, що залишає шліфувальний матеріал (зазвичай від 0,1 до 0,25 мм на поверхню), загартування та відпустка, а потім остаточне шліфування до кінцевих розмірів. Ця послідовність гарантує, що кожен критичний допуск - розміру отвору матриці, профілю пуансона, площинності, паралельності - встановлюється на загартованій частині, де вона залишатиметься в експлуатації.

Кріогенна обробка додає ще один інструмент для контролю залишкового аустеніту. Охолодження загартованої сталі приблизно до -196 градусів змушує залишковий аустеніт перетворюватися, що покращує стабільність розмірів під час експлуатації та запобігає неочікуваному зростанню з часом. Для високоточних металевих штампувальних штампів, які повинні підтримувати допуски протягом багатьох років виробництва, кріогенна обробка між циклами відпустки зменшує ризик поступового відхилення розміру, що викидає зазори за специфікацію.

Розтріскування-, спричинене дизайном, є ще однією небезпекою. Гострі внутрішні кути, глухі отвори та раптові зміни перетину зосереджують термічну напругу під час загартування. Інженери-інструменталісти повинні розробляти компоненти матриці з урахуванням термічної обробки -, додаючи щедрі радіуси, уникаючи різких змін товщини та орієнтуючи особливості для сприяння рівномірному охолодженню.

Поверхневі покриття, що подовжують термін служби матриці

Термо{0}}оброблена інструментальна сталь забезпечує основу твердості, але поверхневі покриття додають останній шар захисту, який значно подовжує термін служби -, особливо для матеріалів інструментів для штампування, які стикаються з абразивними або -схильними до адгезії металами заготовок. Адослідження, опубліковане в Micromachinesпродемонстрували, що покриття TiAlN PVD на штампах для штампування D2 збільшило інтервали відновлення з 80 000 циклів до приблизно 500 000 циклів - збільшення терміну служби перевищує 500%.

Вибір покриття залежить від матеріалу заготовки та основного механізму зношування:

• TiN (нітрид титану)- Покриття-загального призначення для штампування вуглецевої та холоднокатаної сталі. Твердість близько 2300 HV. Зменшує знос клею та забезпечує низьке-тертя золотої поверхні. Найкраще підходить для штампування та пробивання м’якої сталі при помірних обсягах.
• TiCN (карбонітрид титану)- Вища твердість, ніж TiN (приблизно 3000 HV) і краща стійкість до стирання. Підходить для штампування з нержавіючої сталі та високо{4}}міцних матеріалів, де домінує знос від ковзання.
• TiAlN (нітрид титану алюмінію)- Чудова продуктивність за підвищених температур завдяки утворенню оксиду алюмінію на поверхні під час використання. Дослідження PVD, процитоване вище, виміряло коефіцієнт тертя лише 0,18 для TiAlN проти 0,74 для сталі без покриття по жерсті. Ідеально підходить для високошвидкісних-операцій і штампування металу з нержавіючої сталі, де накопичення тепла прискорює зношування.
• Азотування- Процес дифузії, який зміцнює поверхневий шар до 65–70 HRC без додавання дискретного покриття. Створює жорсткий корпус глибиною від 0,1 до 0,3 мм. Добре працює на станціях формування та згинання, де адгезія покриття під дією деформаційного навантаження викликає занепокоєння.
• Тверде хромування- Низький коефіцієнт тертя та відмінні властивості розчеплення роблять хром ідеальним для витяжних штампів, де листовий метал має плавно ковзати великими радіусами без задирів. Зазвичай призначений для операцій штампування нержавіючої сталі та витягування алюмінію.

Одна інженерна деталь, яка збиває увагу менш досвідчених майстерень: температура відпуску основної сталі повинна перевищувати температуру осадження покриття. Покриття PVD наносяться при температурі приблизно від 400 до 500 градусів. Якщо матриця була загартована нижче цього діапазону, сам процес нанесення покриття надмірно-загартує основу, пом’якшуючи її та руйнуючи твердість, яку ви так важко досягли. Для D2 з подвійним-відпуском від 480 до 515 градусів стандартні температури нанесення PVD сумісні -, але це потрібно перевірити перед відправкою деталей до установки для нанесення покриттів.

Обробка поверхні є завершальним етапом перед складанням. Маючи під рукою загартовані, відшліфовані та покриті компоненти, матриця готова до з’єднання болтами для першого пробного запуску на пресі -, де справжній доказ кожного вибору матеріалу, кожного допуску та кожного рішення щодо термічної обробки виявляється в якості штампованих деталей, які він виготовляє.

Випробування штампа та усунення несправностей після складання

Кожне припущення щодо конструкції, вибір матеріалу та допуск до обробки перевіряються в той момент, коли матриця вперше закривається всередині штампувального пристрою. Випробування — це місце, де теорія зустрічається з металом - і де проблеми, які повністю не передбачила жодна симуляція, виявляються у формі задирок, розколів, зморшок або деталей, які не витримують розміру. Це також етап, який найчастіше замовчується в літературі про виготовлення штампу-, незважаючи на те, що він є найдорожчим і-важливим до часу етапом будь-якого проекту інструментів.

Як працює прес для штампування під час випробувань? Так само це працює на виробництві - штопор опускається, верхня матриця натискається на нижню, прикладається сила, і матеріал деформується або зрізається -, але зі зниженою швидкістю та з уважним спостереженням між кожним ударом. Мета полягає в тому, щоб привести матрицю від «першого контакту» до «готової-до виробництва» з якомога меншою кількістю ітерацій.

Налаштування матриці для перших пробних запусків

Перш ніж прес спрацює хоча б один раз, налаштування визначають, чи проходить випробування гладко, чи з самого початку бореться з проблемами вирівнювання. Ось послідовність, яку дотримуються досвідчені майстри інструментів, завантажуючи матрицю на прес для штампування для її початкового запуску:

1. Вибір преси та перевірка тоннажу- Переконайтеся, що прес має достатню вантажопідйомність (зазвичай на 20-30% перевищує розраховану силу різання та формування), достатню висоту закриття та площу станини, яка підтримує повну площу матриці без виступу.
2. Завантаження та затиск матриці- Підніміть матрицю на станину преса за допомогою крана або балки, відцентруйте її під штоком і надійно закріпіть нижній башмак. Закріпіть верхній башмак на штоку за допомогою T--шліцевих болтів або гідравлічних затискачів.
3. Регулювання висоти затвора- Встановіть висоту закриття преса так, щоб матриця закривалася в проектному положенні без дна. Використовуйте щупи або циферблатні індикатори між верхнім і нижнім черевиками в усіх чотирьох кутах, щоб перевірити рівномірне закриття.
4. Прокладки та перевірка вирівнювання- Покладіть м’який матеріал, як-от латунну прокладку, між поверхнями пуансона та отворами матриці, а потім повільно перетягніть прес. Шаблон відбитка показує, чи є вирівнювання рівномірним чи перекошеним. Нерівномірні відбитки вказують на те, що матриця потребує прокладки під однією стороною або що попереднє натяг направляючого штифта потребує регулювання.
5. Налаштування системи годівлі- Для прогресивних штампів протягніть котушку через пристрій подачі та встановіть час вивільнення пілотного механізму, довжину подачі та контроль петлі. Переконайтеся, що пілоти зачеплені чисто, не перетягуючи та не згинаючи смугу.
6. Перший удар на зниженій швидкості- Запустіть прес в однотактному-режимі зі зниженим тоннажем. Огляньте першу фігуру візуально, перш ніж переходити до послідовних ударів.

На додаткову увагу заслуговує крок шиммування. Навіть із точністю-відшліфованих башмаків штампів і напрямних стовпів, витриманих з точністю до мікронів, сам прес вводить змінні - паралельність штока, прогин балки під навантаженням і підвищення температури під час-розігріву — все це сприяє відхиленню від центрування. Прокладки компенсують комбінований пакет-допусків преса та матриці, який не може усунути жодна кількість верстата.

Вимірювання та оцінка штампованих деталей

Після того, як перші кілька ударів створюють видимі частини, вимірювання починається негайно. Ви не шукаєте досконалості на цьому етапі - ви визначаєте, які станції працюють правильно, а які потребують налаштування. Систематична оцінка виявляє проблеми завчасно, перш ніж вони поширюються на наступних станціях.

Для кожної металевої штампованої деталі, що виходить з пробного преса, оцініть за такими критеріями:

• Висота задирок- Вимірюйте мікрометром або оптичним компаратором. Прийнятна висота задирок для більшості застосувань становить менше 10% товщини матеріалу. Задирки, що перевищують цей поріг, вказують на проблеми з зазором або вирівнюванням.
• Точність розмірів- Перевірте положення отворів, відстань до країв, кути згину та загальний профіль на відбитку деталі за допомогою КІМ, висотомірів або оптичних вимірювальних систем.
• Стан поверхні- Перевірте, чи немає задирів, подряпин, слідів від штампу чи залипання матеріалу на сформованих поверхнях. Це вказує на проблеми змащення або недостатню обробку поверхні матриці.
• Весна-відхилення назад- Виміряйте кути згину та порівняйте з номінальними. Запишіть величину та напрямок відхилення, щоб визначити, наскільки необхідна корекція перевигину.
• Розрідження матеріалу- Для операцій витягування та розтягування виміряйте товщину стінки в критичних точках. Зрідження понад 20-25% початкової товщини сигналізує про ризик розколу під час виробництва.
• Плоскість і скручування- Помістіть деталі на поверхню пластини, щоб перевірити наявність вигину, скручування чи-маслоподібних плям, які виникають після виходу деталі з матриці.

Досвідчені виробники штампів запускають від п’яти до десяти послідовних деталей і порівнюють вимірювання в наборі. Випадково одна деталь може виглядати прийнятною, але коливання протягом короткого пробігу виявляють нестабільність - формувальну станцію, яка дрейфує, пілот, який не визначає постійно, або знімач, який випускає нерівномірно.

Штампування на швидкості виробництва вводить додаткові змінні, які-випробування на низькій швидкості не може відтворити. Теплове розширення, динамічний прогин і поведінка подачі стрічки змінюються на повній швидкості. Більшість графіків випробувань включають поступовий набір швидкості -, починаючи з 10-20 ударів на хвилину під час початкових ударів, збільшуючи до 50%, потім 75% і, нарешті, повну швидкість виробництва - з контрольними точками вимірювання на кожному етапі.

Усунення поширених проблем зі штампом

Навіть добре{0}}спроектовані матриці рідко виробляють ідеальні деталі з першого удару. Випробування — це в основному вправа з усунення несправностей, і знання зв’язку між симптомами та основними причинами заощаджує дні спроб-і-помилок. У наведеній нижче таблиці описано найпоширеніші проблеми, які виникають під час випробування друку марки, і виправлення, які їх усувають.

Витягування слимака, як зазначає вПокриття виробником проблем різання, є однією з найпоширеніших проблем під час операцій пірсингу. Коли слимак повертається разом із пуансоном, він може приземлитися на поверхню смуги та втиснутися в наступну деталь -, створюючи рельєфний дефект, який руйнує деталь і потенційно пошкоджує матрицю. Виправлення часто передбачає модифікацію геометрії кнопки матриці: заміну ступінчастих-рельєфних кнопок конічними матрицями, які зберігають позитивний контроль скупчення, або додавання кутового зсуву до поверхні пуансона, щоб порушити вакуум.

Кожне виправлення під час випробування має бути задокументовано разом із даними вимірювань, які його спонукали. Пізніше цей запис стане безцінним - як для відтворення налаштування після технічного обслуговування, так і для вдосконалення дизайну майбутніх штампів із подібними матеріалами та геометрією.

Графіки технічного обслуговування та повторного шліфування матриці

Випробування закінчується, коли матриця постійно виробляє деталі, що відповідають специфікаціям, із швидкістю виробництва. Але на цьому робота не припиняється. Машина для штампування, що працює зі швидкістю від 100 до 400 ударів на хвилину, піддає матрицю невпинним циклічним навантаженням, і навіть найтвердіші інструментальні сталі з часом деградують. Встановлення плану технічного обслуговування перед початком виробництва -, а не реакція на порушення якості - – це те, що відрізняє цехи, які досягають цільового терміну служби, від тих, які борються з постійними незапланованими простоями.

Практичний графік технічного обслуговування має багаторівневу структуру, засновану на кількості робочих ходів і вимірних показниках якості:

• Кожна зміна- Візуальна перевірка на наявність тріщин або сколів, накопичення стружки в отворах матриці, перевірка змащення та очищення шляху відходів. Ці швидкі перевірки займають кілька хвилин і виявляють помилки, перш ніж вони виникнуть каскадом.
• Кожні 50 000-100 000 ударів- Виміряйте висоту задирок, перевірте зазор напрямної, перевірте стан знімної пластини та перевірте силу пружини. Якщо висота задирок перевищує специфікацію, заплануйте повторне шліфування.
• Кожні 100 000-300 000 ударів- Повне обслуговування, включаючи повторне шліфування всіх ріжучих кромок, заміну зношених пружин, перевірку площинності пластини та перевірку вирівнювання матриці за допомогою індикаторів. Для ліній великого-об’єму або під час обробки матеріалів високої{3}}твердості скоротіть цей інтервал.
• При 70-80% очікуваного життя гинуть- Профілактичний капітальний ремонт. Повний демонтаж, перевірка розмірів усіх компонентів, що зношуються, заміна напрямних втулок і оцінка того, чи потребують критичні станції заміни вставок або оновлення покриття.

Повторне шліфування заслуговує на особливу увагу, оскільки воно безпосередньо впливає на тривалість служби матриці. Кожного разу, коли ріжуча кромка затуплюється понад прийнятний поріг задирок, поверхнева шліфувальна машина видаляє тонкий шар - зазвичай від 0,05 до 0,15 мм - з поверхні пуансона та матриці, щоб відновити гостроту. Блок матриці та пуансон повинні бути рівномірно відшліфовані, щоб підтримувати належну висоту закриття, а під пуансон необхідно додати прокладки, щоб компенсувати видалений матеріал.

Скільки перешліфувань може витримати матриця? Це залежить від оригінального дизайну. Більшість штампів включають додаткову висоту матеріалу -, вбудовану в пуансони та блоки штампів спеціально для повторного шліфування. Типовий загальний припуск коливається від 3 до 6 мм, що означає від 20 до 60 циклів повторного шліфування, перш ніж інструмент досягне межі розмірів і потребує заміни вставки або повного відновлення.

Моніторинг таких показників якості, як висота задирок, ширина смуги зрізу та тенденції зусилля (збільшення навантаження преса часто свідчить про затуплення) забезпечує-керовані даними тригери для обслуговування, а не покладається на довільні календарні графіки. Діаграми SPC, що відстежують критичні розміри в виробничих серіях, виявляють поступовий дрейф задовго до того, як деталі вийдуть за межі допуску -, що дає вам час для планування технічного обслуговування під час запланованого простою, а не зволікання після втрати якості.

Штамп, який успішно проходить випробування та надходить у виробництво з визначеним планом технічного обслуговування, є таким, що розрахований на повний термін служби. Але не в кожній організації є потужність преси, інструментальне обладнання чи досвідчений персонал, щоб керувати всім цим процесом усередині -, що викликає практичне питання про те, коли має сенс будувати-вдома чи співпрацювати зі спеціалістом, який займається повним життєвим циклом від техніко-економічного обґрунтування до підтримки виробництва.

Вирішуйте, чи створювати свій штамп, чи бути партнером

Попередні розділи охоплювали всі етапи створення штампу для штампування -, проектування, механічну обробку, термічну обробку та випробування. Виконання всіх цих етапів-власне потребує спеціального поєднання обладнання, досвіду та пропускної здатності, якими володіє не кожна організація. Рішення про створення-чи-купівлі залежить не лише від можливостей; це залежить від того, чи ваші внутрішні ресурси відповідають складності, часовому графіку та об’єму, який вимагає ваш проект.

Коли будувати-Будинок чи співпрацювати з Die Maker

Внутрішня конструкція металевого штампувального штампа має сенс за вузького набору умов. Якщо будь-який із цих критеріїв не досяжний для вас, партнерство стане більш надійним шляхом до-готового інструменту.

• Доступ до обладнання- Чи є у вас на місці фрезерування з ЧПК, електроерозійна обробка дроту, поверхневе шліфування та пробний прес достатньої потужності? Відсутність навіть однієї ланки вимагає дорогого аутсорсингу окремих етапів.
• Експертиза інструментального цеху- Досвідчені виробники штампів, які розуміють процес повного штампування металу - від макета стрічки до послідовності термічної обробки -, потребують років для розвитку. Команда без такої глибини витратить час на усунення проблем, які спеціаліст вирішує регулярно.
• Вимоги до обсягу та допуску- Невеликі- металеві штамповані деталі з великими допусками можуть терпіти ітераційний-власний підхід. Мас-компоненти для металевого штампування, які вимагають чітких характеристик і тривалого терміну служби матриці, вимагають точності, яку постійно забезпечують спеціальні інструментальні приміщення.
• Тиск часової шкали- Партнер із повним-сервісом виконує проектування, моделювання, обробку та випробування в паралельних робочих процесах. -власне будівництво зазвичай виконується послідовно, подовжуючи час виконання на тижні або місяці.
• Толерантність до ризику- Кожен цикл переробки під час випробування вимагає часу, праці та матеріалів. Партнери, які виробляють металеві штамповані деталі, регулярно поглинають цей ризик у межах своєї діяльності.

Чого очікувати від повного-постачальника штампів для штампування

Кваліфікований партнер із виробництва штампів охоплює весь життєвий цикл, про який йдеться в цій статті -, а не лише механічну обробку. Оцінюючи постачальників для проектів штампування металевих деталей, шукайте ці можливості під одним дахом:

• Аналіз техніко-економічного обґрунтування та зворотний зв’язок DFM перед використанням інструменту
• Внутрішнє-моделювання CAE перевіряє здатність до формування, стоншування та-пружності
• Повна можливість обробки (ЧПК, EDM, шліфування) із задокументованими допусками
• Контрольована термічна обробка та процеси покриття поверхні
• Пробна преса з вимірюванням і першим-звітом про перевірку товару
• Ітеративна підтримка - коригувань на основі пробних даних, поки деталі не відповідатимуть специфікаціям

ІЧЕНЬє одним із прикладів партнера, побудованого навколо цієї повної-моделі життєвого циклу, що охоплює техніко-економічне обґрунтування та моделювання CAE через механічну обробку, пробні запуски та перевірку розмірів -, надаючи виробникам єдину точку контакту від початкової концепції до перевірених виробничих інструментів. Для менеджерів із постачання та інженерів інструментів, готових вийти за рамки досліджень, їхня сторінка штампування служить прямим шляхом до запиту пропозицій щодо індивідуального проекту виробництва металевих штампів.

Перехід від дослідження до-готової специфікації RFQ

Коли ви досягаєте точки запиту пропозицій, якість вашої специфікації визначає якість відповідей, які ви отримуєте. Надійний пакет запитів пропозицій для штампів для металевого штампування на замовлення включає:

• 3D модель деталі та 2D креслення з виносками GD&T
• Тип матеріалу, товщина та сорт
• Річний обсяг і цільовий очікуваний термін експлуатації
• Критичні розміри та вимоги до обробки поверхні
• Будь-які другорядні операції (нарізка різьблення, покриття, складання)

Попереднє надання цієї інформації дає змогу постачальникам точно виставляти пропозиції, пропонувати правильний тип матриці та визначати потенційні труднощі у виробництві металевого штампування ще до початку інструментів -, а не виявляти їх під час випробування, коли зміни коштують найдорожче. Весь процес штампування металу виграє, коли інженерна розмова починається на ранній стадії та обидві сторони діляться повною інформацією з самого початку.

Поширені запитання про виготовлення матриці для штампування

1. Скільки часу займає виготовлення матриці для штампування?

Час виконання залежить від типу матриці та складності. Просту матрицю з одною- станцією можна створити за 2–4 тижні, тоді як складну матрицю зазвичай потрібно від 4 до 8 тижнів. Прогресивні матриці для-виробництва великого обсягу вимагають від 10 до 20 тижнів завдяки конструкції кількох-станцій, моделюванню CAE, точному механічному обробленню, термічній обробці та повторним випробуванням. Для великих або глибоко{12}}витягнутих деталей може знадобитися від 12 до 24 тижнів. Партнерство з-постачальником повних послуг, як-от YICHEN, може спростити часові рамки, запускаючи проектування, моделювання та обробку в паралельних робочих процесах.

2. Які матеріали використовуються для виготовлення штампів?

Штампувальні штампи в основному виготовляються з інструментальних сталей, вибраних відповідно до матеріалу заготовки та обсягу виробництва. Загальні марки включають D2 для-заготовки з високим{2}}зношуванням, A2 для-різання та формування загального-призначення, S7 для важких-навантажених станцій, M2 швидкорізальної-сталі для абразивних матеріалів і DC53 для товстої або високо{10}}міцної заготовки. Для екстремальних-застосувань, що перевищують кілька мільйонів ударів, вставки з карбіду вольфраму та сталі порошкової металургії, такі як CPM-10V, забезпечують підвищену зносостійкість. Для опорних конструкцій зазвичай використовується сталь AISI 4140 або 1045, термічно оброблена до 28-32 HRC.

3. Яка різниця між прогресивною матрицею та матрицею перенесення?

Поступова матриця утримує заготовку з’єднаною з безперервною смугою, яка подається через кілька станцій, причому кожна станція виконує певну операцію, доки готова деталь не відокремиться на кінцевій станції. Матриця для перенесення використовує механічні захвати для переміщення окремих заготовок між незалежними станціями без сполучної смуги. Прогресивні штампи відрізняються високо-швидкісним виготовленням менших, помірно складних деталей. Трансферні матриці краще підходять для великих деталей, глибокої витяжки або складного тривимірного формування, де деталь має вільно рухатися між важкими операціями формування. Матриці для перенесення також зменшують відходи матеріалу, оскільки немає скелета стрічки, який можна викинути.

4. Скільки коштує виготовлення матриці для штампування?

Вартість залежить від типу матриці, складності деталей і вимог до матеріалів. Матриці з одною-станцією для простих операцій становлять найменші інвестиції, тоді як прогресивні та перехідні матриці для складних-деталей великого об’єму коштують значно дорожче завдяки багато-станційному дизайну, моделюванню CAE, прецизійній електророзійній обробці та обробці з ЧПК, а також тривалому тестуванню. Ключові фактори вартості включають кількість станцій, вибір марки інструментальної сталі, покриття поверхні та необхідні допуски. Змішування високоякісної сталі лише на -станціях із високим-зношенням із використанням менш дорогих листів для структурних компонентів є загальною стратегією контролю загальної вартості інструменту без втрати продуктивності.

5. Як обслуговувати штамп для продовження терміну служби?

Ефективне технічне обслуговування штампа здійснюється за багаторівневим графіком на основі кількості ходів. Кожна зміна потребує візуального огляду на наявність тріщин і стружки. Через кожні 50 000–100 000 ходів вимірюйте висоту задирок і перевіряйте зазор напрямної. Повне обслуговування, включаючи повторне шліфування всіх ріжучих кромок, повинно відбуватися кожні 100 000-300 000 ходів. Профілактичний капітальний ремонт на 70-80% очікуваного терміну служби матриці включає повний демонтаж і перевірку розмірів. Кожне повторне шліфування видаляє від ріжучих поверхонь від 0,05 до 0,15 мм, а матриці зазвичай дозволяють виконати від 20 до 60 циклів повторного шліфування, перш ніж знадобиться заміна пластини. Поверхневі покриття, такі як TiN і TiAlN, можуть збільшити інтервали між повторним шліфуванням на кілька сотень відсотків.